文摘

地震分析与分布式能源评估建筑安装调谐振动吸收器(d-TVAs)。d-TVAs的性能与单调谐阻尼器(STVA)安装在建筑物的顶部。的配售d-TVAs基于模态控制和控制建筑的属性。建筑的运动控制方程与STVA d-TVAs解决运用纽马克的集成方法。各种能量在地面地震荷载计算研究使用STVA和d-TVAs的有效性。得出d-TVAs是最称职的使用,因为它有效地消散地震能量,它们是方便安装要求减少空间,放置在不同的楼层。

1。介绍

地震事件造成损失结构尤其是建筑。输入地震激发的能量可以通过调谐阻尼器(TVA),导致建筑物的性能的改善。TVA和一些研究人员曾报道过相当不错的结果动态响应控制结构(1- - - - - -7]。在晚些时候8- - - - - -13),研究人员提出了多种TVA克服的降低效率TVA off-tuning和占据很大面积的巨大的重量。高的和灵活的建筑,阿里et al。14和阿里15,16)表明,提供tva被证明是有用的在减轻他们的动态响应。动态响应减少通过使用调谐吸振的不同结构研究了陆(17,18]。他们发现的粒子运动活塞流模式能产生良好的振动衰减的影响。提供的详细文献调查被动TVA是伊莱亚斯和Matsagar19]。然而,在大多数研究中,假设只有一个方向的结构振动或在多个独立的方向。此外,基本结构的模态特性被用来设计流域或流域的开发。在现实中,结构将进行横向和扭转振动同时在纯粹的转化作用。因此,许多研究人员认为三维(3 d)模型安装与流域或流域的开发(10,20.- - - - - -36]。共同研究的结果表明,流域的开发更强大的和有效的与TVA反应缓解的3 d结构。

在大多数的研究中,吸收器被放置在顶部的结构。多个tva的有效性的损失是最小的,如果他们是分布式基于模式的形状主要系统得出的伊莱亚斯et al。37]。伊莱亚斯et al。38]提出d-TVAs的更好的性能比STVA /流域的所有放在最上面的地板上。他们进行了研究动态响应控制建筑中(a)位置和(b)流域在主系统的调优是按照模态控制和控制建筑的礼节。吉尔et al。39)表明,d-TVAs相当有效的结构地震反应控制。然而,这些研究并不建立能源为基础的抗震性能评估。因此,本研究的目的是调查的有效定位流域基于模态控制和控制建筑的属性。tva放置在建筑的模式形状振幅最大的或更大的特定模式和相应的模态频率。控制模式的数量决定取决于总质量参与控制模式。

2。数学建模和运动控制方程

数学模型的建筑是由做以下假设:(1)弹性极限内的上层建筑仍被认为在地震激励。(2)系统接受一个水平(单向)组件的地震地面激励。(3)的影响soil-structure-interaction (SSI)不考虑。(4)至少百分之九十的总质量是包含在控制模式。

如图1,总自由度(自由度)的控制系统(通过总结)N景深建筑流域的开发。考虑中的系统的运动控制方程与TVA earthquake-excited建筑安装在顶部和安装与d-TVAs通过考虑到力的平衡位置的每个自由度在地震激励 在哪里 , ,和的质量、阻尼和刚度矩阵的构建,分别; , ,和是未知的地板相对位移、速度和加速度向量,分别;地震地面加速度由标量表示 ;和是向量的影响系数。质量、阻尼和刚度矩阵的流域,分别 , ,和 ;然而, , ,和 ,分别是未知的相对位移,速度,加速度的流域。模态分析来确定固有频率进行,模式形状和模态参与质量控制/控制大楼。只有最初几个模式被认为是控制这项工作作为他们主要影响总动态响应和模态质量的参与达到百分之九十。tva的安装位置确定基于形状的控制方式和控制建筑。图1还显示了5个流域的位置如下:TVA-1在20楼,即。最上面的地板上;在7楼TVA-2;在4楼TMD-3;在14楼TMD-4;和TMD-5 16楼。前五个自然频率控制建筑的0.3434,1.0282,1.7069,2.3754,和3.0305赫兹,TVA-1的调谐频率,TVA-2, TVA-3, TVA-4 TVA-5,分别控制每个相应的模式。

2.1。调优的战区导弹防御系统

图2显示了(a)放置的过程遵循d-TVAs和(b) d-TVAs的优化参数。进行模态分析找到的固有频率),模式形状{},和模态质量的贡献)的控制和控制建筑使用其刚度()和质量(]矩阵()自由度(自由度)。基于一个假设,90%的模态质量参与反应,前5模态响应()控制,随后,每个流域的最佳调谐频率(40计算如下: 在哪里 , 和 ,分别是,形状和模式阻尼比的模式。此外,分别是五tva的频率,从最低到最高,然后呢前五个建筑物的固有频率。流域的开发,同时保持质量, ,平等的流域,质量()每个流域的计算

刚度用于频率调整每个流域和流域的刚度()安装在不同的楼层(然后确定)

最优阻尼比()的所有tmd tmd不是常数。最优阻尼比计算基础兴奋结构按照公式由Sadek et al。40]。 和阻尼系数(计算了tmd的)

2.2。能量公式

能量输入的建筑在地震地面运动激励。然而,整个输入能量不是随时消散在地震激励,和剩余的能量的形式存储在结构可互换的动能和应变能量。输入能量()是建筑上的地面运动所做的功。 在哪里 , , 地震激发的持续时间,是小的时间增量。这是可取的烟囱安装tva能够消散阻尼能量比没有安装流域的开发,最大化的调谐质量阻尼器的帮助阻尼能量耗散。在这项研究中,被定义为每个建筑的质量和阻尼能量阻尼器。的阻尼能量/质量控制(NC)和控制建筑是计算

在这些表达式,在任何的时间点,输入能量和阻尼耗散的能量建设和流域的总和总阻尼能量消散到时间(41]。能量存储在建筑由于其变形应变能()。在这项研究中,它是假定模型剪切建筑;因此,可以

同样,动能()存储在它的运动形式的结构。

3所示。数值研究

20层高的地震能量评估混凝土建筑安装与STVA d-TVAs调查。20层高的建筑被建模为滑移集总质量。每层是252吨,质量和刚度计算每层的列。在这项研究中,梁和柱部分假定为0.6×0.6米²和0.7×0.7米²,分别。弹性模量()的混凝土被假定为2.5×10¹³N / m²和2.9×10¹⁰N / m²分别对梁和柱,混凝土的密度是2400公斤/米³。层高4米,地板是假定为刚性的水平面,因为他们提供隔膜行动的飞机。阻尼矩阵没有明确认识;因此,它被定义的帮助下瑞利使用阻尼比的方法 在所有的振动模式。大众参与的因素(第一,第二,第三,第四,第五振动模式是0.7300,0.0829,0.0502,0.0306,和0.0294,分别。目前的能源研究包含三个部分:(i)不受控制的建筑(NC);(2)安装STVA大厦顶层的建筑;d-TVAs (iii)的情况下,流域的放置位置的模式形状振幅的建筑是最大的/更大的特定模式,每个流域的开发和相应的模态频率,同时控制前五模式在总质量大于90%的参与。研究地震运动选择如下:(i) 1940年帝王谷地震记录Elcentro;(2)在车站这起案件1994年北岭地震记录;和(3)1995年神户地震记录在日本气象厅(日本)。峰值地面加速度(PGA)的帝王谷,北岭,神户地震是0.34 ,0.6 ,和0.86 ,分别;在那里,表示重力加速度。

3.1。STVA和d-TVAs变化的响应

在本节中,比较了在建筑物的地震反应与STVA d-TVAs控制。对于STVA,阻尼比(由方程(计算)5)和质量比(µ)被认为是0.05。公平的比较要求d-TVA系统是安装在相同的总质量比(µ0.05)。方程(2)通过(6)是用来计算流域系统的最佳参数。现在的重点不是优化参数的流域或流域的开发计划。在本节中,光谱位移和pseudospectral加速度计算数控,STVA, d-TVAs。20层高的建筑被认为是同时增加的刚度基本时间达到0.03秒。类似地,建筑物的刚度降低,基本的时间达到5秒。变化的光谱位移和pseudospectral加速度不同刚度如图3。一般来说,看到,通过使结构更加灵活,光谱位移增加。然而,pseudospectral加速度明显减少。此外,还观察到两个控制器方案非常有效地控制光谱位移和pseudospectral加速度。以防光谱位移响应而言,它是发现减少达到40%和50%,分别为STVA d-TVAs。此外,它是为刚性结构,两种方案都不太有效。表现最好的实现方案在时间2秒到4秒之间。因此,得出的结论是,STVA和d-TVAs有效位移响应控制灵活的结构比刚性结构。的同时,更好的性能d-TVAs STVA相比明显是基于结果。此外,d-TVAs实际上是容易的安装相比STVA因为它的大小减少。

以防pseudospectral加速度响应而言,降低了数控柔性结构响应,STVA, d-TVAs。STVA通常更有效的在结构上与时间超过1秒。看到,减少高达35%的安装STVA后实现。也清楚地发现d-TVAs控制器相比更好的STVA从刚性到柔性结构的范围。减少pseudospectral加速度是高达50%左右的情况下,d-TVAs安装。结果表明,d-TVAs更有效地控制pseudospectral结构的加速度响应。

3.2。数控/ STVA / d-TVAs能量的变化

根据结果呈现在图3,建筑的基本时间2.91秒选为最脆弱的。因此,对于能源评估、建设基本时间为2.91秒被选中。图4显示的总能量的时间历史,阻尼能量,动能,没有(NC)和应变能的建设和流域的开发中使用不同的方案前面定义;STVA d-TVAs和相应的高峰值表中给出1。5%的质量比,调谐频率比由方程(2由方程()和阻尼比5)的计划。一般从能量块,而数控情况下,更高的阻尼能量消散时,流域的开发和安装。相对增加阻尼能量在d-TVAs明显多于STVA和数控。增加总能量和阻尼能量,分别通过安装STVA 13%和12.5%,而这是通过安装d-TVAs 30%和28%。因此,多模控制策略使用的有效性d-TVAs增强阻尼能量系统中确认。进一步说,很明显,动能和应变能减少安装STVA d-TVAs相比数控。通常是由于降低结构的位移和加速度响应。d-TVAs提高性能的观察而STVA。类似的趋势的反应可以由数字控制和观察5和6不同的地震作用。得出增加总能量和阻尼能量在d-TVAs明显多于STVA和数控。也得出结论,减少动能和应变能在d-TVAs显著低于STVA和数控。一般来说,得出d-TVAs是最称职的使用,因为它有效地消散地震能量,他们方便的安装要求减少空间,放置在不同的楼层。这里的过程采用基于忽略扭转自由度;而实际上结构将进行横向和扭转振动同时在纯粹的转化作用。不规则结构的地震反应控制流域的开发使用多模控制方法可能需要单独的复杂的分析在其他系统中涉及的参数化,可以在未来的研究调查。

4所示。结论

地震反应控制的建筑安装一个调谐阻尼器(STVA)和分布式调谐振动吸收器(d-TVAs)调查。评估了响应的建筑安装STVA和流域的分布式沿着建筑物的高度。从本研究的结果的趋势,是得出以下结论:(1)STVA和d-TVAs有效位移响应控制灵活的结构比刚性结构。的同时,更好的性能d-TVAs STVA相比明显是基于结果(2)d-TVAs实际上是容易的安装STVA相比,因为它减少了尺寸(3)d-TVAs更有效地控制pseudospectral结构的加速度响应。(4)总能量的增加和阻尼能量在d-TVAs明显多于STVA和数控。(5)动能和应变能的减少在d-TVAs显著低于STVA和数控。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。