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体育场悬挑屋盖结构是大型体育场馆建设中的一种常用形式,该类结构具有质量轻、柔度大、阻尼小、自振频率低等特点,动力特性复杂。对于大跨度屋盖结构的风振问题,目前还没有合理成熟的理论。根据屋盖结构风致振动的特点,研究结构风振控制的新型阻尼器和相应的控制方法:在高效、稳定、可靠的原则下,解决阻尼器控制措施在实际应用中的难点,也是大量的工程实践迫切要求解决的问题。
本文对体育场悬挑屋盖结构进行风振控制研究。首先对随机脉动风作用下体育场悬挑屋盖结构的风致响应进行计算,应用风荷载数值模拟技术,在有限元软件中对无控结构进行时程分析。由于悬挑屋盖结构在强风荷载作用下产生较大的振动,本文分别采用粘滞和粘弹性阻尼器对结构的风振响应进行控制。结果表明,加入粘滞阻尼器后,结构节点位移、加速度和杆件轴力都得到了明显的控制,而屋盖结构加入粘弹性阻尼器后杆件轴力的减振效果不太稳定。原因是安装粘弹性阻尼器有可能引起结构局部刚度改变,从而增大了部分杆件的内力。粘滞流体阻尼器与粘弹性阻尼器相比,只提供给结构较大的附加阻尼,不改变结构的刚度,有效地控制了结构在强风荷载作用下的动力响应。
为了在结构中合理有效地布置阻尼器,寻求使得减振效果达到最优的阻尼器布置,对阻尼器的位置优化问题进行研究。根据大跨空间结构的特点,采用遗传算法进行阻尼器的位置优化。编制了相应的优化程序,以体育场悬挑屋盖为研究对象,进行阻尼器数量和位置寻优;进而总结了粘滞阻尼器阻尼器的优化布置规律,对实际工程提供建议。最后系统进行了粘滞阻尼器在悬挑屋盖结构中的减振控制参数研究,通过对比分析,给出了实用性的工程建议。