實(shí)際工程如何了解TMD的減振效果呢? 很簡(jiǎn)單,不要把精力放在尋求解析解上,用數(shù)值方法“傻算”即可。本文將采用數(shù)值分析方法,研究簡(jiǎn)諧作用、風(fēng)振作用和地震作用下,TMD裝置對(duì)臺(tái)北101大樓的減振(震)效果。 (本文算例分析結(jié)果由劉建成提供,采用SAUSG軟件計(jì)算) ![]() 建立臺(tái)北101計(jì)算模型,TMD與主體結(jié)構(gòu)質(zhì)量比取 簡(jiǎn)諧作用時(shí)程: TMD位移時(shí)程: 可以看出,本文算例結(jié)構(gòu)在該簡(jiǎn)諧作用下: ①當(dāng)主體結(jié)構(gòu)、TMD與簡(jiǎn)諧作用三者的振動(dòng)頻率基本一致時(shí),TMD對(duì)主體結(jié)構(gòu)最大位移和加速度響應(yīng)均可起到較好的減振效果(降低50%以上); ②由于主體結(jié)構(gòu)與TMD自身阻尼的存在,簡(jiǎn)諧作用一定時(shí)間后,主體結(jié)構(gòu)與TMD即達(dá)到穩(wěn)定振動(dòng)狀態(tài); ③TMD最大位移達(dá)到接近1m的行程限值時(shí),主體結(jié)構(gòu)最大位移降低0.3m(對(duì)應(yīng)主體結(jié)構(gòu)位移角降低1/1500),主體結(jié)構(gòu)最大加速度可控制在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010第3.7.6條規(guī)定的結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)風(fēng)振加速度限值(0.15、0.25m/s2)以內(nèi)。 ![]() 風(fēng)振作用時(shí)程: 主體結(jié)構(gòu)頂部位移時(shí)程: TMD位移時(shí)程: TMD很快發(fā)生較大位移幅值往復(fù)運(yùn)動(dòng),最大位移為0.954m,接近1m行程限值。 主體結(jié)構(gòu)頂部加速度時(shí)程: 無(wú)TMD時(shí)最大加速度為0.560m/s2,有TMD時(shí)最大加速度為0.433m/s2,TMD裝置降低了主體結(jié)構(gòu)22.7%的加速度響應(yīng),但主體結(jié)構(gòu)最大加速度仍然較大。 可以看出,本文算例結(jié)構(gòu)在該風(fēng)振時(shí)程作用下: ①TMD對(duì)實(shí)際風(fēng)振作用下主體結(jié)構(gòu)響應(yīng)的降低效果并不明顯(降低20%左右),降低幅度明顯低于簡(jiǎn)諧作用下的結(jié)果; ②TMD最大位移在接近1m的行程限值時(shí),主體結(jié)構(gòu)最大位移降低0.06m左右(對(duì)應(yīng)主體結(jié)構(gòu)位移角降低1/7500左右),主體結(jié)構(gòu)最大加速度未能控制在《高層建筑混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》JGJ 3-2010的3.7.6規(guī)定結(jié)構(gòu)頂點(diǎn)風(fēng)振加速度限值(0.15、0.25m/s2)以內(nèi),且超出限值較多,樓內(nèi)人員應(yīng)振感明顯; TMD裝置未能在風(fēng)振作用下充分發(fā)揮作用,應(yīng)與實(shí)際風(fēng)振作用頻譜復(fù)雜有關(guān),與主體結(jié)構(gòu)和TMD同頻的風(fēng)振成分占比有限。 ![]() 地震作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng) 地震動(dòng)作用時(shí)程: 本文地震動(dòng)采用如下人工波RH4TG055時(shí)程,根據(jù)臺(tái)北101大樓的TMD裝置1m最大行程限值試算,采用7度小震,對(duì)應(yīng)峰值加速度35m/s2。 TMD位移時(shí)程: TMD的最大位移為0.884m,接近1m的最大行程限值。 主體結(jié)構(gòu)頂部加速度時(shí)程: 無(wú)TMD時(shí)最大加速度0.542m/s2,有TMD時(shí)最大加速度0.638m/s2。 可以看出,本文算例結(jié)構(gòu)在該地震時(shí)程作用下: ①TMD未降低主體結(jié)構(gòu)地震作用下的最大加速度,反而有所增大; ②TMD對(duì)降低主體結(jié)構(gòu)地震作用下的最大位移作用有限,TMD最大位移在接近1m的行程限值時(shí),主體結(jié)構(gòu)最大位移降低0.04m左右(對(duì)應(yīng)主體結(jié)構(gòu)位移角降低1/10000左右),應(yīng)與地震作用持時(shí)較短有關(guān); ③當(dāng)?shù)卣鹱饔贸^(guò)7度小震時(shí)(峰值加速度35cm/s2),TMD裝置就可能與主體結(jié)構(gòu)的限位裝置發(fā)生碰撞。 ![]() 結(jié)論 本文采用數(shù)值分析方法研究了TMD裝置對(duì)臺(tái)北101大樓的減振(震)效果,得出如下結(jié)論: 1)簡(jiǎn)諧作用下,當(dāng)主體結(jié)構(gòu)主控振型頻率、TMD自振頻率與外界作用頻率三者接近時(shí),TMD裝置會(huì)產(chǎn)生較好的減振效果,在接近TMD裝置最大行程限值時(shí),主體結(jié)構(gòu)最大位移、最大加速度響應(yīng)的降低值與降低幅度均較大; 2)對(duì)本文算例,TMD裝置對(duì)降低風(fēng)振作用下主體結(jié)構(gòu)最大加速度響應(yīng)作用有限,增加TMD裝置能否起到控制超高層結(jié)構(gòu)舒適度作用存疑,應(yīng)進(jìn)一步深入研究; 3)對(duì)本文算例,TMD裝置對(duì)降低地震作用下主體結(jié)構(gòu)最大位移響應(yīng)作用有限,且TMD裝置在較小地震作用下即可能發(fā)生較大位移響應(yīng),在較強(qiáng)烈地震作用下TMD裝置可能與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞,應(yīng)引起足夠重視。 寫在后面: 前面的文章提到,有人描述TMD裝置:“當(dāng)天101大廈幾乎空無(wú)一人,只有樓頂?shù)娘L(fēng)阻尼器與“蘇迪羅”較量著”,“風(fēng)阻尼器還能承受這么大強(qiáng)度的臺(tái)風(fēng),不得不讓人心生佩服。”這種佩服多少有些盲目和缺乏依據(jù),若認(rèn)真思考和研究相關(guān)問(wèn)題,定會(huì)提高認(rèn)知并有所收益。 |
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