摩天輪結(jié)構(gòu)風振控制研究.pdf

1、隨著我國經(jīng)濟的持續(xù)發(fā)展和休閑娛樂業(yè)的快速興起，摩天輪正在全國各地不斷涌現(xiàn)。摩天輪是高聳結(jié)構(gòu)的一種特殊形式，與一般高聳結(jié)構(gòu)是有較大區(qū)別的。其作為一項重要工程，除了滿足一般高聳結(jié)構(gòu)的強度、剛度和穩(wěn)定性外，特別需要滿足結(jié)構(gòu)的變形和舒適度的要求。采用被動振動控制既可以滿足以上要求，又可以降低工程造價。雖然對被動控制的各類控制技術(shù)自身性能研究相對成熟，并且在多高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)中得到了廣泛應用，然而到目前為止尚未發(fā)現(xiàn)有關(guān)摩天輪結(jié)構(gòu)振動控

2、制的理論研究文獻，這與我國正興起的建造摩天輪的熱潮是很不協(xié)調(diào)的，迫切需要研究。故此，本文在總結(jié)前人振動控制分析理論成果的基礎(chǔ)上，提出了更適合于摩天輪結(jié)構(gòu)的振動控制方式和技術(shù)。通過上海之星摩天輪工程實例的計算分析得到一些有益結(jié)論，具有重要的理論價值和實踐指導意義。 本文首先提出了一種不同于以往傳統(tǒng)摩天輪的新穎摩天輪結(jié)構(gòu)形式——“指環(huán)型摩天輪”，利用結(jié)構(gòu)分析程序SAP2000建立了非線性有限元分析模型，用整體空間桁架法和子空間迭代法

3、對摩天輪進行了靜力和動力有限元的計算和分析。 為了研究摩天輪結(jié)構(gòu)的風振響應和風振控制，需要模擬自然風的特性。本文采用 Davenport 風速譜，利用諧波合成法并考慮摩天輪結(jié)構(gòu)風速譜隨豎向位置變化的特點，來模擬摩天輪結(jié)構(gòu)的多變量互相關(guān)水平脈動風荷載時程曲線。在此基礎(chǔ)上，采用隱式的Newmark積分法對摩天輪結(jié)構(gòu)進行時域分析，計算結(jié)構(gòu)的風振時程響應。并對隨機風振響應進行統(tǒng)計分析，得到結(jié)構(gòu)主要部位響應的均值、均方根值及功率譜。

4、 TMD是目前在高聳結(jié)構(gòu)振動控制中應用最廣泛的一種控制裝置。本文根據(jù)TMD控制原理和摩天輪自身特點，提出了在摩天輪結(jié)構(gòu)中用MTSD控制代替IMD控制，既解決占用空間的問題，又可布置多個，使控制點與結(jié)構(gòu)振型最大點重合，提高控制效果。通過計算MTSD控制下摩天輪結(jié)構(gòu)的響應，然后與非控結(jié)構(gòu)的比較分析，驗證了這種設計策略的可行性。 VED(粘彈性阻尼器)是一種耗能減振裝置，利用其體積小而效果好、構(gòu)造簡單和造價低廉且在低水平的振動力作用

5、下就可以開始工作的特點，本文在研究VED對摩天輪結(jié)構(gòu)的風振控制理論和對VED的參數(shù)進行分析后，在摩天輪結(jié)構(gòu)中采用VED控制，這是目前所有摩天輪結(jié)構(gòu)振動控制中所首創(chuàng)，最后結(jié)合上海之星摩天輪的實際情況，設計了VED裝置，通過對粘彈性材料參數(shù)、VED的剛度和阻尼系數(shù)等參數(shù)的確定并進行優(yōu)化，用VED計算模型對摩天輪結(jié)構(gòu)的風振反應進行分析，驗證了VED減振效果。根據(jù)MTSD和VED各自控制效果的研究，此外再根據(jù)摩天輪結(jié)構(gòu)動力特性和在風荷載作用下主