高層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)振動控制理論研究

高層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)通常是由預(yù)制鋼柱，鋼梁，鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，鋼屋架拼裝而成的鋼結(jié)構(gòu)。并且廠房結(jié)構(gòu)上往往裝設(shè)有質(zhì)量較大的機械設(shè)備或存儲裝置。該項目以偏心高層工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的振動控制為研究內(nèi)容，采用被動和半主動振動控制措施對偏心高層工業(yè)廠房中的設(shè)備和廠房結(jié)構(gòu)的平動和扭轉(zhuǎn)振動進行控制。并獲得如下創(chuàng)新性成果： （1）以江蘇索普醋酸廠的鋼結(jié)構(gòu)化工廠房和某煤氣化高層工業(yè)廠房為研究對象，這兩個廠房均為帶有設(shè)備的偏心工業(yè)廠房，利用有限元分析軟件ANSYS建立了廠房結(jié)構(gòu)的有限元模型，通過對模型進行自振特性和動力響應(yīng)分析，弄清了廠房結(jié)構(gòu)平動和扭轉(zhuǎn)振動較大的樓層，并將其確定為薄弱層。同時分析了廠房中設(shè)備在地震作用下的響應(yīng)，這些為制定結(jié)構(gòu)振動控制策略提供了依據(jù)。 （2）研究了附加有流體粘滯阻尼器（fluid viscous damper，以下簡稱FVD）振動系統(tǒng)的數(shù)值計算方法。先后提出了兩種用于附加有FVD振動系統(tǒng)計算的算法。方法一：附加有FVD的振動系統(tǒng)緊耦合算法；方法二：附加有FVD的振動系統(tǒng)阻尼分時段線性化算法。通過這些算法，可為采用FVD附加阻尼的振動控制系統(tǒng)設(shè)計提供科學(xué)客觀的依據(jù)。 （3）以某高層煤氣化工業(yè)廠房為研究對象，并在煤氣化高層工業(yè)廠房中裝設(shè)磁流變彈性體（MRE）阻尼器，通過SIMULINK進行仿真分析，研究了半主動控制對高層煤氣化工業(yè)廠房地震響應(yīng)的控制效果。 （4）以江蘇索普醋酸廠的鋼結(jié)構(gòu)化工廠房為研究對象，研究偏心結(jié)構(gòu)的混合振動控制。針對設(shè)備和鋼框架結(jié)構(gòu)的振動控制問題，提出了三種振動控制方案，通過對這三種減震方案的減震效果、控制策略難易和經(jīng)濟角度等方面的對比，優(yōu)選粘滯阻尼器和磁流變彈性體阻尼器的混合振動控制方案。當(dāng)粘滯阻尼器和磁流變彈性體阻尼器共同作用時，對鋼框架結(jié)構(gòu)的平動和扭轉(zhuǎn)振動控制效果要好于單一阻尼器作用時的減震效果。 （5）通過1:8縮尺模型振動臺試驗，驗證了理論分析結(jié)果及控制方案的有效性和控制效果。 2100433B

結(jié)構(gòu)控制理論在近30多年內(nèi)已在許多國家得到研究推廣。但對高層工業(yè)廠房（如：煤氣化裝置框架）的振動（地震、風(fēng)、機械振動）控制研究很欠缺。高層工業(yè)廠房的特點：鋼筋混凝土與鋼結(jié)構(gòu)組成混合高層體系，有轉(zhuǎn)換層，層高較高跨度較大；結(jié)構(gòu)內(nèi)設(shè)備多又重且多分布在結(jié)構(gòu)中上層；在地震、風(fēng)或設(shè)備振動下，結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大扭轉(zhuǎn)振動和層間響應(yīng)，有的超過規(guī)范限值。故有必要研究這種結(jié)構(gòu)振動控制，并具有很好的理論價值和工程應(yīng)用價值。主要研究內(nèi)容：1.高層工業(yè)廠房的扭轉(zhuǎn)振動和層間位移控制；2.粘滯性阻尼器的非線性有限元格式、合理的阻尼矩陣分析及對此類結(jié)構(gòu)控制；3.磁流變彈性體阻尼器力學(xué)模型及其結(jié)構(gòu)控制原理。創(chuàng)新點：1.基于非線性粘滯性阻尼器計算模型及其結(jié)構(gòu)控制理論，改變粘滯性阻尼器的傳統(tǒng)理論；2.研究新型MRE，提出其結(jié)構(gòu)控制理論，很好解決結(jié)構(gòu)較大扭轉(zhuǎn)和大層間響應(yīng)問題；3.研究以上兩種阻尼器不同功效和布置方式，有效控制轉(zhuǎn)換層振動。

從廣義上講，振動控制包括兩方面內(nèi)容：（1）有利振動的利用；（2）有害振動的抑制：抑振（即振動控制）。

振動控制的任務(wù)：通過一定的手段使受控對象的振動水平滿足人們的預(yù)定要求。采用隔振、吸振、阻尼等技術(shù)措施以減輕物體振動并阻止其傳播。其目的是保護人及靈敏儀器設(shè)備免受振動的影響 。

振動控制在現(xiàn)代工程中應(yīng)用十分廣泛，很多工程因為沒有考慮共振效應(yīng)而失敗，造成經(jīng)濟上的損失和人員上的傷亡。因此，其研究價值不言而喻。

工業(yè)和運輸業(yè)中廣泛采用機器作原動力，機械振動的危害越發(fā)嚴(yán)重，振動控制要求日益迫切。汽輪機、水輪機和電機等動力機械，汽車、火車、船舶和飛機等交通運輸工具，以及工作母機、礦山機械和工程機械等，都沿著高速重載方向發(fā)展，其振動也日益強烈。精密機床和精密加工技術(shù)的發(fā)展中，如果離開嚴(yán)格隔振的平靜環(huán)境，工作就不正常，無法達(dá)到預(yù)期的精度目標(biāo)。材料工業(yè)和建筑工業(yè)的發(fā)展中，廣泛采用高強度的建筑材料，建筑高度不斷攀升使得建筑受風(fēng)載激勵后振幅達(dá)幾米之大，難以滿足舒適和安全要求，倘不能減振，此類高樓就無法繼續(xù)發(fā)展下去。飛機、導(dǎo)彈、坦克、戰(zhàn)車通常在最為惡劣的環(huán)境中工作。因此，軍工部門對減振環(huán)節(jié)的要求也日漸增多。尤其是如今的精確打擊方向的研究，更需要減振理論的支持。

無論是民用工業(yè)還是軍事工業(yè)，其產(chǎn)品性能都與減振技術(shù)密切相關(guān)。產(chǎn)品性能又決定了企業(yè)的利潤效益。因此，關(guān)于振動控制的研究永不過時 。

中文名稱

主廠房結(jié)構(gòu)施工

英文名稱

main power building structure construction

定　　義

采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、鋼結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)的火力發(fā)電廠主廠房的施工工藝、施工方法、質(zhì)量控制等的總稱。

應(yīng)用學(xué)科

電力（一級學(xué)科），火力發(fā)電（二級學(xué)科）