Система гашения колебаний высотных сооружений

• Автор: Кузина, Ольга Александровна
• Шифр специальности: 05.13.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2003
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 290 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ РАЗЛИЧНЫХ УСТРОЙСТВ И СИСТЕМ

ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ

1.1. Устройства и системы пассивного гашения колебаний

1.2. Системы активного гашения колебаний

1.3. Постановка задач исследования

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЫСОТНЫХ

СООРУЖЕНИЙ ИЗ МОНОЛИТНОГО ЖЕЛЕЗОБЕТОНА

2.1. Анализ математических моделей и методов исследования динамики сооружений, возводимых в скользящей опалубке
2.2. Представление сооружения в виде конечноэлементной модели. Описание напряженнодеформированного состояния конечного элемента
2.3. Формирование системы уравнений конечно
элементной модели, преобразование к главным координатам и решение
2.4. Проверка адекватности построенной модели реальному объекту башенному копру шахты Обуховская
2.5. Волновая модель сейсмического воздействия и расчет сооружения на сейсмостойкость
2.6. Выводы
ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ВЫСОТНОГО
СООРУЖЕНИЯ С ВСТРОЕННОЙ ПАССИВНОАКТИВНОЙ СИСТЕМОЙ ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ
3.1. Разработка пассивноактивной системы гашения колебаний высотных строительных сооружений
3.2. Выбор основных элементов и описание работы пас
сивноактивной системы гашения колебаний
3.3. Математическая модель объекта с встроенной пассивноактивной системой гашения колебаний общий случай
3.4. Математическая модель исполнительного механизма
3.4.1. Основные положения и допущения
3.4.2. Математическая модель нагруженного электрогидра влического исполнительного механизма
3.4.3. Коррекция следящих дроссельных гидроприводов с инерционной нагрузкой
3.5. Векторноматричное представление комплекса исполнительных механизмов управляемого сооружения
3.6. Исследование эффективности пассивной системы гашения колебаний башенного копра
3.6.1. Жесткая связь
3.6.2. Связь оснащена гидравлической пружиной
3.6.3. Связь оборудована гидравлическим демпфером
3.7. Выводы
ГЛАВА 4. ОЦЕНИВАНИЕ СОСТОЯНИЙ ЛИНЕЙНЫХ
МНОГОМЕРНЫХ НАБЛЮДАЕМЫХ СИСТЕМ
4.1. Общие положения. Условия наблюдаемости
4.2. Модель системы измерения колебаний высотных сооружений с использованием трехкомпонентных акселерометров
4.3. Моделирование измерительной системы комплекса исполнительных механизмов
4.4 Анализ алгоритмов оценивания переменных состояния и возмущающих воздействий наблюдаемых систем
4.5. Интерполяционный алгоритм оценивания переменных состояния линейных систем и идентификации
возмущающих воздействий
4.6. Применение кубической сплайнинтерполяции в алгоритме оценивания состояний линейных систем и идентификации возмущающих воздействий
4.7. Выводы
ГЛАВА 5. ОПТИМАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ В СИСТЕМЕ
АКТИВНОГО ГАШЕНИЯ КОЛЕБАНИЙ ВЫСОТНЫХ СООРУЖЕНИЙ
5.1. Общие положения. Условие управляемости
5.2. Различные подходы к синтезу оптимального управления
5.3. Интерполяционный алгоритм оптимального управления
5.4. Применение кубической сплайнинтерполяции при оптимальном управлении высотными сооружениями
5.5. Выводы ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Иллюстрации к анализу различных устройств и систем гашения колебаний высотных сооружений ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Аппроксимирующие функции, используемые при составлении математической модели башенного копра ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Матрицы, используемые при формировании математической модели объекта с системой пассивноактивных связей ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Расчет конструктивных параметров исполнительного механизма
ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Графики исследования эффективности пассивной системы гашения колебаний башенного копра ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Выбор параметров датчиков системы измерения ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Графики исследования точности оценивания переменных состояния башенного копра
4 ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Графики исследования эффективности пассивноактивной системы гашения колебаний
ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Экономический эффект использования пассивноактивной системы гашения колебаний башенного копра шахты Обуховская
ПРИЛОЖЕНИЕ . Акты внедрения результатов диссертационной работы 2
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Защиту высотных и гибких сооружений от вибрации осуществляют путем изменения характера обтекания сооружения воздушным потоком, а следовательно, и его собственной частоты. Аэродинамические способы пассивной защиты сооружений опираются на ряд аэродинамических эффектов изменение циркуляции потока воздуха вокруг сооружения, создание сдвига фаз в отрыве вихрей вдоль образующей упругого тела при обтекании его воздушным потоком и другие. Необходимо отметить, что не все аэродинамические способы применимы при гашении разнообразных сооружений. Прайсом П. Например, установка проволок, параллельных образующей цилиндрической конструкции, позволяет фиксировать точки отрыва вихрей и уменьшать напряженность вихрей в широком диапазоне скорости потока спиральная намотка проволоки создает сдвиг фаз в срыве вихрей, нарушая синхронность отрыва вихрей по длине сооружения, что способствует уменьшению аэродинамической вихревой силы перфорация наружного кожуха способствует сдуву пограничного слоя при обтекании потоком воздуха тела и тем самым существенно уменьшает вихревую силу. Обширные экспериментальные данные по изменению лобового сопротивления высотных сооружений были проведены в работах ,. При этом было предложено устраивать сквозные каналы вблизи острых кромок конструкций, см. П1. В работе 0 описан способ гашения колебаний плохо обтекаемых тел в потоке жидкости или газа. Предложено позади цилиндра в горизонтальной плоскости симметрии неподвижно закреплять тонкую пластину, рассекающую воздушный поток, шириной равной диаметру цилиндра. Экспериментально изучался эффект уменьшения колебаний цилиндра в зависимости от зазора между цилиндром и пластинкой. Применение рассекателей также описано Бэйрдом , см. П1. В некоторых случаях при гашении колебаний дымовых труб были использованы, расположенные ступенями короткие ребра рис. П1. Основное влияние ребер состоит в разрушении корреляции по высоте трубы отрывающихся вихрей. Для гашения колебаний квадратной призмы было применено устройство типа кнопка рис. П1. Гасители закреплялись на двух противоположных гранях призмы и фиксировали отрыв воздушного потока практически на любых углах атаки, способствуя при этом существенному снижению колебаний. Весьма эффективным способом уменьшения колебаний является устройство отверстий для пропуска воздушного потока сквозь конструкцию ,. Этот способ успешно применен в конструкции Меча в г. Волгограде и Штыка в г. Бресте. Система регулирования жесткости предполагает установку оттяжек или применение дополнительных связей и панелей. Данные системы обладают свойствами адаптивных систем с включающимися связями и имеют возможность активного управления колебаниями сооружения, см. Ярким примером применения системы оттяжек является Останкинская телебашня. Так, внутри башню удерживают 9 предварительно натянутых канатов по мм в диаметре. Для усиления эффекта гашения колебаний снаружи ТВбашни установлены дополнительно 4 оттяжки. Часто в системах регулирования жесткости используют диагональные связи, оснащенные различными приспособлениями для смятения усилий в местах установки связей ,,,,. Данные системы применяют для высотных сооружений, а также для повышения устойчивости радиомачт. Среди достоинств систем регулирования жесткости, отмечают эффективное гашение колебаний широкого спектра частот внешнего воздействия. Однако, как и адаптивные системы с включающимися связями, такие системы подвержены задержке реакции на внезапные импульсные воздействия 1. Подводя итог вышесказанного, отметим, что достоинством систем пассивного гашения колебаний является высокая надежность, постоянная готовность к работе, простота конструкции и эксплуатации, отсутствие энергозатрат. Однако, СПГК обеспечивают эффективное гашение колебаний лишь при некоторых частотах возмущающих воздействий, на которые они настроены, а также при действии определенного вида возмущения. Таким образом, защита сооружений с помощью пассивных систем оказывается малоэффективной при действии вибрации с широким спектром или при сочетании различных видов возмущения. V дят управляемые системы, получившие название активных.