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户外大型摩天轮结构的振动控制

户外大型摩天轮结构的振动控制

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【摘要】:

户外大型摩天轮是一种新兴起的结构形式,建造起来面临很多严峻的技术挑战,相比一般钢结构一些强度、稳定、刚度指标来说,更为重要的是舒适度指标。而随着摩天轮尺寸增大,其变形将会更多,对舒适度指标要求更高。作为高耸钢结构的一种特殊形式,其受风荷载、地震作用影响更大,需要进行振动控制来满足舒适度要求。


户外大型摩天轮结构设计目前正朝日益增高、轻质高强的方向发展。由于其结构高度不断升高,刚度、阻尼下降,在横向荷载作用下,结构摆动加大,影响正常使用。这类结构的设计要求是限制结构振动加速度,以满足人们感觉上的舒适度。风荷载和地震作用都是动力荷载,都会使结构产生振动,振动频率、振动加速度和振动持续时间,都会影响人体感觉,一般来说,人体感觉上的舒适度接线标准为:使人们烦恼的界限为15gal;非常烦恼的界限为50gal;不能忍受的界限为150gal。因此,对于人们能够上去旅游、观光的摩天轮结构设计,还必须满足舒适度和变形要求,设计中一般要求对结构进行振动控制。


结构振动控制可分为被动控制、主动控制和介于两者之间的半主动控制三种。被动控制不需要外加能源,结构振动时带动控制装置运动,因控制力是被动产生的,故称被动控制。主动控制需要外加能源,当结构受到随机荷载作用时,控制机构内的传感器将结构响应(位移、速度、加速度)拾起,计算机接受此信息,加工后传给驱动设备,受电脑控制的设备选择最优控制力施加给结构,控制结构的振动,因控制装置按最优控制规律,由外加能源主动施加控制力,故称主动控制。半主动控制基本上是被动控制,但控制过程中,由外加能源调整控制机构的参数,从而调节控制力的作用。


在这三种控制中,主动控制需要外加能源,控制机构比较复杂,理论上主动控制效果最好,但实践上尚未在高耸结构中实现,目前国内外所采用的结构振动控制,大多数还是被动控制。