Nonlinear vibrations of a high-rise structure with a dynamic vibration damper

封面

如何引用文章

全文:

详细

Objective: To study the dynamic behavior of high-rise structures with dynamic oscillation dampers under various kinematic influences, taking into account the nonlinear elastic, viscoelastic, and elastoplastic properties of the structure’s material and the viscoelastic properties of the oscillation damper. Dynamic oscillation dampers can be used both at the stage of design, development and construction of structures, as well as in cases where structural quality deficiencies are identified during operation. Their adjustment allows for a simple way to achieve the desired effect of reducing oscillation levels. Methods. A mathematical model, methodology, and algorithm are proposed for evaluating the dynamic behavior of high-rise structures equipped with a dynamic vibration absorber, taking into account the nonlinear properties of materials under actual operating conditions. To account for internal dissipation in the structure’s material, a nonlinear hereditary Boltzmann-Volterra viscoelasticity model is employed, along with elastic-plastic properties based on a bilinear diagram. This model is characterized by a hysteresis loop, which describes the relationship between the structure’s response and deformation, represented in the form of a parallelogram. Results. The forced vibrations of high-rise structures near the resonance mode were investigated taking into account the linear, nonlinear elastic, viscoelastic and elastic-plastic properties of the structure material with a dynamic vibration damper under various kinematic effects in the base. The reliability of the method was verified by a test example considering the reaction of an elastic-plastic frame as a system with one degree of freedom under a given load. The effect of vibration damping of a high-rise structure was revealed taking into account the nonlinear viscoelastic and elastic-plastic properties of the structure material together with a viscoelastic dynamic vibration damper. Conclusion. The influence of the material’s dissipative properties on the structure’s oscillations has been established. Recommendations for optimizing the structure’s performance, taking into account the dynamic oscillation damper, have been proposed. The effectiveness of damping oscillations in a high-rise structure has been demonstrated, considering the nonlinear viscoelastic and elastoplastic properties of the structure’s material in conjunction with a viscoelastic dynamic oscillation damper.

作者简介

Mirziyod Mirsaidov

Tashkent state technical University Named after Islam Karimov

ORCID iD: 0000-0002-8907-7869
SPIN 代码: 5978-4255
Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

Alisher Ishmatov

Tashkent state technical University Named after Islam Karimov

Scopus 作者 ID: 7801321486
Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

Bakhtiyor Yuldoshev

Tashkent state technical University Named after Islam Karimov

ORCID iD: 0000-0002-9006-5662
Scopus 作者 ID: 57202157721
Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

Shoolim Salimov

Tashkent state technical University Named after Islam Karimov

ORCID iD: 0000-0003-0750-8619
SPIN 代码: 1234-565
Scopus 作者 ID: 57219129262
Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

Khazratkulov Islomjon

Tashkent state technical University Named after Islam Karimov

ORCID iD: 0000-0001-6380-6528
Scopus 作者 ID: 57214069488
Uzbekistan, Tashkent, st. Navoi, 32

参考

  1. Klein H. W., Kaldenbach W. A new vibration damping facility for steel chimneys // In: Proc. of the Conference on Mechanics in Design. Trent University of Nottingham, UK. 1998.
  2. Sun Y., Li Z h., Sun X., Su N., Peng S h. Interference effects between two tall chimneys on wind loads and dynamic responses // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2020. Vol. 206. P. 104227 doi: 10.1016/j.jweia.2020.104227.
  3. Vîlceanu V., Kavrakov I., Morgenthal G. Coupled numerical simulation of liquid sloshing dampers and wind–structure simulation model // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2023. Vol. 240. P. 105505 doi: 10.1016/j.jweia.2023.105505.
  4. Krishnan R., Deshmukh M. A., Sivakumar V. L., Joshi G., Geethakumari T., Prakash F. Effective tuned mass damper system for RC tall chimney dynamic wind response control // Materials Today: Proceedings. 2023 doi: 10.1016/j.matpr.2023.03.660.
  5. Flaga A., Kłaput R, Flaga Ł., Krajewski P. Wind tunnel model tests of wind action on the chimney with grid-type curtain structure // Archives of Civil Engineering. 2021. Vol. 67, no. 3. P. 177-196 doi: 10.24425/ace.2021.138050.
  6. Rousseau J. P. Dynamic Evaluation of the Solar Chimney. MScEng Thesis. Stellenbosch: University of Stellenbosch, 2005. 90 p.
  7. Niemann H.-J., Lupi F., Hoeffer R. Vibrations of chimneys under the action of the wind // In: Proceedings of the 9th International Conference on Structural Dynamics, EURODYN 2014. 30 June - 2 July 2014, Porto, Portugal. P. 1385-1391.
  8. Xu Z h.-D., Zhu J.-T., Wang D.-X. Analysis and optimization of wind-induced vibration control for high-rise chimney structures // International Journal of Acoustics and Vibration. 2014. Vol. 19, no. 1. P. 42-51 doi: 10.20855/ijav.2014.19.1336.
  9. Bajpai V. K., Garg T. K., Gupta M. K. Vibration-dampers for smoke stacks // In: International Conference on Applied and Theoritical Mechanics. 14-16 December, 2007, Tenerife, Spain. WSEAS Press, 2007. P. 124-130.
  10. Babu B., Ravindraraj B. J., Kumar R. R., Saranya R. Dynamic behaviors of tall chimneys // International Journal of Research in Engineering and Technology. 2016. Vol. 5, no. 3. P. 287-294.
  11. Elias S., Rupakhety R., Olafsson S. Tuned mass dampers for response reduction of a reinforced concrete chimney under near-fault pulse-like ground motions // Front. Built Environ. 2020. Vol. 6. P. 92 doi: 10.3389/fbuil.2020.00092.
  12. Ingale S. D., Magdum M. M. Vibration control of uniformly tapered chimney by using tuned mass damper // International Journal of Engineering Science and Innovative Technology. 2013. Vol. 2, no. 1 P. 148-163.
  13. Kuras P., Ortyl Ł., Owerko T., Kocierz R., Kędzierski M., Podstolak P. Analysis of effectiveness of steel chimneys vibration dampers using surveying methods // In: Proceedings of the 16th International Multidisciplinary Scientific GeoConference (SGEM 2016). Book 2, Vol. 3. Albena, Bulgaria. 2016. P. 255-262.
  14. Karakozova A. I., Mondrus V. L. Resonant vortex excitation of high-rise structures // International Journal for Computational Civil and Structural Engineering. 2023. Vol. 19, no. 2. P. 60-70 doi: 10.22337/2587-9618-2023-19-2-60-70.
  15. Aoki T, Sabia D., Rivella D., Muto H. Dynamic identification and model updating of the Howa brick chimney, Tokoname, Japan // WIT Transactions on the Built Environment. 2005. Vol. 83. P. 265-275 doi: 10.2495/STR050261.
  16. Mirsaidov M., Abdikarimov R., Khudainazarov S., Sabirjanov T. Damping of high-rise structure vibrations with viscoelastic dynamic dampers // E3S Web Conf. 2020. Vol. 224. P. 02020 doi: 10.1051/e3sconf/202022402020.
  17. Mirsaidov M. M., Khudainazarov S h.,O. Spatial natural vibrations of viscoelastic axisymmetric structures // Magazine of Civil Engineering. 2020. № 4(96). P. 118-128, doi: 10.18720/МСЕ.96.10.
  18. Мирсаидов М. М., Сафаров И. И., Тешаев М. Х., Элибоев Н. Р. Свободные линейные колебания вязкоупругой сферической оболочки с заполнителем // Известия вузов. ПНД. 2025. T. 33, № 4. C. 485-496 doi: 10.18500/0869-6632-003162.
  19. Mirsaidov M. M., Nosirov A. A., Nasirov I. A. Modeling of spatial natural oscillations of axisymmetric systems // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. Vol. 1921. P. 012098 doi: 10.1088/1742-6596/1921/1/012098.
  20. Utomo J., Moestopo M., Surahman A., Kusumastuti D. Applications of vertical steel pipe dampers for seismic response reduction of steel moment frames // MATEC Web Conf. 2017. Vol. 138. P. 02002 doi: 10.1051/matecconf/201713802002.
  21. Guo W., Chen X., Yu Y., Bu D., Li S., Fang W., Wang X., Zeng C h., Wang Y. Development and seismic performance of bolted steel dampers with X-shaped pipe halves // Eng. Struct. 2021. Vol. 239. P. 112327 doi: 10.1016/j.engstruct.2021.112327.
  22. Maleki S., Mahjoubi S. Dual-pipe damper // J. Constr. Steel Res. 2013. Vol. 85. P. 81-91 doi: 10.1016/J.JCSR.2013.03.004.
  23. Belver A. V., Magdaleno Á., Brownjohn J. M.,W., Lorenzana A. Performance of a TMD to mitigate wind-induced interference effects between two industrial chimneys // Actuators. 2021. Vol. 10, no. 1. P. 12 doi: 10.3390/act10010012.
  24. Sokol M., Ároch R., Lamperová K., Marton M., García-Sanz-Calcedo J. Parametric analysis of rotational effects in seismic design of tall structures // Appl. Sci. 2021. Vol. 11, no. 2. P. 597 doi: 10.3390/app11020597.
  25. Шеин А. И., Зайцев М. Б. Гашение сейсмических колебаний сооружений башенного типа с помощью реактивного гасителя // Эксперт: теория и практика. 2023. Т. 4, № 23. P. 171-176 doi: 10.51608/26867818.
  26. Патрикеев А. В. Оценка эффективности механического гасителя колебаний высотного сооружения в процессе эксплуатации // Международный научно-исследовательский журнал. 2020. № 9(99). C. 23-26 doi: 10.23670/IRJ.2020.99.9.004.
  27. Huang X., Xie X., Sun J., Zhong D., Yao Y., Tu S. Monitoring and analysis of the collapse process in blasting demolition of tall reinforced concrete chimneys // Sensors. 2023. Vol. 23, no. 13. P. 6240 doi: 10.3390/s23136240.
  28. Su N., Peng S., Chen Z., Hong N., Uematsu Y. Equivalent static wind load for structures with inerter-based vibration absorbers // Wind. 2022. Vol. 2, no. 4. P. 766-783 doi: 10.3390/wind2040040.
  29. Гладков С. О., Богданова С. Б. К вопросу учета силы сопротивления в шарнирной точке крепления физического маятника и ее влияние на динамику движения // Известия вузов. ПНД. 2019. Т. 27, № 1. С. 53-62 doi: 10.18500/0869-6632-2019-27-1-53-62.
  30. Сафаров И. И., Тешаев М. Х. Динамическое гашение колебаний твёрдого тела, установленного на вязкоупругих опорах // Известия вузов. ПНД. 2023. Т. 31, № 1. С. 63-74 doi: 10.18500/0869-6632-003021.
  31. Федотов П. Е., Соколов Н. В. Решение нелинейной задачи одностороннего динамически нагруженного упорного подшипника скольжения // Известия вузов. ПНД. 2024. Т. 32, № 2. С. 180-196 doi: 10.18500/0869-6632-003097.
  32. Клаф Р., Пензиен Д ж. Динамика сооружений. М.: Стройиздат, 1979. 320 с.
  33. Mirsaidov M. M., Sultanov T. Z. Use of linear heredity theory of viscoelasticity for dynamic analysis of earthen structures // Soil Mech. Found. Eng. 2013. Vol. 49, no. 6. P. 250-256 doi: 10.1007/s11204-013-9198-8.
  34. Филатов А. Н. Асимптотические методы в теории дифференциальных и интегро-дифферен-циаль-ных уравнений. Ташкент: Фан, 1974. 214 с.
  35. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и МКЭ. М.: Стройиздат, 1982. 448 с.

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».