[发明专利]一种内置可旋转挡板调谐液体阻尼器的设计方法

说明书

本发明公开了一种内置可旋转挡板调谐液体阻尼器的设计方法，包括以下步骤：S1、根据受控结构的动力特性和平面构造，确定TLD的形状、尺寸和储水高度；S2、基于TLD的形状和尺寸，对TLD内部挡板的构造尺寸和安装方位进行设计；S3、建立内置可旋转挡板TLD数值模型并模拟TLD液体的晃动过程，获取TLD的模态参数；S4、建立结构和足尺TLD的耦合系统，计算风荷载作用下结构耦合振动响应及其减振率；S5、判断内置可旋转挡板TLD能否使受控结构达到理想的控制效果。本发明方法实现形式清晰简洁，便于实际工程应用，可以使得内置可旋转挡板调谐液体阻尼器设计更为精确和可靠。

技术领域

本发明属于结构风致振动控制技术领域，具体涉及一种内置可旋转挡板调谐液体阻尼器的设计方法。

背景技术

由于现代高层建筑具有柔性大、阻尼小的特点，其对风致振动更加敏感。调谐液体阻尼器(TLD)作为一种动力减振器，由于性价比高、改造和维护简便，近年来被越来越多地应用到高层建筑减振控制中。TLD的晃动频率和阻尼比是影响减振性能的两个重要参数，当TLD频率与受控结构的固有频率接近，阻尼比达到最优控制阻尼比，便能够有效减缓结构的风振响应。

纯水TLD阻尼主要来自于液体与水箱壁面的摩擦以及自由液面的破碎，然而仅靠上述两种耗能方式为结构提供的减振效果非常有限，往往不能达到最优控制阻尼比，因此通常需要设置内部构件来增大TLD阻尼，其中挡板构件是常用的晃动耗能装置之一。挡板构件与其他增大TLD阻尼的装置相比，其制作和安装过程简便，阻尼增大效果明显，适合在实际工程中推广。

已有的内置挡板TLD设计方法并未考虑挡板角度可调的情况，使得TLD阻尼比的调整范围十分受限。另一方面，由于振动台的局限性难以对内置挡板TLD的足尺模型进行晃动试验，导致已有的挡板设计方法未能考虑足尺模型和缩尺模型的动力特性差异，同时缺乏对内置挡板TLD在足尺结构-TLD耦合系统中实际减振效果的验算。

发明内容

本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种内置可旋转挡板调谐液体阻尼器的设计方法。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种内置可旋转挡板调谐液体阻尼器的设计方法，包括以下步骤：

S1、根据受控结构的动力特性和平面构造，确定TLD的形状、尺寸以及储水高度；

S2、基于TLD的形状和尺寸，对TLD内部挡板的构造尺寸和安装方位进行设计；

S3、建立内置可旋转挡板TLD数值模型并模拟TLD液体的晃动过程，获取TLD的模态参数；

S4、建立结构和足尺TLD的耦合系统，计算风荷载作用下结构耦合振动响应及其减振率；

S5、判断内置可旋转挡板TLD能否使受控结构达到理想的控制效果。

进一步的，步骤S1具体为：

获取受控结构各楼层的质量和所在高度，根据线性振型假设估算受控结构的基阶模态质量M_S，然后设计质量比μ，从而得到TLD有效质量M_T，具体公式为：

M_T＝μM_S

根据受控结构的固有频率f_S和结构-TLD系统的质量比μ，计算TLD达到最优控制效果时的晃动频率f_T和阻尼比ζ_T，具体公式为：

TLD采用矩形水箱的形式，在楼面空间允许情况下设计TLD长度L，由矩形TLD基阶模态频率的理论公式计算得到TLD的储水高度h，具体公式为：