[发明专利]一种内置格栅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格栅调谐液体阻尼器的设计方法，包括以下步骤：S1、计算TLD的有效质量、晃动频率以及阻尼比；S2、结合TLD所在楼层的结构平面形状和空间限制，设计TLD的形状、尺寸以及储水高度；S3、基于TLD的形状和尺寸，对TLD内部格栅的构造尺寸和安装位置进行设计；S4、建立内置格栅TLD数值模型并模拟TLD液体的晃动过程，获取TLD的模态参数；S5、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；S6、判断TLD是否达到理想的控制效果。本发明对TLD内部格栅构件的设计，不仅考虑了格栅稠度比，还进一步设计了合理的格条宽度比和安装位置，并且可以获取TLD原型的动力特性和减振性能，避免了振动台试验的缩尺效应问题。

技术领域

本发明属于结构风致振动控制技术领域，具体涉及一种内置格栅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，使得风致振动响应成为控制其安全性和舒适性的主要因素。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，尤其还可兼做消防水箱，受到了越来越多的关注。

纯水TLD的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，从而提高TLD振动控制能力。其中格栅构件是常用的TLD内部耗能装置，合理地设计格栅的构造尺寸和安装位置一直是工程应用的重点和难点。

现有的内置格栅TLD设计方法通常只笼统地通过稠度比来反映格栅固体面积与液体横截面积的比值，并未进一步考虑格条宽度变化导致的格栅疏密性差异。另一方面，内置格栅TLD足尺模型和缩尺模型的动力特性差异会严重影响TLD实际应用，但是由于振动台的局限性难以对足尺模型进行晃动试验，导致目前的格栅设计仍局限在缩尺模型尺度。而且现有方法缺乏对内置格栅TLD足尺模型在结构-TLD耦合系统中实际减振效果进行验算。

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，提出一种内置格栅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：

一种内置格栅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参数，计算TLD的有效质量、晃动频率以及阻尼比；

S2、结合TLD所在楼层的结构平面形状和空间限制，设计TLD的形状、尺寸以及储水高度；

S3、基于TLD的形状和尺寸，对TLD内部格栅的构造尺寸和安装位置进行设计；

S4、建立内置格栅TLD数值模型并模拟TLD液体的晃动过程，获取TLD的模态参数；

S5、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；

S6、判断TLD是否达到理想的控制效果，如达到，则获取内置格栅TLD的最终设计方案，如达不到，则返回步骤S3，执行步骤S3及其后续步骤，重新设计。

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，设计质量比μ，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：