[发明专利]一种内置桨柱调谐液体阻尼器的设计方法

权利要求书

1.一种内置桨柱调谐液体阻尼器的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过受控结构和TLD系统的质量比确定TLD的最优晃荡频率和阻尼比，并初步设计TLD的尺寸和水深；具体为：

根据工程项目需求设计结构-TLD系统质量比为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，计算公式为：

其中，f_S为结构固有频率；

考察TLD所在楼层的平面形状并设计长度L，由矩形TLD基阶频率的理论公式计算得到水深h，具体公式为：

其中，g为重力加速度，水深h需满足TLD所在楼层的层高限制；

假设TLD的个数为n_T，通过结构基阶模态质量M_S计算单个TLD的宽度W，具体公式为：

其中，ρ表示水的密度，β表示质量参与系数；

若TLD的尺寸不满足楼面的空间限制，需调整长度L重新进行设计；

S2、构建结构-TLD系统的等效力学模型，并进行不同重现期风荷载作用下TLD阻尼比的敏感性分析，得到TLD阻尼比与响应的关系曲线；具体为：

将TLD等效为调谐质量阻尼器，建立多自由度结构与等效TMD耦合系统的运动方程，具体公式为：

其中，M_s、C_s、K_s分别为结构的质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵，m_T为TLD总质量，m_e、c_e、k_e分别为等效TMD的质量、阻尼和刚度，X_s、分别为结构位移向量、速度向量和加速度向量，为TLD所在楼层的结构加速度，x_e、分别为等效TMD的相对位移、相对速度和相对加速度，H为反映TLD位置的列向量，F_w为风荷载向量；等效阻尼c_e通过等效阻尼比ζ_e计算得到，具体公式为：

c_e＝4πm_ef_Tζ_e

根据系统的运动方程进行不同重现期风荷载下阻尼比的敏感性分析，通过改变TLD等效阻尼比ζ_e获取对应的TLD响应，用均方根σ_T来表示响应的大小；对一系列TLD阻尼比ζ_e进行幂函数拟合得到阻尼比与响应的关系曲线，具体公式为：

其中，ζ₁为TLD阻尼比拟合结果，a₁和b₁为拟合常数；

S3、基于TLD基本尺寸参数，设计桨柱的个数和宽度，并通过内置桨柱TLD阻尼比的经验公式获取不同桨柱配置下TLD阻尼比与响应的关系曲线；具体为：

假设在TLD内部安装了数量为n_p的桨柱构件，单个桨柱的宽度为a_p，代入TLD阻尼比经验公式，得到阻尼比随响应的变化曲线，具体为：

其中，Δ和Θ分别是反映TLD液深比和桨柱个数及位置的参数，其具体公式为：

其中，x_i为第i个桨柱所处位置；

通过改变桨柱个数和宽度的输入值n_p和a_p，获取相应的TLD阻尼比变化规律；

S4、将结构-TLD系统和单独TLD的阻尼比与响应的关系曲线联立，计算TLD在工作状态中所能提供的阻尼比；

S5、计算TLD工作中的阻尼比ζ_w与阻尼比理论最优值ζ_T的差距，从而判断设计方案的有效性；

S6、建立受控结构和足尺TLD的耦合系统，计算风荷载作用下该设计方案的TLD对结构实际减振效果。