[发明专利]一种内置桨柱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桨柱调谐液体阻尼器的设计方法，包括以下步骤：S1、确定TLD的最优晃荡频率和阻尼比，设计TLD的尺寸和水深；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；S3、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；S4、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ζsubgt;w/subgt;与阻尼比理论最优值ζsubgt;T/subgt;的差距；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。本发明实现形式清晰简洁，便于实际工程应用，可以使得内置桨柱调谐液体阻尼器设计更为精确和可靠。

技术领域

本发明属于高层建筑风致振动控制技术领域，具体涉及一种内置桨柱调谐液体阻尼器的设计方法。

背景技术

调谐液体阻尼器(TLD)是高层建筑振动控制中一种非常有效的被动动力减振器，可以显著降低结构顶部加速度，提高居住者的舒适性。TLD减振的基本原理是利用液体在晃荡过程中吸收和耗散振动能量，为结构提供附加阻尼。

纯水TLD的阻尼往往较小，为结构提供的减振效果非常有限，因此通常需要设置内部构件来增大液体的晃荡耗能，其中桨柱是常用的耗能装置之一，通过改变桨柱的个数和宽度可以使TLD阻尼比达到最优控制值。已有的内置桨柱调谐液体阻尼器设计方法主要有：1)根据结构-TLD系统的质量比确定最优阻尼比，然后基于线性阻尼比理论设计桨柱的宽度。2)通过振动台试验得到TLD阻尼比随响应的变化曲线，并结合结构-TLD系统在风荷载作用下的TLD阻尼比敏感性分析，获取TLD在工作状态中所能提供的阻尼比，从而确定合适的桨柱尺寸方案。

以上方法中，方法1)基于内置桨柱TLD阻尼比与响应成正比的假设，将复杂的液体晃荡问题化简，但是研究表明TLD阻尼比与响应之间存在明显的非线性，因此这种线性化方法不能准确评估TLD控制效果。方法2)需要根据以往经验预先制作桨柱进行试验，如果阻尼比不符合要求则重新设计桨柱并再次试验，成本较高且耗时耗力。另外由于振动台的局限性，难以进行足尺TLD对结构减振效果的验算。

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，提出一种内置桨柱调谐液体阻尼器的设计方法，实现形式清晰简洁，便于实际工程应用，可以使得内置桨柱调谐液体阻尼器设计更为精确和可靠。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种内置桨柱调谐液体阻尼器的设计方法，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；

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；

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；

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。

进一步的，步骤S1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：