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变质量TLD减震性能试验研究

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Chapter 1 Introduction and Literature Review

1.1 Introduction

1.2 Structural Control Systems

Active Control System

Passive Control System

Hybrid Control System

Semi-Active Control System

Structural Health Monitoring System

1.3 Tuned Liquid Damper

1.4 Literature Review

1.5 TLD Applications

Applications in Ships and Offshore Structures

Applications in Buildings

1.6 Objective and Works of the Present Thesis

Chapter 2 Theoretical Analysis of Free Water Sloshing in Tuned Liquid Damper

2.1 Introduction

2.2 Linear Shallow Water Wave Theory

2.3 Natural Frequency of Liquid Motion in Tank with Flat Bottom

2.4 Damping and Wave Height in Tank with Flat Bottom

2.5 Natural Frequency of Liquid Motion in Tank with Sloped Bottom

2.6 Sloped Shape Bottom Influence on Particles Lifting

2.7 Summary

Chapter 3 TLD Water Sloshing Investigation

3.1 Introduction

3.2 Experimental Facilities

3.2.1 Shake Table Ⅱ

3.2.2 Hydrodynamic Pressure Sensor

3.2.3 High-Speed Motion Camera

3.2.4 Tanks

3.3 Test Cases and Experimental Set-up

3.3.1 Test Cases

3.3.2 Experimental Set-up

3.4 Test Results

3.4.1 Natural Frequency of TLD

3.4.2 Frequency sweep results

3.5 Influence of Tank Width and Particles Motion on TLD Frequency

3.6 Summary

Chapter 4 Seismic Effectiveness of a Mass-Variable TLD System for Structural Response Control

4.1 Introduction

4.2 Experimental Facilities and Procedure

4.2.1 Shaking Table

4.2.2 Structure Model

4.2.3 Tuned Liquid Damper

4.2.4 Measurement Systems

4.3 Identification of Structural Frequency and Damping

4.4 TLD-Structure Test Set-up

4.4.1 Earthquake Inputs

4.4.2 Test Cases

4.5 Experimental Results and Analysis

4.5.1 Structural Response Analysis

4.5.2 Frequency Tuning of the TLD System

4.5.3 Effectiveness of Mass-Variable TLD System

4.5.4 Robustness of the TLD System

4.5.5 Structure Strain Response Reduction

4.5.6 Structural Response Reduction for Two Earthquakes Levels

4.6 Summary

Chapter 5 Conclusions

Acknowledgemems

Bibliography

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果

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摘要

近年来,调谐液体阻尼器(TLD)及TLD系统已经成功运用于工程结构减振中,并受到广泛关注。对传统平底型TLD系统的深入研究表明,平底型TLD系统的不足之处在于控制力较小。 本文为克服平底型TLD的类似于破波现象和拍振现象,采用一种新的TLD系统——变质量调谐液体阻尼器(MVTLD)来改进传统TLD的不足。新的MVTLD系统具有三个特点,第一个特点是安装一个斜坡底水箱代替传统平底型水箱,减少TLD水体运动中的波反射;第二个特点是在水体中添加同体颗粒以增加TLD的耗能能力,由于减少了把已被TLD吸收的振动能量传向被控结构,使得结构在地震作用和结束后能较快地减小振动反应;第三个特点是新型MVTLD系统随着水中参与运动同体颗粒的变化,具有变频特性。这些特点的结合使得新型MVTLD的减震效率提高:设置斜坡底面后可增大TLD中的水沿容器底面运动时所需的驱动力,而在水中增加易于悬浮的颗粒后可增加混合液体的粘性。TLD中水体运动所需驱动力和粘性的增大,从而提高了它的减震控制力。在地震作用停止后,TLD中的水体自由振动快速停止的试验现象,说明新的MVTLD系统具有良好的耗能减震性能。 本研究进行了一系列小型TLD系统的振动台试验。试验结果表明TLD湿底长度(水下底面长度)对水体晃动频率有直接影响。为此,应用类似等参有限单元法中的坐标变换方法,建立了基于TLD相应湿长度的水体振动频率的近似求解方法。一系列的振动台试验证明在微幅激励时,这一基于线性波理论的TLD自振频率的近似计算公式具有很好的准确性,且计算简便,特别对于具有V型底部或弧形底部的TLD,计算准确性更好。进行了一系列6米高的钢结构TLD减震振动台模型试验,验证新的MVTLD的减震性能。试验结果表明具有斜坡底部的MVTLD是非常有效的结构减震方法。试验结果还表明:TLD里的有机玻璃粒子与水混合是非常有效得,这是因为有机玻璃粒子的质量密度与水的质量密度相接近。对具有不同斜面底部形状的TLD的试验研究表明,弧形底面的TLD的减震性能比V型和W型底而TLD的更好,因为有机玻璃粒子在弧形斜面上更容易升起。试验结果还表明新的MVTLD能非常有效地降低结构地震反应中的峰值加速度和层间位移。

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