高层结构利用调谐液体阻尼器(TLD)控制水平地震反应的研究

摘要

结构振动控制为工程结构的风振、地震动控制开辟了一条新的有效途径，正日益成为研究的热点。调液阻尼器（TLD）作为一种被动控制装置，由于其造价低廉、可靠性高等优点，在高层建筑和高耸结构的风振控制中得到了较为广泛的应用，并取得了较好的控制效果。但对高层建筑而言，地震动作用要比风荷载作用危害大，TLD对高层建筑的地震反应控制技术还不完善，主要局限于在单向地震波的作用下TLD的减震研究。本文主要采用时程分析法和有限元方法，研究TLD在高层建筑的地震单向和双向地震波的作用下的减震效果，并对两者的减震效果做出了比较，并分析了影响TLD地震动控制效果的各种因素，具体内容如下： 在绪论中，首先综述了高层建筑的振动问题和结构振动控制的研究内容，重点介绍了调液阻尼器的研究现状，包括理论、试验研究和工程应用状况。在较全面地了解与本课题相关领域研究现状的基础上，提出了本文的研究内容和方法。 第二章是TLD-结构相互作用的计算方法研究。在这一章主要介绍了TLD的减震机理、TLD减震效应分析方法以及TLD对多层结构振动控制作用的计算方法。其中TLD减振效应分析方法着重介绍了现有的两种比较成熟的理论计算方法，集中质量法和浅水波动理论法，本文的后两章的理论计算部分和有限元分析部分将采用前者为分析计算的方法依据。 第三章中采用时程分析法，用Matlab软件编制程序计算高层结构在一维地震波输入下的地震反应，及TLD系统的减震效果，并对TLD系统的多个参数进行了比较分析，总结了一些TLD系统的减震规律，为高层结构的TLD抗震设计提出了一些参考建议。 第四章将通过ANSYS有限元软件，根据Housner的集中质量法建立TLD简化模型，并对模型加载双向水平地震波及单向水平地震波，对TLD-结构体系的减震效果加以比较分析，从而得到TLD-结构体系在双向水平地震波作用下的减震规律。 在结论与展望中，总结了本文取得的一些结论，提出了需要进一步解决的问题。

目录

文摘

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致谢

1 绪论

1.1 问题的提出

1.2 结构振动控制研究现状

1.3 TLD减振控制理论与实验研究

1.4 TLD减震控制的工程应用实例

1.5 本文研究背景及主要工作

2 TLD对结构进行振动控制的原理及方法

2.1 TLD的减振机理

2.2 TLD减振效应分析方法

2.2.1 简化分析方法

2.2.2 理论分析方法(浅水波动理论法)

2.2.3 流固耦合分析方法

2.3 TLD对多层结构振动控制作用的计算方法

2.3.1 结构的振动方程

2.3.2 TLD控制力的计算

2.4 小结

3 TLD系统在一维地震波作用下结构控制效果分析

3.1 时程分析法概述

3.1.1 反应谱法存在的问题

3.1.2 时程分析法的特点

3.1.3 地震波的选择

3.1.4 合理简化结构的力学模型

3.1.5 动力方程的数值积分法

3.2 计算实例

3.2.1 结构动力参数

3.2.2 结构自振特性分析

3.2.3 地震波的选取及其参数

3.2.4 TLD设计方案

3.3 数据结果及分析

3.4 小结

4 在双向水平地震波作用下TLD减震效应分析

4.1 TLD简化模型的基本原理

4.2 简化模型的建立

4.2.1 单元的选取

4.2.2 网格划分

4.2.3 运动方程及求解方法

4.2.4 积分时间步长

4.2.5 阻尼

4.2.6 计算参数的选取

4.3 分析算例

4.3.1 结构模型

4.3.2 TLD设计方案及结果分析

4.4 小结

5 结论

参考文献

作者简历