基于调谐液体阻尼器的高层建筑结构减震研究

摘要

如何减小地震和风振作用对建筑结构的破坏,成为工程结构领域重要的研究课题之一.结构振动控制为工程结构的抗震抗风设计与研究开辟了一个新的途径.该文所研究的调谐液体阻尼器(简称TLD)作为一种结构被动控制装置,以其造价低廉,可靠性高,简便易行的特点使其得到各国学者的高度重视.该文在现有研究成果的基础上,对采用TLD进行结构抗震进行了较为深入的研究,并对基于抗震设计的TLD的抗风作用进行了验算.具体完成的研究工作如下:一、综述了TLD在土木工程结构振动控制的研究现状及应用.在较全面地了解与该课题相关领域研究现状的基础上,提出了该文的研究内容.二、推导出安装调谐液体阻尼器(TLD)的建筑结构在简谐地震作用下的等效阻尼比,并对影响等效阻尼比的各个参数进行了研究,求得了优化参数.三、利用单TLD进行减小结构地震反应的研究.该文以一个电视塔为例,对高耸结构采用TLD进行了地震响应控制的仿真计算.通过分析得出结论:当地震波的卓越频率与结构第一阶频率接近时,调谐液体阻尼器的减震效果明显.该文同时对结构自身阻尼对TLD控制系统减震效果的影响进行了计算分析,结果表明,随着结构阻尼比增大,TLD系统对结构的减震率减小.四、该文进一步推导给出了设置MTLD的高层建筑结构的等效阻尼比,并研究了影响MTLD系统等效阻尼比的基本参数.五、该文采用MTLD进行了减小结构地震反应的研究.计算研究结果表明:当结构的实际频率和设计频率发生偏差时,MTLD的控制效果要优于单个TLD.并且对于长细比较大的高耸结构,只控制结构的第一振型反应是远远不够的,必须要同时控制结构多个振型反应.采用多个TLD的组合,并将TLD中液体的固有周期调协到与结构相应振型的周期相等时,TLD对结构的振动控制作用最好.该章还通过算例表明,当控制结构前两阶振型时,在总质量一定时,两TLD质量之比等于周期比时的控制效果要好于其值等于1:1时的控制效果.六、对安装有TLD或MTLD的振动控制系统进行了结构风振响应控制验算.结果表明:基于抗震设计的TLD和MTLD装置对于结构风振控制也是十分有效的.七、总结了该研究的成果与意义.提出了有待进一步研究和解决的问题.

目录

文摘

英文文摘

第一章概论

1.1高层建筑与高耸结构的振动问题

1.2结构振动控制研究现状

1.3调频液体阻尼器的研究现状

1.4调频液体阻尼器计算方法研究现状

1.5调频液体阻尼器试验和应用实例

1.6拟完成的任务

第二章TLD系统等效阻尼比分析

2.1结构-TLD系统分析方法

2.2结构-TLD系统力学模型

2.3结构-TLD系统的频率响应函数矩阵

2.4结构-TLD系统的动力放大系数及等效阻尼比

2.5结构-TLD系统动力放大系数分析

2.6小结

第三章利用TLD减小结构振动反应研究

3.1引言

3.2计算模型与参数

3.3利用单个TLD控制第一振型时，结构的动力反应

3.4小结

第四章MTLD系统等效阻尼比分析

4.1结构-MTLD系统的频率响应函数矩阵

4.2结构-MTLD系统的等效阻尼系数

4.3结构-MTLD系统的等效阻尼系数各参数研究

4.4小结

第五章利用MTLD减小结构地震反应研究

5.1引言

5.2利用MTLD控制第一振型

5.3利用MTLD控制第一、第二振型

第六章安装有TLD或MTLD系统结构风振验算

6.1引言

6.2多自由度体系的单个TLD风振控制

6.3多自由度体系的多个TLD风振控制

第七章结论与展望

参考文献

致谢