[發明專利]一種內置格柵調諧液體阻尼器的設計方法

在審

• 申請號: 202111245046.6
• 申請日: 2021-10-26
• 公開（公告）號: CN114065415A
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發明（設計）人: 周子杰;謝壯寧;張樂樂;石碧青;劉慕廣;江毅
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/23;G06F111/10;G06F119/10;G06F119/14
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

本發明公開了一種內置格柵調諧液體阻尼器的設計方法，包括以下步驟：S1、計算TLD的有效質量、晃動頻率以及阻尼比；S2、結合TLD所在樓層的結構平面形狀和空間限制，設計TLD的形狀、尺寸以及儲水高度；S3、基于TLD的形狀和尺寸，對TLD內部格柵的構造尺寸和安裝位置進行設計；S4、建立內置格柵TLD數值模型并模擬TLD液體的晃動過程，獲取TLD的模態參數；S5、建立結構和足尺TLD的耦合系統，計算風荷載作用下結構耦合振動響應及其減振率；S6、判斷TLD是否達到理想的控制效果。本發明對TLD內部格柵構件的設計，不僅考慮了格柵稠度比，還進一步設計了合理的格條寬度比和安裝位置，并且可以獲取TLD原型的動力特性和減振性能，避免了振動臺試驗的縮尺效應問題。

技術領域

本發明屬于結構風致振動控制技術領域，具體涉及一種內置格柵調諧液體阻尼器的設計方法。

背景技術

由于現代高層建筑具有柔性大、阻尼小的特點，使得風致振動響應成為控制其安全性和舒適性的主要因素。調諧液體阻尼器(TLD)作為一種動力減振器，由于性價比高、改造和維護簡便，尤其還可兼做消防水箱，受到了越來越多的關注。

純水TLD的阻尼主要來自于液體與水箱壁面的摩擦以及自由液面的破碎，然而僅靠上述兩種耗能方式為結構提供的減振效果非常有限，往往不能達到最優控制阻尼比，因此通常需要設置內部構件來增大TLD阻尼，從而提高TLD振動控制能力。其中格柵構件是常用的TLD內部耗能裝置，合理地設計格柵的構造尺寸和安裝位置一直是工程應用的重點和難點。

現有的內置格柵TLD設計方法通常只籠統地通過稠度比來反映格柵固體面積與液體橫截面積的比值，并未進一步考慮格條寬度變化導致的格柵疏密性差異。另一方面，內置格柵TLD足尺模型和縮尺模型的動力特性差異會嚴重影響TLD實際應用，但是由于振動臺的局限性難以對足尺模型進行晃動試驗，導致目前的格柵設計仍局限在縮尺模型尺度。而且現有方法缺乏對內置格柵TLD足尺模型在結構-TLD耦合系統中實際減振效果進行驗算。

發明內容

本發明的主要目的在于克服現有技術的缺點與不足，提出一種內置格柵調諧液體阻尼器的設計方法。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案：

一種內置格柵調諧液體阻尼器的設計方法，包括以下步驟：

S1、根據受控結構的動力特性參數，計算TLD的有效質量、晃動頻率以及阻尼比；

S2、結合TLD所在樓層的結構平面形狀和空間限制，設計TLD的形狀、尺寸以及儲水高度；

S3、基于TLD的形狀和尺寸，對TLD內部格柵的構造尺寸和安裝位置進行設計；

S4、建立內置格柵TLD數值模型并模擬TLD液體的晃動過程，獲取TLD的模態參數；

S5、建立結構和足尺TLD的耦合系統，計算風荷載作用下結構耦合振動響應及其減振率；

S6、判斷TLD是否達到理想的控制效果，如達到，則獲取內置格柵TLD的最終設計方案，如達不到，則返回步驟S3，執行步驟S3及其后續步驟，重新設計。

進一步的，步驟S1具體為：

獲取受控結構各樓層的質量和所在高度，根據線性振型假設估算受控結構的基階模態質量M_S，設計質量比μ，得到TLD有效質量M_T，具體公式為：

M_T＝μM_S

根據受控結構的固有頻率f_S和結構-TLD系統的質量比μ，計算TLD達到最優控制效果時的晃動頻率f_T和阻尼比ζ_T，具體公式為：