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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。