矩形TLD结构振动控制研究

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随着高层建筑和高耸结构高度和高宽比的增加以及轻质高强材料的应用,结构刚度和阻尼不断下降,这样的结构对于如风、波浪、地震等强激励是非常敏感的,而且很可能因为这样的激励而导致使人感到不适、房屋倒塌。而按照传统的抗风抗震设计方法,即采用提高结构强度和刚度的方法来设计,将十分不经济,而且很可能不安全。这样结构振动控制应运而生,结构振动控制是利用设置在结构上的一些控制装置或机构,在结构振动时主动或被动地给结构施加一组控制力,以减小结构振动反应,按是否需要外部能源可分为主动控制和被动控制。本文研究的调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper, TLD)是被动控制的一种,它是利用固定水箱中液体在晃荡中产生的动水压力来提供减振力的一种装置。TLD 具有造价低,安装方便,维护简单等特点,而且可以兼做供水水箱用,具有广泛的应用前景。本文首先概要地介绍了TLD 的研究现状及工程实际运用,在全面了解TLD 研究现状的基础上提出本文的研究内容和研究方法。然后,论文根据Fujino 等提出的矩形TLD 减振基本原理建立了TLD 中液体动水压力的控制方程,并采用有限差分法对矩形浅水TLD 液体动水压力进行数值模拟。为了验证上述方法对TLD 模拟的正确性以及TLD 的减振效果,论文对建筑结构利用TLD 进行振动控制进行了试验研究。最后,论文对一栋91.0m 的高层建筑进行了结构振动控制设计,采用被动控制装置TLD 来减少结构地震作用下的动力反应。通过对高层建筑结构-TLD 系统的动力时程分析可以得出采用被动控制装置TLD 来控制高层建筑地震反应是一种经济、有效的控制方式的结论。
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