[笔记][算例][减振] 调谐液体阻尼器减震算例 [Example of Vibration Reduction of Tuned Liquid Damper (TLD) ]

实干、实践、积累、思考,创新。


最近项目用到水箱进行风振控制,于是研究一下水箱减振的相关理论及工程计算分析。

这里的水箱其实说的是调谐液体阻尼器(Tuned Sloshing Damper,TSD)这类东西又称为TLD (Tuned Liquid Damper )。

TSD 是利用晃动的液体吸收并耗散结构振动能量的附加阻尼系统。TSD 实质上是箱体,部分以液体(一般为水)填充并置于结构顶部。通过选择合适的 TSD 箱体尺寸和液体深度,可以将晃动的频率“调谐”至结构的自振频率。由于结构的共振响应,TSD 箱体内的液体将开始晃动,从而振动能量通过结构传递给 TSD,该能量进而由箱体的阻尼装置耗散。

以下来个个简单算例测算。

无控模型

模型为一个5X5跨的19层的框架结构算例,如下图。

结构的振型信息

第1级第2阶平动振型,周期为1.96s。

结构总的质量为 9079960kg,即9079.96吨。

施加一个测试用的正弦加速度时程,其中加速度时程的周期选为结构的周期,以使结构的动力响应最大。

无控结构时程分析结果

基底剪力,顶点加速度,顶点位移

TLD参数计算

设置振荡目标质量比为2%,通过自编的 TLDPC 软件( [结构][软件] TLDPC: 调谐液体阻尼器参数计算器 [TLDPC: Tuned Liquid Damper (TLD) Parameter Calculator]  ) 计算TLD的参数。

有控模型

根据计算的TLD参数,建立设置TLD水箱的有控结构。

无控 vs. 有控

对有控结构进行动力时程分析,提取设置水箱减震后结构的响应,并与无水箱结构的响应进行对比。由结果可见,设置了水箱后,结构的响应显著降低。

进一步对比水箱位移与结构的顶点位移如下图,可见,水箱位移与结构位移是不同步的,当主体结构位移从最大往回跑时,水箱的位移则正好相反,位移从最小往最大跑,正是水箱这种反向相互作用,降低了主体结构的响应。


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