分散式TLD与其减振性能的研究.pdfVIP

分散式TLD及其减振性能的研究 2 叶列平1，2陆新征1，2侯建群3曲哲1·2齐玉军L 北京 100084 (1清华大学土本工程系北京 100084；2结构工程与振动教育部重点实验室 3清华大学建筑设计研究院) 摘要本文基于功能仿生原理，提出利用现浇钢筋混凝土空心楼板技术中预埋管道和空盒等设置“分 散式TLD”阻尼器的减振概念。这种“分散式TLD”阻尼器的可设置范围大，重量可分散于各个楼层， 有利于结构的承载受力；减振频率范围宽{不占据建筑使用空间；施工简便；与传统实心混凝土结构 相比．可减轻结构白重；当TLD阻尼器中的液体采用水时，对结构防火性能和消防性能也有一定的改 善，具有良好的应用前景。本文利用通用有限元软件ANSYS提供的流固耦合分析功能，对一采用。分 散式TLD”的4层框架结构的减振性能进行了分析研究．讨论了关键参数对结构减振性能的影响．数 值分析结果表明，所建议的。分散式TLD”确实有明显的减振效果。 关键词TLD；分散式；流固耦合；减振；功能仿生 1引言 液体调频阻尼器(Tuned LiquidDamper，简称TLD)在结构振动控制中得到大量应用”J。目 前在结构工程中应用的TLD大多采用水箱，形状一般为矩形、圆柱形或U形，一般放置在结构 特定的楼层中，每层放置一个或多个水箱。已有研究表明，TLD表现出良好的减震效果，且其经 济性也比较理想，技术难度也不大。但是，现有的TLD在应用上也存在以下一些不足： (1)需要安排特定楼层和空间安置，占用建筑使用空间； (2)由于TLD水箱集中分布的恒荷载较大，设置TLD楼层结构需具备较大的承载力； (3)因受到设置空间的限制，TLD的数量有限，因此其减震效果主要依靠调频得到的水箱中 水晃动产生的反向惯性力。而由于实际结构的振动频率非常复杂，难以事先准确预测，所以如果 不能得到很好调频，则TLD减震效果将受到很大影响。而TLD提供的阻尼效应因TLD数量的限 制，质量比很小，故减震效果也很有限。 近年来，现浇空心楼板技术在实际工程中己得到大量应用。现浇空心楼板是预先在楼板中设 置空心管道或箱体，再浇注混凝土形成．具有自重轻、隔音效果好等优点。且又具有现浇结构整 体性好的优点【2j。目前现浇空心楼板的空心管道或箱体一般采用PVC管道或者橡胶管道，它们本 身也是很好的液体容器。因此，本文建议直接在这些空心管道或箱体注入廉价液体(如水)作为 TLD，形成许多个分散埋置于楼板中的小TLD(图1)，以增加结构整体阻尼，达到减少结构振动 的目的。 本文建议的分散内置式TLD具有以下优点： (1)目前现浇空心楼板的空心体积比率在66％～75％以上，有充足的空间放置足够多的TLD 来增加结构的整体阻尼。除楼板外，墙体、巨梁和巨柱等也可设置．使得结构绝大部分的构件均 具备阻尼耗能能力，可设置范围大； (2)与传统集中设置的TLD相比，分散内置式TLD不占用专门建筑空间，且TLD自身的重 量分散于各个结构构件，有利于结构的承载受力： (3)可设置范围大，减振调频范围宽； (4)与实心混凝土结构相比，可减轻结构自重； (5)设置和施工方法与现浇空心楼板相同，简便易行，造价也很低廉； (6)当阻尼器中的液体采用水时，对结构防火性能和消防性能均有很大的改善。 因此，分散内置式TLD是一个很有工程应用前景的结构减振控制方法。本文采用流固耦合数 值分析方法，对这种减振系统的效果进行初步分析研究，从理论上验证其可行性，并寻求有效的 减振控制参数，为实验研究和工程应用提供依据。 图1分散式TLD概念示意图 2流固耦合分析方法 近年来，流固耦合分析在数值分析领域内受到广泛关注。所谓流固耦合分析，就是在数值模 型中同时考虑流体力学问题和固体力学问题，及其相互作用。现实中大量工程问题是流体和固体 共同工作，并相互影响的结果，如膜结构的风振。对于TLD减振问题，流固耦合分析尤其重要， 因为TLD内部液体晃动所需的外力是由