可控调谐液体阻尼器系统对高层建筑地震反应控制的研究

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结构控制是建筑结构抗风抗震设计的一个新领域。可控调谐液体阻尼器(简称可控TLD)是近年来提出的一种半主动控制装置,它需要少量的能源输入维持系统运作,通过结构反应使得可控TLD装置内液体发生运动,液体运动过程产生的晃动力作为控制力施加到结构上。实施控制过程中,可控TLD系统根据测得的结构反应信息来调整系统的工作状态,达到拓宽被动TLD减振频带的目的。 本文首次提出利用设置竖向可移动隔板的矩形水箱作为可控TLD模型。与已有的可控TLD模型相比,其主要优点在于应用新模型的可控TLD系统易于实施,便于理论分析。本研究的主要目的在于探讨新型可控TLD系统对结构多振型控制的可行性,检验可控TLD系统对高层建筑地震反应的控制效果。 作为对新模型的初步研究,首先利用线性微幅波理论求解设置竖向隔板矩形水箱液体晃动问题,有助于我们对可控TLD模型基本性能的了解。接着直接从Navier-Stokes方程出发,应用流体体积法(VOF法)模拟可控TLD模型液体晃动响应。VOF法不仅能解决可控TLD模型中隔板处于不同位置时的液体晃动问题,而且可考虑隔板移动过程对液体晃动特性的影响。数值结果表明,对于设置竖向隔板的可控TLD模型,当激励幅值较大时无论是深水还是浅水,应考虑流体的粘性和非线性作用,微幅波假设不适用。当可控TLD模型的隔板完全打开或完全关闭,若外激励加速度频率接近可控TLD模型对应状态第一自振频率时均能提供较大的晃动力。 进一步考察可控TLD系统与高层建筑结构的相互作用,建立了可控TLD-结构减震体系的运动方程。由于可控TLD系统涉及到多门学科和技术,本文还对可控TLD系统的组成及工作流程做了一些初步探讨,并提出修正的两态控制算法,为实施可控TLD系统对高层建筑地震反应多振型控制奠定基础。 本研究以控制高层建筑结构位移反应为目标,根据测得的结构位移反应瞬时频率,应用修正两态控制算法调整可控TLD系统的工作状态。最后通过计算机仿真研究了可控TLD系统对高层建筑地震反应的控制效果。结果表明,采用修正的两态控制算法非常简单,易于实现。与被动TLD相比,可控TLD系统具有较宽的减振频带,对不同的地震波输入均有较好的减振效果,适用性更强。本文还分析
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