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TLD-结构体系转化为TMD-结构体系的 减振计算方法

第28 卷第5 期《工程力学》Vol.28 No.5

摘要：提出了调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper，TLD)转化为调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)对结构减振控制的计算方法，采用该方法可方便地采用能够容易数值模拟的TMD 实现TLD 对结构的减振控制分析。TLD-结构体系转化为TMD-结构体系的理论推导过程简洁、物理概念清晰，并通过实例分析了一幢250m 的高层建筑结构，进而说明该文方法的可行性与合理性，可便于结构工程师直接利用商业有限元程序对TLD-结构体系进行数值仿真。
关键词：TLD；TMD；减振控制；数值模拟；高层建筑
中图分类号：TU311.3    文献标识码：A     文章编号：1000-4750(2011)05-0031-04

Abstract：An equivalent calculation method for structural vibration control of a transforming TLD-structure to TMD-structure system is presented and proposed due to the easy implementation of TMD by numerical simulation. The derivation process of the transformation is reasonable and has explicit physical meaning. The analysis of a high-rise building structure 250m in height shows that the proposed method is feasible, accurate and can be directly used in the numerical analysis of the TLD-structure system by adopting commercial finite element software.
Key words：tuned liquid damper; tuned mass damper; vibration control; numerical simulation; high-rise building

引言
随着社会进步和经济发展，大跨、超高层和高耸结构日渐增多。由于此类结构一般兼有高、柔和小阻尼特点，在强风作用下，其振动加速度可能不满足舒适度要求；在大震作用下，部分构件可能进入屈服阶段甚至破坏[1]。TMD 作为一种被动控制装置[2―3]，其理论发展相对比较成熟，十分容易通过大型有限元程序的数值模拟技术加以实现 —— 弹簧与阻尼并联后再与质量点连接，可以有效减小结构的动力反应，但该装置系统的设计、制作较为复杂，投入使用后需要经常性维护；而TLD 可结合结构上的储水装置来实现，它是利用液体的惯性和粘性耗能来减小结构的振动反应，具有经济、多用途、简单易行以及维护费用少等优点[4―6]。从20 世纪80 年代末起，TLD 引起了土木工程界的广泛关注[7―8]，但是与TMD 相比，TLD 的数值模拟相对复杂。鉴此，寻求一种有效的计算方法，即将TLD-结构体系转化为TMD-结构体系进行分析则具有工程实用意义，这也是本文的出发点。
本文针对结构一阶振型控制，首先回顾了设置动力减振器的结构体系运动统一动力方程，然后结合两种更为常用的圆形调液阻尼器(Circular Tuned Liquid Damper ， C-TLD) 和矩形调液阻尼器(Rectangular Tuned Liquid Damper，R-TLD)分别介绍了其可用于工程实际的计算参数，进而提出将TLD-结构体系转化为TMD-结构体系的数值计算方法。该转化方法巧妙、物理意义清晰且简单易行，并给出推导过程和可供参考的具体实现方法，同时还给出了可供参考的说明或注记。最后，采用本文提出的方法对一幢顶层设置TLD 的250m高的建筑结构分析，旨在进一步说明本文方法的合理性和准确度。

结论
鉴于采用有限元程序容易对TMD 减振器进行模拟，本文针对R-TLD-结构体系和C-TLD-结构体系的数值计算，提出了将TLD 转化为TMD 对结构减振控制的计算方法，并通过算例给予验证。该方法物理概念清晰，合理可行，为结构工程师直接利用有限元软件对TLD-结构体系进行数值计算提供了方便。

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