调谐液体阻尼器设计方法、装置、介质和设备制造方法及图纸

本发明专利技术公开了调谐液体阻尼器设计方法、装置、介质和设备，首先TLD初步设计，得到TLD初步设计参数；风荷作用下结构‑TLD耦合系统的TLD阻尼比敏感性分析，并拟合TLD响应与TLD阻尼比关系曲线；基于TLD当前设计参数，进行TLD减振性能振动台试验或数值模拟分析，得到液体晃荡频率f

【技术实现步骤摘要】
调谐液体阻尼器设计方法、装置、介质和设备
本专利技术属于超高层建筑风致振动控制领域，特别涉及一种调谐液体阻尼器设计方法、装置、介质和设备。
技术介绍
调谐液体阻尼器(TLD)是一种常用在超高层建筑风振控制中的被动控制装置，因构造相对简单、造价低，且可兼做消防水箱，而受到越来越多的关注。对于结构-TLD耦合系统而言，质量比、液体晃荡频率、TLD阻尼比是与控制效果息息相关的三个重要设计参数；其中，质量比为TLD中液体有效质量与结构受控模态质量的比值，取值范围通常为1％～5％；液体晃荡频率与水箱长度和液体深度有关，该频率与结构受控模态频率相近时控制效果最佳；而TLD阻尼主要来自于自由液面破碎、液体粘度以及液体与水箱壁面的摩擦，但仅依靠上述几种耗能方式，TLD所能够提供的阻尼比远小于最优值，难以达到有效控制结构风致振动的效果，因此常采取在TLD内设置耗能装置如阻尼网、格栅等措施增大液体晃荡耗能。结构-TLD耦合系统中TLD的设计通常以受控结构响应为控制目标，先估计结构所需有效阻尼，有效阻尼是质量比的函数，进而确定满足条件的质量比；然后由确定的质量比计算得到最优频率比(液体晃荡频率与结构受控模态频率的比值)与最优TLD阻尼比；最后根据最优频率比计算满足TLD所在楼面空间大小的水箱长度和液深，根据最优TLD阻尼比计算TLD内置耗能装置设计参数。该设计方法通过等效线性化的方式将TLD中液体晃荡问题化简，从而能够快速获得结构-TLD耦合系统的重要设计参数进而确定TLD外形尺寸、液深与内置耗能装置设计参数。研究表明在风荷载作用下TLD响应呈明显非线性，且带有内置耗能装置的TLD阻尼比会随着TLD响应的变化而改变，因此采用线性化的设计方法不能准确评估TLD控制效果。
技术实现思路
本专利技术的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种调谐液体阻尼器设计方法，该方法能够考虑TLD响应非线性特性，使得TLD的设计更加细致和精确，基于此方法设计的TLD能够准确的评估出其控制效果。本专利技术的第二目的在于提供一种调谐液体阻尼器设计装置。本专利技术的第三目的在于提供一种存储介质。本专利技术的第四目的在于提供一种计算设备。本专利技术的目的通过下述技术方案实现：一种调谐液体阻尼器设计方法，包括步骤：步骤1、获取设计要求的结构-TLD耦合系统的质量比μ、液体晃荡频率ft和TLD阻尼比通过等效线性化方法对TLD进行初步设计，得到初步设计的TLD的初步设计参数；步骤2、构建结构-TLD耦合系统运动方程，对结构-TLD耦合系统进行不同重现期风荷载作用下的TLD阻尼比敏感性分析，并拟合TLD响应与TLD阻尼比关系曲线；步骤3、基于TLD当前设计参数，进行有色噪声激励下的TLD减振性能振动台试验或数值模拟分析，对测得的TLD响应进行解耦分离，再进行模态参数识别，得到液体晃荡频率ft′，并拟合TLD阻尼比与TLD响应关系曲线；步骤4、基于步骤2和步骤3拟合TLD响应与TLD阻尼比关系曲线，计算得到不同重现期风荷载作用下的TLD所能提供的阻尼比值步骤5、判断步骤3中得到液体晃荡频率ft′和步骤4中计算得到的阻尼比值能否使受控结构响应满足控制目标；若否，则针对TLD设计参数进行修改，然后返回步骤3；若是，则将最终获取到的TLD设计参数作为TLD的最终设计结果。优选的，步骤2中构建的结构-TLD耦合系统运动方程为：式中：Ms、Cs和Ks分别为结构质量、阻尼和刚度矩阵，由设计信息可得；mt、kt和ct分别为TLD质量、刚度和阻尼，β为质量参与系数，由TLD初步设计结果得到；假设TLD与结构第n个自由度耦合，则X、xn和ut分别为结构位移向量、结构第n个自由度位移、TLD位移；H为TLD位置向量；F为风荷载向量；为结构加速度向量，为结构速度向量，为结构第n个自由度加速度，为TLD加速度，为TLD速度。优选的，步骤3中，基于TLD当前设计参数，包括外形尺寸、液深以及内置耗能装置设计参数，构建TLD缩尺模型，针对上述构建的TLD缩尺模型，进行有色噪声激励下的TLD减振性能振动台试验，在得到试验结果后换算到TLD缩尺模型对应的原型，从而得到液体晃荡频率ft′；或者步骤3中，基于TLD当前设计参数，包括外形尺寸、液深以及内置耗能装置设计参数，采用有限元软件建立TLD数值模型，根据实际试验条件在软件中设置相应初始条件、边界条件与外部激励，再通过求解流体运动方程获得流体晃动响应，从而实现数值模拟分析。优选的，步骤2中，根据结构-TLD耦合系统运动方程进行不同重现期风荷载作用下的TLD阻尼比敏感性分析，得到若干TLD响应对应的TLD阻尼比数据点，对这些数据点进行拟合得到TLD响应与TLD阻尼比关系曲线：式中，为敏感性分析得到的TLD阻尼比拟合结果，σr1为相应的TLD响应，α1、β1为拟合常数；步骤3中，进行有色噪声激励下的TLD减振性能振动台试验或数值模拟分析后，对测得的TLD响应进行解耦分离再进行模态参数识别，得到若干TLD响应对应的TLD阻尼比数据点，对这些数据点进行拟合可得TLD响应与TLD阻尼比关系曲线：式中，为减振性能分析得到的TLD阻尼比拟合结果，σr2为相应的TLD响应，α2、β2为拟合常数；步骤4中，基于步骤2中拟合得到的TLD响应与TLD阻尼比关系曲线以及步骤3中拟合得到的TLD响应与TLD阻尼比关系曲线计算得到不同重现期风荷载作用下的TLD所能提供的阻尼比值为：优选的，在步骤5中：将步骤5中得到液体晃荡频率ft′与液体晃荡频率ft进行比较，若两者之间的差值超过阈值F1，则判定TLD当前设计使得使受控结构响应不满足控制目标，对TLD的设计参数，包括TLD的外形尺寸长度或液深进行修改；步骤5中，将步骤4中得到阻尼比值与TLD阻尼比进行比较，若两者之间的差值超过阈值F1，则判定TLD当前设计使受控结构响应不满足控制目标，对TLD的设计参数，包括TLD内置耗能装置设计参数进行修改。更进一步的，在步骤5中：当ft′与ft的差值超过阈值F1，且ft′小于ft，则减小TLD的长度或增大TLD的液深；当ft′与ft的差值超过阈值F1，且ft′大于ft，则增大TLD的长度或减小TLD的液深；当与的差值超过阈值F2，且小于则增大TLD内置耗能装置的尺寸、增加TLD内置耗能装置的数量或将TLD内置装置摆放的位置更加靠近TLD的中间位置处；当与的差值超过阈值F2，且大于则减小TLD内置耗能装置的尺寸、减少TLD内置耗能装置的数量或将TLD内置装置摆放的位置更加远离TLD的中间位置处。优选的，TLD内置耗能装置采用纤维增强塑料制作。本专利技术的第二目的通过以下技术方案实现：一种调谐液体阻尼器设计装置，包括：TLD初步设计模块，用于获取设计要求的结构-TLD耦合系统的质量比μ、液体晃荡频率ft和TLD阻尼比本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种调谐液体阻尼器设计方法，其特征在于，包括步骤：/n步骤1、获取设计要求的结构-TLD耦合系统的质量比μ、液体晃荡频率f

【技术特征摘要】
1.一种调谐液体阻尼器设计方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1、获取设计要求的结构-TLD耦合系统的质量比μ、液体晃荡频率ft和TLD阻尼比通过等效线性化方法对TLD进行初步设计，得到初步设计的TLD的初步设计参数；
步骤2、构建结构-TLD耦合系统运动方程，对结构-TLD耦合系统进行不同重现期风荷载作用下的TLD阻尼比敏感性分析，并拟合TLD响应与TLD阻尼比关系曲线；
步骤3、基于TLD当前设计参数，进行有色噪声激励下的TLD减振性能振动台试验或数值模拟分析，对测得的TLD响应进行解耦分离，再进行模态参数识别，得到液体晃荡频率ft′，并拟合TLD阻尼比与TLD响应关系曲线；
步骤4、基于步骤2和步骤3拟合TLD响应与TLD阻尼比关系曲线，计算得到不同重现期风荷载作用下的TLD所能提供的阻尼比值
步骤5、判断步骤3中得到液体晃荡频率ft′和步骤4中计算得到的阻尼比值能否使受控结构响应满足控制目标；
若否，则针对TLD设计参数进行修改，然后返回步骤3；
若是，则将最终获取到的TLD设计参数作为TLD的最终设计结果。


2.根据权利要求1所述的调谐液体阻尼器设计方法，其特征在于，步骤2中构建的结构-TLD耦合系统运动方程为：



式中：
Ms、Cs和Ks分别为结构质量、阻尼和刚度矩阵，由设计信息可得；
mt、kt和ct分别为TLD质量、刚度和阻尼，β为质量参与系数，由TLD初步设计结果得到；
假设TLD与结构第n个自由度耦合，则X、xn和ut分别为结构位移向量、结构第n个自由度位移、TLD位移；
H为TLD位置向量；F为风荷载向量；

为结构加速度向量，为结构速度向量，为结构第n个自由度加速度，为TLD加速度，为TLD速度。


3.根据权利要求1所述的调谐液体阻尼器设计方法，其特征在于，步骤3中，基于TLD当前设计参数，包括外形尺寸、液深以及内置耗能装置设计参数，构建TLD缩尺模型，针对上述构建的TLD缩尺模型，进行有色噪声激励下的TLD减振性能振动台试验，在得到试验结果后换算到TLD缩尺模型对应的原型，从而得到液体晃荡频率ft′；
或者步骤3中，基于TLD当前设计参数，包括外形尺寸、液深以及内置耗能装置设计参数，采用有限元软件建立TLD数值模型，根据实际试验条件在软件中设置相应初始条件、边界条件与外部激励，再通过求解流体运动方程获得流体晃动响应，从而实现数值模拟分析。


4.根据权利要求1所述的调谐液体阻尼器设计方法，其特征在于，步骤2中，根据结构-TLD耦合系统运动方程进行不同重现期风荷载作用下的TLD阻尼比敏感性分析，得到若干TLD响应对应的TLD阻尼比数据点，对这些数据点进行拟合得到TLD响应与TLD阻尼比关系曲线：



式中，为敏感性分析得到的TLD阻尼比拟合结果，σr1为相应的TLD响应，α1、β1为拟合常数；
步骤3中，进行有色噪声激励下的TLD减振性能振动台试验或数值模拟分析后，对测得的TLD响应进行解耦分离再进行模态参数识别，得到若干TLD响应对应的TLD阻尼比数据点，对这些数据点进行拟合可得TLD响应与TLD阻尼比关系曲线：



式中，为减振性能分析得到的TLD阻尼比拟合结果，σr2为相应的TLD响应，α2、β2为拟合常数；
步骤4中，基于步骤2中拟合得到的TLD响应与TLD阻尼比关系曲线以及步骤3中拟合得到的TLD响应与TLD阻尼比关系曲...

【专利技术属性】
技术研发人员：张蓝方，谢壮宁，张乐乐，石碧青，江毅，潘建荣，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44