高层钢结构地震反应控制的MTLD最优参数研究

　　1　前　言

　　多重调谐液体阻尼器(MTLD)是由频率分布在结构受控频率某一范围的多个TLD组成的一种新方案。MTLD能够有效地加宽减振频带,克服TLD由于基本频率与结构受控频率不调谐时所引起的控制效果降低。MTLD对高层建筑的地震反应控制是振型控制,所以设置的MTLD系统应与受控振型调谐。近年来我国高层钢结构建筑发展相当迅速,高层钢结构质量小,阻尼系数小,所以更易采用附加控制装置。而设计MTLD系统时,首先要选择MTLD系统最优系数,所以本文的主要目的是研究MTLD地震反应控制最优参数取值问题,为工程设计MTLD系统时参考。

　　2　结构-MTLD系统的动力方程

　　在结构-MTLD系统中,将MTLD系统中TLDs分别编号为TLD1,…,TLDn,如图1所示。TLDj(j=1,2,…,n)的力学模型如图2所示。为了研究问题的方便,作假设:(1)结构控制振型为单振型,即ms,cs和ks分别为结构的受控振型质量、振型阻尼和振型刚度;(2)每个TLD的质量比(TLD质量与结构受控振型质量之比)相同;(3)所有TLD都设置于同一楼层;(4)MTLD固有频率均匀分布。

　　由假设(4)可求得TLDj的固有频率与结构受控振型频率之比为

　　3　结构-MTLD系统的动力放大系数DMF计算公式

　　设地震激励xbg(t)=-e^-iXt,则方程(2)的特解可设为

　　高层建筑在地震作用下,设置MTLD系统楼层处相对于地面的位移值较大,所以在不加滤网的情况下TLD系统液体晃动阻尼比可似取为ζT=0.05[1～2]。

　　4　MTLD系统最优参数设计表格

　　设用结构-MTLD系统的最大动力放大系数(Max.DMF)来表示MTLD控制效果的评价指标,则最小的最大动力放大系数D=Min(Max.DMF)表示控制效果最好。通过数值分析,给出了主结构为钢结构(Ns=0.02)时的MTLD系统最优参数取值(如表1-4所示)。

　　从表1-4知:设计MTLD系统时,TLD的个数可以选用3个或5个;随着MTLD系统质量比的增大,最优频带宽增大,减震效果越好;随着h/2L的增大,减震效果略微变差,但最优频带宽基本不变。为了比较,表1-4同时列出了TLD系统的最优设计参数,从表1-4知,MTLD系统的控制效果优于TLD系统。

　　5　结　论

　　本文给出的MTLD系统最优参数可供设计MTLD系统时查用。设计MTLD系统的基本方法可表示为:选择MTLD系统质量比→选择MTLD系统中TLD个数(3或5个)→进行MTLD系统优化设计。具体为:(1)选择结构的受控振型,得广义质量Mj和振型频率Xj;(2)选择质量比L和h/2L值;(3)选择MTLD系统中TLD个数;(4)利用式(1)计算MTLD系统中TLD自振频率Xj;(5)根据式X2j=3Bghj/L2j计算Lj,进而得hj和mj。