调频液体阻尼器

《土木工程名词》第一版。 2100433B

2003年，经全国科学技术名词审定委员会审定发布。

TLD又叫调频液体阻尼器，是一种被动耗能减振装置。

近年来进行了大量的研究和应用。 调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。其具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，可兼作供水水箱使用。

质量－弹簧－阻尼器系统研究背景

调谐液体阻尼器是一种固定在结构楼层（或顶层）上的水箱。当结构在地震作用下而发生振动时，将带动水箱一起运动，使水箱中的水晃动起来产生波浪，此波浪对水箱壁的动水压力就构成了对结构的减振力。国内外对TLD用 于结构风振、地震反应控制研究较多。TLD用于结构抗风抗震控制已处于工程设计和实施阶段。面向工程设计，对TLD系统参数取值及简化设计进行研究，具有一定的应用前景。同时高层钢结构重量轻、阻尼系数小，所以更易采用结构振动控制技术，研究的主要目的旨在利用单个和多个调频液体阻尼器减小高层钢结构地震反应时的参数取值问题及高层钢结构-调频液体阻尼器系统抗震控制简化设计方法，将多个调频液体阻尼器系统的固有频率按线性分布进行设计即形成MTLD系统，研究其最优频带宽取值及高层钢结构-MTLD系统简化设计方法，为调频液体阻尼器的工程设计和实施提供参考。

质量－弹簧－阻尼器系统TLD简化模型

采用Housner质量-弹簧模型，引入液体阻尼，从而形成质量-弹簧-阻尼器系统。设某一n层高层钢结构建筑，TLD系统设置于第k层，结构受基底地震加速度扰动输入，在地震作用下，水箱中的水将产生振动，箱壁产生的动液压力可分为脉动压力和振荡压力，脉动压力与水箱加速度成正比，但方向相反；振荡压力取决于液体振荡的波高和频率。两种动液压力可分别采用两个与箱体联接形式不同的等效质量的振荡效应来模拟。

质量－弹簧－阻尼器系统研究结论

（1）将单个和多个调频液体阻尼器引入高层钢结构抗震中，由于其装置简单、经济，因而具有一定的工程应用前景。

（2）研究根据“高层民用建筑钢结构技术规程”，对高层钢结构阻尼比取为0.02，对TLDs和MTLD的位置都假定设置于同一楼层。

（3）研究了单个和多个调频液体阻尼器设计参数，提供的设计参数可供工程设计查用，可以不考虑振型参与系数的影响；设计过程可为设计人员采用。

（4）数值分析及仿真分析表明，采用 目标函数设计的单个和多个调频液体阻尼器控制效果基本相同。

（5）采用目标函数设计的多个调频液体阻尼器，较采用目标函数，设计的多个调频液体阻尼器控制效果好；而且由于MTLD具有一定减震频带宽，所以MTLD较TLD/TLDs具有更好的鲁棒性。

（6）多振型控制时，可设置多个TLD/TLDs/MTLD系统，忽略振型间的相互作用，仿照本研究的设计思想与方法进行设计。 2100433B

Den Hartog(Ormondroyd and Den Hartog，1928)最早研究了主系统中没有阻尼时的无阻尼和有阻尼动力吸振器理论，他们提出了吸振器的基本原理及确定适当参数的过程。主系统的阻尼包含在Bishop和Welbou"para" label-module="para">

Jennlge和Frohrib(1977)数值计算厂控制建筑物结构中弯曲和扭转模式的移动—转动吸振器系统。Ioi和Ikeda(1978)提出了主系统在小阻尼情况下这些优化吸振器参数修正因子的经验公式。Randall等(1981)提山了在系统中考虑阻尼影响的这些参数的设计图表。Warburton和Ayorinde(1 980)进一步用表列出了最大动力放大因子、调谐频率比及特定质量比和主系统阻尼比的吸振器阻尼比的优化值。

为了增强用于减小主系统最大动力响应的吸振器的效果，研究者们尝试了通过引入非线性吸振器弹簧来加宽调谐频率范围，Roberson(1962)研究了将动力吸振器支承于一个没有阻尼的线性加三次方弹簧(即Duffing型弹簧)之上的主系统的动力响应。他将“消除带”定义为规格化主系统幅值小于1的共振峰值之间的频率带。非线性吸振器的这个带宽很清楚地表明了比线性吸振器要宽得多，Pipes(1953)研究了一个有双曲正弦特征的强化弹簧，并得出弹簧中非线性的影响是要阻止尖锐共振峰的出现，并将相对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。

为了改进动力吸振器的性能，Snowdon(1960)研究了固体型吸振器对减小主系统响应的性能，表明采用刚度正比于频率和恒定阻尼系数材料的动力吸振器能显著减小主系统的共振振动，其性能明显优于弹簧—阻尼筒型吸振器。Srinivasan(1969)分析了平行阻尼动力吸振器，即一个辅助无阻尼质量平行加装于一个吸振器。在这种情况下，当阻尼频率被精确调谐到激励频率时，主系统将保持静止，但在该情况下，消除带变小了。Snowdon(1974)研究了其他可能的吸振器形式，如三—单元吸振器的，显示如果第三单元(即辅助弹簧)与阻尼器串联，主系统幅值能减小15%～30%，但这种减小对频率非常敏感，在实际中它将影响吸振器的性能。

以上所述的许多早期研究局限于动力吸振器在工作频率与基本频率相协调的机械工程系统中的应用。但建筑结构所受到的如风和地震的环境荷载的作用具有许多频率分量，而通常叫做调谐质量阻尼器(TMD)的动力吸振器在复杂多自度和有阻尼建筑结构中的性能是不一样的。在过去20多年中，许多研究与开发工作因此而定位于研究TMD在这种振动环境中的效果。在以下几节中将说明TMD的理论与实践在结构应用中的情况。2100433B