钢桥塔裸塔状态涡激振动的TLD减振方法研究.pdf

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1、第26卷第2期华中科技大学学报(城市科学版)Vo1．26No．22009年6月J．ofHUST．(UrbanScienceEdition)Jun．2009钢桥塔裸塔状态涡激振动的TLD减振方法研究王中文，朱宏平，廖海黎，马存明(1．华中科技大学a．土木工程与力学学院；b．湖北省控制结构重点实验室，湖北武汉430074；2．西南交通大学风工程实验研究中心，四川成都610031)摘要：利用TLD(TunedLiquidDamper)对高耸钢桥塔进行振动控制，有效解决了桥塔建设过程中的安全问题和舒适度问题。本文讨论了TLD减小涡激振动的减振机

2、理，给出了TLD对结构控制力的解析表达式，求出了TLD控制时时结构的位移响应，推导了结构安装TLD后结构的等效阻尼比。最后考察了TLD减小钢桥塔涡激振动中的具体应用，可有效减小钢桥塔在涡激振动下的位移和加速度反应。关键词：TLD；涡激振动；振动控制；钢桥塔中图分类号：TU311．3文献标识码：A文章编号：1672-7037(2009)02-0009-03调频液体阻尼器(TLD)是一种典型的被动控TLD减小钢箱桥塔裸塔状态下的涡激振动，可有制装置，利用结构上固定容器中液体的惯性和粘效的保证桥塔施工过程中的安全和舒适度。性耗能来减小结构振动

3、，通常可与建筑顶部的储水装置结合使用J。这种减振装置具有很多优1TLD的减振原理点：(1)经济、造价低；(2)简单易行，容易安装和拆卸；(3)使用寿命长，短期和长期都可以使用；TLD是一种固定在桥塔上(一般为顶部)的(4)同时可以兼作消防水箱和减振装置使用，用矩形水箱，可以是一个大型水箱，也可以是几个水途十分广泛'引。箱的组合。当桥塔在风的作用下发生振动时将带在施工时，大跨度桥梁的桥塔是一种自由的动水箱一起运动，而水箱的运动会使箱中的水发裸塔状态J。对于这样一种单独的高耸结构，在生晃动，并引起表面的波浪，这种水和波浪对容器自然风的作用下

4、，容易产生涡激振动。特别是钢壁的压力差就构成了对结构的减振力。一般情况结构的桥塔，无论钢箱段之间是栓接或焊接，都存下，对于结构的某一振型发生涡激振动时，考察如在结构阻尼小的问题，根据统计结果，钢桥塔的阻图1所示的单自由度TLD体系，其运动方程如下尼比在0．15％左右。这样低的阻尼比，在常见风+C+Ksx=F(￡)一FTLD(1)速下，易产生较大的涡激振动振幅，严重影响施工其中，、、C。分别为结构的等效质量、刚度和人员的舒适性，甚至危及结构安全。阻尼；为TLD所在位置结构的位移；F(t)为结减小涡激振动的方法有气动措施和机械措构所受到的激

5、振力，．。为液体作用在箱壁上的施。气动措施是改变结构的外形，可以从根本上合力，称为控制力。通过适当调整水箱中水体的防止低风速下涡激振动的发生，但结构的外形～质量和晃动频率，即控制力的作用周期和大小，从旦确定下来，改动气动外形是一件很复杂的工作。而达到对结构减振的目的。机械措施是增加其他装置，被动减小涡激振动的振幅。由于涡激振动是一种简谐振动，一般和结构的固有频率一致，利用TLD增加结构阻尼，将会有明显的效果。TLD造价低，安装简单，效果明显，是减小裸塔状态涡激振动振幅的最佳选择。本文以南京某大桥桥塔为工程背景，采用图1结构一TLD体系收

6、稿日期：2008一l1—1O作者简介：王中文(1965一)，男，湖南澧县人，教授级高工，博士研究生，研究方向为大跨度桥梁抗风减振，wangzhongwen@rip．163．tom。基金项目：国家自然科学基金(50608036)。·lO·华中科技大学学报(城市科学版)2009年：．M2TLD控制力的求解—————————l_——————一(6)为了求得作用在箱壁上的合力，假设：(1)【L-2一_1)一(c，】J+L。一，]JTLD中的液体是理想流体，即箱内的水是不可压其中∞。和为结构的自振频率和阻尼比，结构缩的和无粘性的，在结构反应的驱动

7、下作无旋运的运动频率比为。=∞。／w，质量比=m。／m。。动；(2)TLD中的水的波浪运动是微幅和缓慢的；当桥塔发生涡激振动时，涡激力是与结构的(3)TLD中的水与水箱壁之间没有摩擦和粘结作某阶固有频率相等的简谐力。在通常情况下，当用；(4)TLD的水箱是刚性的，它将与所在的结构TLD水箱中水的晃动频率接近外荷的频率或者结层作相同的水平运动。构的频率时，制振效果最好，并使第一晃动的频率根据流体理论推导出作用于矩形TLD水箱壁上的控制力为接近于外荷载的频率。这时结构的位移响应为FT∞=in∑口(cJ2(t)一m(￡)(2)一。两一+1一1

8、(7)∞、，其中，茗。(t)=(t)+2，(t)+(cJ2(t)；一般情况下，TLD的质量与结构本身在这一振型上的等效质量相比很小，一般不到1％，因此，由(2n-o)n=1)~rh]；一一．式(5)可以得到