TLD抑制拉索振動的試驗研究

TLD抑制拉索振動的試驗研究摘要：現(xiàn)代結構工程中經(jīng)常會遇到風荷載、地震荷載等外部擾動引起的結構振動問題，其中拉索振動是其中比較常見的一種。本文基于實驗方法，研究了TLD抑制拉索振動的效果，包括TLD系統(tǒng)的設計、實驗數(shù)據(jù)的采集及分析。通過實驗可知，TLD系統(tǒng)能夠有效地抑制拉索振動，其抑振效果與參數(shù)的設置有關，當參數(shù)設置得當時，TLD系統(tǒng)能顯著地降低拉索振幅及振動頻率，同時提高結構的抗風能力和抗震能力。本文從理論和實驗方面闡述了TLD系統(tǒng)的工作原理及優(yōu)缺點，針對不同應用場景提出了不同的參數(shù)設置建議。實驗結果表明，TLD系統(tǒng)具有廣泛的應用前景和較強的抑振效果，可以為工程實踐提供可靠的抗振方案和技術支持。關鍵詞：TLD；拉索振動；抑振；實驗研究；結構工程Abstract:Inmodernstructuralengineering,structuralvibrationcausedbyexternaldisturbancessuchaswindloadsandseismicloadsisfrequentlyencountered,amongwhichcablevibrationisacommontype.Thispaperbasedonexperimentalmethod,studiestheeffectofTLDonsuppressingcablevibration,includingthedesignofTLDsystem,dataacquisitionandanalysis.Throughexperiments,itisfoundthattheTLDsystemcaneffectivelysuppresscablevibration,anditsvibrationsuppressioneffectisrelatedtotheparametersetting.Whentheparametersaresetproperly,theTLDsystemcansignificantlyreducethecableamplitudeandvibrationfrequency,aswellasimprovethewindresistanceandearthquakeresistanceofthestructure.Thispaperexpoundstheworkingprinciple,advantagesanddisadvantagesofTLDsystemfromtheoreticalandexperimentalaspects,andputsforwarddifferentparametersettingsuggestionsfordifferentapplicationscenarios.TheexperimentalresultsshowthatTLDsystemhasbroadapplicationprospectsandstrongvibrationsuppressioneffect,andcanprovidereliableanti-seismicsolutionsandtechnicalsupportforengineeringpractice.Keywords:TLD;cablevibration;vibrationsuppression;experimentalstudy;structuralengineering一、引言拉索振動是一種由外界擾動引起的模態(tài)振動形式，常見于大跨徑結構或高層建筑等場景中。拉索振動對結構安全性、舒適性及使用壽命等都有影響，必須采取相應的振動控制措施。傳統(tǒng)的振動控制方法，如加筋加固、調(diào)整結構剛度等，需對結構進行改造，投入的成本大，效果也難以保證。近年來，基于被動控制原理的橋梁振動控制技術，如TMD(TunedMassDamper，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器)和TLD(TunedLiquidDamper，調(diào)諧液體阻尼器)等備受關注。其中，TLD系統(tǒng)作為一種新興的橋梁抗風、抗震控制技術，其被動控制原理為流體的質(zhì)量-彈簧-阻尼系統(tǒng)，利用了液體動力學的穩(wěn)定性特性來消耗結構振動能量。本文基于實驗方法，研究了TLD抑制拉索振動的效果，包括TLD系統(tǒng)的設計、實驗數(shù)據(jù)的采集及分析。通過實驗可知，TLD系統(tǒng)能夠有效地抑制拉索振動，其抑振效果與參數(shù)的設置有關，當參數(shù)設置得當時，TLD系統(tǒng)能顯著地降低拉索振幅及振動頻率，同時提高結構的抗風能力和抗震能力。二、TLD系統(tǒng)的工作原理及設計TLD系統(tǒng)由容器、連通管、調(diào)節(jié)閥等組成，其中容器內(nèi)裝有液體，通過連通管與結構相連。其工作原理是利用了液體動力學的穩(wěn)定性特性，將結構能量傳遞給液體，在液體中消耗結構振動能量。TLD系統(tǒng)的動力學模型為質(zhì)量-彈簧-阻尼模型，液體在該模型中占有較大的作用。TLD系統(tǒng)的設計主要包括以下幾個方面：1.容量的確定：根據(jù)結構重量及振幅確定TLD系統(tǒng)容量，一般需占結構質(zhì)量的1%~2%。2.液體的選擇：要求液體低黏度、低表面張力、不易揮發(fā)、不易凍結，如水、乙二醇、甲醇等。3.連通管徑的確定：連通管徑對TLD系統(tǒng)的阻尼特性有重要影響，管徑過小會增加液體流動阻力，管徑過大會降低液體的穩(wěn)定特性。4.調(diào)節(jié)閥位置的選擇：調(diào)節(jié)閥位于容器與結構之間，可以調(diào)節(jié)液體在結構與容器之間的流動阻力，進而控制結構振動。5.參數(shù)設置的優(yōu)化：TLD參數(shù)包括容量、液體選擇、連通管徑、調(diào)節(jié)閥位置等多個方面，需要綜合考慮，以達到最佳的振動控制效果。三、TLD系統(tǒng)抑制拉索振動的實驗研究本文以一根懸索橋為實驗對象，該懸索橋主梁跨度為300m，采用了單索面平衡和雙索面平衡兩種類型。在兩種類型下，單根拉索上連續(xù)掛載了不同數(shù)量的自由質(zhì)量，模擬外界風荷載作用形成的拉索振動。實驗裝置如圖1所示，TLD系統(tǒng)與拉索通過管道相連，結構振動信號通過傳感器采集。實驗采用PID算法進行參數(shù)調(diào)節(jié)，以尋找最優(yōu)的抑振參數(shù)。實驗數(shù)據(jù)記錄頻率為100Hz，每組數(shù)據(jù)采集10s以上。圖1實驗裝置示意圖實驗結果如下表所示：表1不同質(zhì)量狀態(tài)下拉索振動參數(shù)從表中可見，在TLD系統(tǒng)的作用下，拉索振動振幅和頻率均有所降低，并且TLD系統(tǒng)的抑振效果與參數(shù)設置有關，當參數(shù)設置得當時，TLD系統(tǒng)能顯著地降低拉索振幅及振動頻率。在單索面平衡的情況下，當TLD系統(tǒng)容器內(nèi)液體質(zhì)量為結構質(zhì)量的1.5%時，拉索振幅下降幅度大約為41.8%，振動頻率下降幅度約為18.2%。在雙索面平衡的情況下，當TLD系統(tǒng)容器內(nèi)液體質(zhì)量為結構質(zhì)量的1.5%時，拉索振幅下降幅度大約為55.6%，振動頻率下降幅度約為25.6%?？梢钥闯?，在雙索面平衡的情況下，TLD系統(tǒng)的抑振效果要好于單索面平衡時的效果。四、結果分析從實驗結果中可見，TLD系統(tǒng)對拉索振動具有很好的抑振效果，其優(yōu)點包括：1.被動控制原理：TLD系統(tǒng)不需要外部能量的輸入，是一種被動控制技術，具有成本較低、可靠性高等優(yōu)點。2.無需改造結構：TLD系統(tǒng)對結構沒有影響，不需要改造原有結構，是一種適應性強的技術。3.適用性廣：TLD系統(tǒng)可適用于不同類型的結構，包括懸索橋、斜拉橋、高層建筑等。但同時，TLD系統(tǒng)也存在一些缺點，如液體的揮發(fā)、冷凝等可能會影響其抑振效果，對于非線性系統(tǒng)及多自由度系統(tǒng)的控制需要更復雜的設計。五、結論本文基于