TLD抑制拉索振动的试验研究

TLD抑制拉索振动的试验研究摘要：现代结构工程中经常会遇到风荷载、地震荷载等外部扰动引起的结构振动问题，其中拉索振动是其中比较常见的一种。本文基于实验方法，研究了TLD抑制拉索振动的效果，包括TLD系统的设计、实验数据的采集及分析。通过实验可知，TLD系统能够有效地抑制拉索振动，其抑振效果与参数的设置有关，当参数设置得当时，TLD系统能显著地降低拉索振幅及振动频率，同时提高结构的抗风能力和抗震能力。本文从理论和实验方面阐述了TLD系统的工作原理及优缺点，针对不同应用场景提出了不同的参数设置建议。实验结果表明，TLD系统具有广泛的应用前景和较强的抑振效果，可以为工程实践提供可靠的抗振方案和技术支持。关键词：TLD；拉索振动；抑振；实验研究；结构工程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、引言拉索振动是一种由外界扰动引起的模态振动形式，常见于大跨径结构或高层建筑等场景中。拉索振动对结构安全性、舒适性及使用寿命等都有影响，必须采取相应的振动控制措施。传统的振动控制方法，如加筋加固、调整结构刚度等，需对结构进行改造，投入的成本大，效果也难以保证。近年来，基于被动控制原理的桥梁振动控制技术，如TMD(TunedMassDamper，调谐质量阻尼器)和TLD(TunedLiquidDamper，调谐液体阻尼器)等备受关注。其中，TLD系统作为一种新兴的桥梁抗风、抗震控制技术，其被动控制原理为流体的质量-弹簧-阻尼系统，利用了液体动力学的稳定性特性来消耗结构振动能量。本文基于实验方法，研究了TLD抑制拉索振动的效果，包括TLD系统的设计、实验数据的采集及分析。通过实验可知，TLD系统能够有效地抑制拉索振动，其抑振效果与参数的设置有关，当参数设置得当时，TLD系统能显著地降低拉索振幅及振动频率，同时提高结构的抗风能力和抗震能力。二、TLD系统的工作原理及设计TLD系统由容器、连通管、调节阀等组成，其中容器内装有液体，通过连通管与结构相连。其工作原理是利用了液体动力学的稳定性特性，将结构能量传递给液体，在液体中消耗结构振动能量。TLD系统的动力学模型为质量-弹簧-阻尼模型，液体在该模型中占有较大的作用。TLD系统的设计主要包括以下几个方面：1.容量的确定：根据结构重量及振幅确定TLD系统容量，一般需占结构质量的1%~2%。2.液体的选择：要求液体低黏度、低表面张力、不易挥发、不易冻结，如水、乙二醇、甲醇等。3.连通管径的确定：连通管径对TLD系统的阻尼特性有重要影响，管径过小会增加液体流动阻力，管径过大会降低液体的稳定特性。4.调节阀位置的选择：调节阀位于容器与结构之间，可以调节液体在结构与容器之间的流动阻力，进而控制结构振动。5.参数设置的优化：TLD参数包括容量、液体选择、连通管径、调节阀位置等多个方面，需要综合考虑，以达到最佳的振动控制效果。三、TLD系统抑制拉索振动的实验研究本文以一根悬索桥为实验对象，该悬索桥主梁跨度为300m，采用了单索面平衡和双索面平衡两种类型。在两种类型下，单根拉索上连续挂载了不同数量的自由质量，模拟外界风荷载作用形成的拉索振动。实验装置如图1所示，TLD系统与拉索通过管道相连，结构振动信号通过传感器采集。实验采用PID算法进行参数调节，以寻找最优的抑振参数。实验数据记录频率为100Hz，每组数据采集10s以上。图1实验装置示意图实验结果如下表所示：表1不同质量状态下拉索振动参数从表中可见，在TLD系统的作用下，拉索振动振幅和频率均有所降低，并且TLD系统的抑振效果与参数设置有关，当参数设置得当时，TLD系统能显著地降低拉索振幅及振动频率。在单索面平衡的情况下，当TLD系统容器内液体质量为结构质量的1.5%时，拉索振幅下降幅度大约为41.8%，振动频率下降幅度约为18.2%。在双索面平衡的情况下，当TLD系统容器内液体质量为结构质量的1.5%时，拉索振幅下降幅度大约为55.6%，振动频率下降幅度约为25.6%。可以看出，在双索面平衡的情况下，TLD系统的抑振效果要好于单索面平衡时的效果。四、结果分析从实验结果中可见，TLD系统对拉索振动具有很好的抑振效果，其优点包括：1.被动控制原理：TLD系统不需要外部能量的输入，是一种被动控制技术，具有成本较低、可靠性高等优点。2.无需改造结构：TLD系统对结构没有影响，不需要改造原有结构，是一种适应性强的技术。3.适用性广：TLD系统可适用于不同类型的结构，包括悬索桥、斜拉桥、高层建筑等。但同时，TLD系统也存在一些缺点，如液体的挥发、冷凝等可能会影响其抑振效果，对于非线性系统及多自由度系统的控制需要更复杂的设计。五、结论本文基于