Page 230 - 《振动工程学报》2025年第8期

第 38 卷第 8 期 振 动 工 程 学 报 Vol. 38 No. 8
2025 年 8 月 Journal of Vibration Engineering Aug. 2025

两级变阻尼 TMD 考虑环形水箱内液体晃动的

地震响应分析

区 彤 ， 骆杰鑫 ， 林松伟 1，2 ， 刘彦辉 3
1
1
（1. 广东省建筑设计研究院有限公司， 广东 广州 510010； 2. 广州大学土木与交通工程学院， 广东 广州 510006；
3. 广州大学工程抗震研究中心， 广东 广州 510006）

摘要: 为考虑环形水箱内液体晃动作用对两级变阻尼 TMD 受力性能的影响，以某实际高耸结构为例，通过 ABAQUS 软件建
立考虑水箱为质点的整体模型以及满水状态和非满水状态的水箱液‑固耦合模型，对比分析了不同液‑固耦合状态下的两级变
阻尼 TMD 地震响应。研究结果表明：较大地震激励下，考虑液体晃动作用后的两级变阻尼 TMD 振幅、最大阻尼力更大，并且
液体晃动作用抑制了两级变阻尼 TMD 二级阻尼耗能的充分发挥；随着地震激励作用的增大，液‑固耦合模型的基底最大剪力
较质点模型大，且基底剪力随地震激励的增大，其增幅也增大。

关键词: 高耸结构； 两级变阻尼； 液‑固耦合； 环形水箱； TMD； 地震激励
+
中图分类号: TU973.2； TU973.3 1 文献标志码: A DOI：10.16385/j.cnki.issn.1004-4523.202308042

Seismic response analysis of two-stage variable damping TMD
considering liquid sloshing in an annular water tank

1
1
1，2
OU Tong ， LUO Jiexin ， LIN Songwei ， LIU Yanhui 3
（1.Guangdong Architectural Design & Research Institute Co.， Ltd.， Guangzhou 510010， China；
2.School of Civil Engineering and Transportation， Guangzhou University， Guangzhou 510006， China；
3.Earthquake Engineering Research and Test Center， Guangzhou University， Guangzhou 510006， China）

Abstract: In order to consider the effect of liquid sloshing in an annular water tank on mechanical performance of a two-stage vari‑
able damping TMD， taking an actual high-rise structure as an example， a global model considering the water tank as a particle and
the liquid-solid coupling model of the water tank under the full water state and the non-full water state are established by ABAQUS
software. The seismic responses of the two-stage variable damping TMD under different liquid-solid coupling states are compared
and analyzed. The results show that the amplitude and maximum damping force of the two-stage variable damping TMD consider‑
ing liquid sloshing are larger under larger seismic excitation， and the sloshing effect of liquid inhibits the full development of the sec‑
ond-stage damping energy consumption of the two-stage variable damping TMD. With the increase of seismic excitation， the maxi‑
mum base shear force of the liquid-solid coupling model is larger than that of the particle model， and the relative increase amplitude
increases accordingly.
Keywords: high-rise structure；two-stage variable damping； liquid-solid coupling； annular water tank； TMD； seismic excitation

高耸建筑往往在顶部楼层设置水箱，以适应消 可能带来安全隐患。
防要求。在高耸结构设置调谐质量阻尼器（TMD）， 国内外学者对液体晃动对容器力学特性的影响
［4］
利用顶部消防水箱作为阻尼器的调谐质量，能够得 进行了研究。ABRAMSON 等 通过建立势流理论
到良好的减振效果 ［1‑3］ 。在工程项目开展过程中，为 模型，得到了圆柱形和球形刚性容器内液体非线性
［5］
了达到简化设计的目的，通常将含有液体质量的水 晃动特性。FALTINSEN 等 推导建立了多维模态
箱当成质点，忽略水箱在运动过程中液体的晃动，导 分析理论，描述了水箱内液体非线性晃荡现象下的
致计算结果与实际存在偏差，液体晃动过大时甚至 流体运动。HOUSNER ［6‑7］ 采用等效弹簧‑质量模型

收稿日期: 2023-08-22； 修订日期: 2023-10-17
基金项目: 国家重点研发计划项目（2021YFE0112200）；广东省自然科学基金资助项目（2021A1515010586）