Árbók VFÍ/TFÍ - 01.06.2005, Side 227

HERMUN SVÖRUNAR MANNVIRKIS
MEÐ STILLANLEGUM VÖKVADEMPARA
Sigurður Magnús Garðarsson lauk lokaprófi f byggingarverkfræði frá Háskóla fslands 1991. Hann stundaði framhalds-
nám við University of Washington og lauk þaðan meistaragráðu í byggingarverkfræði 1993, meistaragráðu í hagnýtri
stærðfræði 1995 og doktorsprófi í straum- og vatnafræði 1997, Hann starfaði hjá WEST Consultants f Seattle
1997-2000, hjá Verkfræðistofu Sigurðar Thoroddsen hf. (VST) 2000-2003, og sem dósent við Verkfræðideild Háskóla
Islands frá 2003.
Otdráttur
Deyfing sveiflna f háum mannvirkjum vegna vinds og jarðskjálfta er mikilvæg, sérstaklega frá sjónarhóli notkunar og vel-
líðan notenda mannvirkisins. Stillanlegir vökvademparar eru ein af þeim leiðum sem notaðar eru til að ná fram viðunandi
dempun. Hér er sýnt hvernig nota má tölulegar aðferðir, sem grundvallast á aðferðum endanlegra rúmmála, til að herma
hegðun vökvans I tanknum. Þessar aðferðir eiga sérstaklega vel við þegar þrotnar öldur eru f lausnarrúminu eins og gerist
þegar sveiflur mannvirkja verða stórar. Einnig er sett fram algrim sem tengir saman llkanið sem hermir hegðun vökvans og
líkan sem hermir hreyfingar mannvirkis og þannig er víxlverkun mannvirkis og stillanlegs vökvadempara hermd. Sýnt er
dæmi um hvernig aðferðinni tekst að herma tilraunaniðurstöður fyrir slfka vfxlverkun.
Abstract
Damping of oscillations in tall structures due to wind and earthquakes is important, both with respect to safety and com-
fort.Tuned liquid dampers have been utilized to accomplish sufficient damping. Here, a numerical method based on finite
volume methods, which are especially relevant for wave breaking as occur when oscillations of the structure are large. An
algorithm is also developed that connects the numerical method.which simulates the liquid displacement.to a model that
simulates the behavior of a structure. This algorithm is then able to simulate the interaction between the tuned liquid
damper and the structure. A comparison between a simulation based on the algorithm and an experiment is shown.
Inngangur
Dempun hárra mannvirkja hefur verið mikið rannsökuð, bæði með tilliti til notkunar og
öryggis mannvirkjanna. Gott yfirlit yfir mögulegar útfærslur á dempurum, þar með talið
stillanlega vökvadempara, er að finna í Kareem et.al. (1999). Stillanlegir vökvademparar
(e. Tuned liquid dampers (TLD)) hafa verið rannsakaðir undanfarin 10-15 ár sem áhrifa-
rík og hagkvæm leið til dempunar hárra mannvirkja. Stillanlegur vökvadempari er í sinni
einföldustu mynd tankur, til dæmis rétthyrndur, með vökva, til dæmis vatni, sem stað-
settur er í mannvirkinu og ef hann er rétt stilltur virka kraftarnir frá sveiflum vatnsins
gegn sveiflum mannvirkisins. Stillanlega vökvadempara er hægt að útfæra á ýmsa vegu
og er dýpi vökvans ein af mikilvægu breytunum. Hér verða aðeins skoðaðir demparar
með grunnu vatni sem hafa meðal annars verið rannsakaðir af Fujino et al. (1988,1992).
Sun et al. (1989), Koh et al. (1994), Gardarsson (1997), Reed et al. (1998), Gardarsson et al.
(2001), og Frandsen (2005).
Hegðun vökvans er hermuð með tölulegu straumfræðilegu líkani. Hreyfingar vökvans
undir lítilli sveiflu eru tiltölulega auðhermanlegar með vel þekktum tölulegum að-
ferðum. Þegar sveiflur mannvirkisins eru tiltölulega miklar verða hreyfingar vökvans
meiri og geta leitt til þess að öldur brotni í demparanum sem er mun flóknari hegðun.
Ritrýndar vísindagreinar i225