调谐质量阻尼器应用 调谐质量阻尼器在振动控制中的应用与发展.docx

调谐质量阻尼器应用调谐质量阻尼器在振动控制中的应用与发展!94!第36卷第8期西建筑Vol.36No.8山2010年3月Mar.2010SHANXIARCHITECTURE文章编号:10096825(2010)08009402调谐质量阻尼器在振动控制中的应用与发展王金田耿文昌鞠翱天摘要:对TMD系统的振动控制原理进行了分析,结合TMD系统在土木工程中的实际应用讲述了其发展过程,最后指出该系统的优点及应用中应该注意的一些问题,并针对问题提出了相应的解决方法。关键词:TMD系统,减振控制,调谐,主结构,应用中图分类号:TU311.3随着我国经济建设的高速发展,一些高层建筑、大型桥梁、海洋平台等重大工程大量兴建,这些结构在地震、风、海浪等外荷载的作用下容易产生较大的振动。因此进行这些结构的振动控制研究是十分必要的。作为被动控制技术之一的调谐质量阻尼器是一种发展较为成熟的振动控制系统,减振效果明显,施工操作简单,因而被广泛应用于国内外的工程中。文献标识码:A移的位移反应动力放大系数;p0/k1为主结构在外激励作用下的最大等效静力位移;1为主结构的固有频率,1=11;2为TMD系统的固有频率,2=22;为外激励的频率;f为TMD系统与主结构的固有频率比,f=2/1;h为外激励与主结构的频率比,h=/1;为TMD系统与主结构的质量比,=m2/m1。由式(3),式(4)可得出受简谐激励的结构被动调谐减振机理如下:1)当TMD的固有频率2等于主结构的激励频率时,p0A=0,(x2-x1)K2=-P0。k11x1=0表明,使主结构达到最优调谐减振效果的调谐条件是,即:2=,则f=h。此时:x1=TMD系统的固有频率等于主结构的激励频率。(x2-x1)K2=-P0表明,当满足上述调谐条件时,TMD系统向主结构施加一个惯性力,其大小与激励外力相等,方向相反。这就是TMD系统调谐减振的机理。2)当TMD的固有频率2等于主结构的固有频率1时,f=1。此时考虑主结构最不利的振动反应即主结构受p0A=0。x1=0表明,当主k11结构被外激励激发共振时,使主结构达到最优调谐减振效果的调激励共振,1=,h=1。此时,x1=谐条件是,TMD系统的固有频率等于主结构的固有频率。3)当1=2时,即当激励频率偏离TMD系统的固有频率时,可能导致主结构产生很大的振动反应。这说明无阻尼TMD系统的调谐减振体系只适用于外激励频率稳定的情况,即较窄频带的外(1)(2)激励。1TMD系统的减振原理分析调谐质量阻尼器(TunedMassDamper,简称TMD)是一个由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动系统,一般支撑或悬挂在结构上。TMD对结构进行振动控制的机理是:当结构在外激励作用下产生振动时,带动TMD系统一起振动,TMD系统产生的惯性力反作用到结构上,调谐这个惯性力,使其对主结构的振动产生调谐作用,从而达到减少结构振动反应的目的。为了说明TMD的减振原理,将TMD系统和主结构简化为两自由度的质量、弹簧、阻尼体系,如图1所示。忽略主结构和TMD系统的阻尼,该体系的运动方程为:m1x1+(k1+k2)x1-k2x2=P(t)m2x2+k2(x2-x1)=02TMD系统的工程实际应用与发展TMD系统最早由Frahm在1909年发明,当时称之为动力吸振器,主要用于控制各种机械的振动,随后才被逐渐引入到土木工程领域中用于减振控制。国内外许多工程都已经将该系统用于振动控制,取得了良好的控制效果。中国台北101大厦是目前世界第一高楼,总高度502m,共100层,在87层的一个房间内挂有一个端部带阻尼的大复摆,可减振40%~60%(风振或地震)。阿联酋28层七星级大酒店,为了抵抗地震和风振,在弧形支撑杆内安装了单自由度摆动的TMD系统,实现了减振。近20年来,国内外的学者们借鉴单个TMD系统的理论和技其中,m1为主结构的质量;k1为主结构的刚度;m2为TMD系统的质量;k2为TMD系统的刚度;x1为主结构相对于地面的位移;x2为TMD系统相对于地面的位移。设主结构受简谐激励P(t)=p0sint,频率为。利用传递函数解法可求得主结构和TMD系统的位移反应x1和x2:x1=A1=p0p0A1,x2=A。121(3)f2-h2h-h[1+f(1+)]+ff2A2=(4)h-h[1+f(1+)]+f其中,A1,A2分别为主结构和TMD系统相对于等效静力位收稿日期:20091203术方法,提出了多调谐质量阻尼器的概念(MultipleTunedMassDamper),简称MTMD。MTMD系统可对受较宽频带的外激励的结构进行振动控制,效果明显。上海青浦电视塔,高168m,在离地面137.5m的一段悬挂11个质量摆,这11个质量摆的自振周作者简介:王金田(1984),男,烟台大学土木工程学院硕士研究生,