TMD與TLD振動控制課件

質(zhì)量調(diào)諧阻尼器（TMD）

與

調(diào)頻液體阻尼器（TLD）

目錄質(zhì)量調(diào)諧阻尼器調(diào)頻液體阻尼器調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由質(zhì)塊，彈簧與阻尼系統(tǒng)組成。當結(jié)構(gòu)在外激勵作用下產(chǎn)生振動時，帶動TMD系統(tǒng)一起振動，TMD系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)上，調(diào)諧這個慣性力，使其對主結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生調(diào)諧作用，從而達到減小結(jié)構(gòu)振動反應的目的。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的組成與機理TMD結(jié)構(gòu)應用的現(xiàn)代思想的最早來源是Frahm在1909年研究的動力吸振器。Frahm的吸振器的圖解見圖7．1，它由一個小質(zhì)量m和一個剛度為A的彈簧連接于彈簧剛度為K的主質(zhì)量M。在簡諧荷載下，當所連接的吸振器的固有頻率被確定為激勵頻率時，主質(zhì)量M能保持完全靜止。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的早期研究為了改進動力吸振器的性能：Snowdon研究了固體型吸振器對減小主系統(tǒng)響應的性能，表明采用恒定阻尼系數(shù)材料和剛度正比于頻率的動力吸振器能顯著的減小主系統(tǒng)的共振振動，其性能明顯優(yōu)于彈簧—阻尼筒型吸振器。Srinivasan分析了平行阻尼動力吸振器，即一個輔助無阻尼質(zhì)量平行加裝于一個吸振器。在這種情況下，當阻尼頻率被精確調(diào)諧到激勵頻率時，主系統(tǒng)將保持靜止，但在該情況下，消除帶也變小了。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的早期研究Snowdon研究了其他可能的吸振器形式，如三單元吸振器，顯示如果第三單元與阻尼器串聯(lián)，主系統(tǒng)幅值能減小15％～30％，但這種減小對頻率是非常敏感的，在實際中它將影響吸振器的性能。Ioi和Ikeda提出了主系統(tǒng)在小阻尼情況下吸振器參數(shù)優(yōu)化的經(jīng)驗公式。Randall等提出了在系統(tǒng)中考慮阻尼影響的這些參數(shù)的設計圖表。Warburton和Ayorinde則進一步用表列出了最大動力放大因子、調(diào)諧頻率比及特定質(zhì)量比和主系統(tǒng)阻尼比的吸振器阻尼比的優(yōu)化值。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的早期研究阿聯(lián)酋28層七星級大酒店，為了抵抗地震和風振，在弧形支撐桿內(nèi)安裝了單自由度擺動的TMD系統(tǒng)，實現(xiàn)減振。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的應用近20年來，國內(nèi)外學者針對單個TMD系統(tǒng)的理論和技術(shù)方法，提出了多調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的概念，簡稱MTMD。MTMD系統(tǒng)可對受較寬頻帶的外激勵的結(jié)構(gòu)進行振動控制，效果明顯。上海青浦電視塔高168m，在離地面137.5m的一段懸掛11個質(zhì)量擺，這11個質(zhì)量擺的自振周期為0.398Hz~0.487Hz，它們組成的頻帶與風激勵所產(chǎn)生的電視塔振動頻帶基本吻合，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，電視塔天線端位移的控制效果為20.3﹪，塔樓的加速度反應最大值的控制效果為36.4﹪。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的發(fā)展-MTMD地震動時程能有效衰減主結(jié)構(gòu)的振動反應：在合理選取質(zhì)量、剛度系數(shù)、阻尼比等結(jié)構(gòu)體系調(diào)諧參數(shù)的情況下，主結(jié)構(gòu)的地震反應（位移、加速度）可衰減30﹪~60﹪，可有效衰減主結(jié)構(gòu)在各種外部振動沖擊下（地震、風、海浪等）的振動反應；可以充分利用主結(jié)構(gòu)已有的結(jié)構(gòu)作為TMD系統(tǒng)，不必專門設置調(diào)諧裝置；采用TMD系統(tǒng)對于某些難以采取傳統(tǒng)加強措施的結(jié)構(gòu)，如高層結(jié)構(gòu)、高層塔架結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)、海洋平臺等重大結(jié)構(gòu)，提供了一條難以替代的減振措施；節(jié)省工程造價：由于TMD系統(tǒng)對主結(jié)構(gòu)的減振作用明顯，所以主結(jié)構(gòu)可以減小構(gòu)件截面尺寸、減小配筋、簡化施工；不僅適用于新建結(jié)構(gòu)的減振控制，而且也適用于已有建筑的減振控制。TMD系統(tǒng)的優(yōu)點：調(diào)頻液體阻尼器(TunedLiquidDamper，簡稱TLD)是一種被動耗能減振裝置，近年來進行了大量的研究和應用。調(diào)諧液體阻尼器利用固定水箱中的液體在晃動過程中產(chǎn)生的動側(cè)力來提供減振作用。其具有構(gòu)造簡單，安裝容易，自動激活性能好，不需要啟動裝置等優(yōu)點，可兼作供水水箱使用。TLD-調(diào)頻液體阻尼器簡介TLD減振控制理論依據(jù)水箱水的水深與水箱振動方向的比值可分為淺水理論和深水理論。淺水理論由于水深較淺，考慮液體運動的非線性，液面晃蕩大從而加大了結(jié)構(gòu)的阻尼，產(chǎn)生減振效果，但淺水水箱只適合做阻尼器，不適合其它用途，所以生活、消防等所需的水箱需要專門的大空間來放置，提高了工程造價，因此比較適合塔式等高聳結(jié)構(gòu);深水理論卞要假設是液面運動是微幅的，用線性理論來刻畫液體的運動，與之對應的深水水箱則可以方便地用生活水箱改裝，既不用制作專門的水箱，也不需要額外的盛放空間，造價低，適合生活、辦公用的高層建筑。TLD減震控制理論第一個在高層建筑中應用TLD來減少風振反應的例子是日本橫濱的“ShinYokohamaPrince旅館”。在它的頂部安裝了水箱作為TLD.TLD在實際結(jié)構(gòu)中的應用如圖所示。大連地區(qū)由于臨海，存在風力較大的情況。當?shù)氐幕撅L壓可達0.75kN/m2。大連國貿(mào)大廈的高寬比為6.7,橫向較柔，風振影響大，為減小橫向振幅和最大加速度，提高結(jié)構(gòu)整體的安全度和頂層風振的舒適度，在該結(jié)構(gòu)中配置水箱設計成了減振控制裝置TLD.TLD在實際結(jié)構(gòu)中的應用為提高TLD的減振效果，F(xiàn)ujino等利用多個水箱作為TLD(簡稱MTLD)進行MTLD—結(jié)構(gòu)減振體系的研究.水箱被分為若干個小水箱(如圖6)，圖7是STLD系統(tǒng)與MTLD系統(tǒng)的能量耗散隨頻率比的變化。MTLD的研究：經(jīng)濟