質(zhì)量調(diào)諧阻尼器和調(diào)頻液體阻尼器ppt課件

1、 目錄l調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由質(zhì)塊，彈簧與阻尼系統(tǒng)組成。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器由質(zhì)塊，彈簧與阻尼系統(tǒng)組成。l當(dāng)構(gòu)造在外鼓勵作用下產(chǎn)生振動時，帶動當(dāng)構(gòu)造在外鼓勵作用下產(chǎn)生振動時，帶動TMDTMD系一致系一致同振動，同振動，TMDTMD系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用到構(gòu)造上，調(diào)諧系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用到構(gòu)造上，調(diào)諧這個慣性力，使其對主構(gòu)造的振動產(chǎn)生調(diào)諧作用，從這個慣性力，使其對主構(gòu)造的振動產(chǎn)生調(diào)諧作用，從而到達(dá)減小構(gòu)造振動反響的目的。而到達(dá)減小構(gòu)造振動反響的目的。TMDTMD構(gòu)造運(yùn)用的現(xiàn)代思想的最早來源構(gòu)造運(yùn)用的現(xiàn)代思想的最早來源是是FrahmFrahm在在19091909年研討的動力吸振器。年研討的動力吸振器。Fra

2、hmFrahm的吸振器的圖解見圖的吸振器的圖解見圖7 71 1，它，它由一個小質(zhì)量由一個小質(zhì)量m m和一個剛度為和一個剛度為A A的彈的彈簧銜接于彈簧剛度為簧銜接于彈簧剛度為K K的主質(zhì)量的主質(zhì)量M M。在簡諧荷載下，當(dāng)所銜接的吸振器在簡諧荷載下，當(dāng)所銜接的吸振器的固有頻率被確定為鼓勵頻率時，的固有頻率被確定為鼓勵頻率時，主質(zhì)量主質(zhì)量M M能堅持完全靜止。能堅持完全靜止。lSnowdonSnowdon研討了其他能夠的吸振器方式，如三單元吸振器，研討了其他能夠的吸振器方式，如三單元吸振器，顯示假設(shè)第三單元與阻尼器串聯(lián)，主系統(tǒng)幅值能減小顯示假設(shè)第三單元與阻尼器串聯(lián)，主系統(tǒng)幅值能減小15153030

3、，但這種減小對頻率是非常敏感的，在實(shí)踐中它，但這種減小對頻率是非常敏感的，在實(shí)踐中它將影響吸振器的性能。將影響吸振器的性能。lIoiIoi和和IkedaIkeda提出了主系統(tǒng)在小阻尼情況下吸振器參數(shù)優(yōu)提出了主系統(tǒng)在小阻尼情況下吸振器參數(shù)優(yōu)化的閱歷公式?；拈啔v公式。RandallRandall等提出了在系統(tǒng)中思索阻尼影響等提出了在系統(tǒng)中思索阻尼影響的這些參數(shù)的設(shè)計圖表。的這些參數(shù)的設(shè)計圖表。WarburtonWarburton和和AyorindeAyorinde那么進(jìn)一那么進(jìn)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

4、吸振器阻尼比的優(yōu)化值。比和主系統(tǒng)阻尼比的吸振器阻尼比的優(yōu)化值。l臺北臺北101101大廈是目前世界第一高樓，總高度大廈是目前世界第一高樓，總高度502m502m，共，共100100層，在層，在8787層的一個房間內(nèi)掛有一個端部帶阻尼的大復(fù)擺，層的一個房間內(nèi)掛有一個端部帶阻尼的大復(fù)擺，可減振可減振 40 40 60 60 ( (風(fēng)振或地震風(fēng)振或地震) )；l阿聯(lián)酋阿聯(lián)酋2828層七星級大酒店，為了抵抗地震和風(fēng)振，在弧層七星級大酒店，為了抵抗地震和風(fēng)振，在弧形支撐桿內(nèi)安裝了單自在形支撐桿內(nèi)安裝了單自在 度擺動的度擺動的TMDTMD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)減振。系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)減振。l近近20年來，國內(nèi)外學(xué)者針對單個年

5、來，國內(nèi)外學(xué)者針對單個TMD系統(tǒng)的實(shí)際和技術(shù)方法，提出了系統(tǒng)的實(shí)際和技術(shù)方法，提出了多 調(diào) 諧 質(zhì) 量 阻 尼 器 的 概 念 ， 簡 稱多 調(diào) 諧 質(zhì) 量 阻 尼 器 的 概 念 ， 簡 稱MTMD。MTMD系統(tǒng)可對受較寬頻帶系統(tǒng)可對受較寬頻帶的外鼓勵的構(gòu)造進(jìn)展振動控制，效果的外鼓勵的構(gòu)造進(jìn)展振動控制，效果明顯。上海青浦電視塔高明顯。上海青浦電視塔高168m，在離，在離地面地面.5m的一段懸掛的一段懸掛11個質(zhì)量擺，這個質(zhì)量擺，這11個 質(zhì) 量 擺 的 自 振 周 期 為個 質(zhì) 量 擺 的 自 振 周 期 為0.398Hz0.487Hz，它們組成的頻帶，它們組成的頻帶與風(fēng)鼓勵所產(chǎn)生的電視塔振

6、動頻帶根與風(fēng)鼓勵所產(chǎn)生的電視塔振動頻帶根本吻合，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，電視塔天線端本吻合，經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，電視塔天線端位移的控制效果為位移的控制效果為20.3，塔樓的加速，塔樓的加速度反響最大值的控制效果為度反響最大值的控制效果為36.4。地震動時程l現(xiàn)階段，國內(nèi)外學(xué)者對現(xiàn)階段，國內(nèi)外學(xué)者對TMD系統(tǒng)進(jìn)展了改良和擴(kuò)展，構(gòu)系統(tǒng)進(jìn)展了改良和擴(kuò)展，構(gòu)成了利用構(gòu)造內(nèi)部的設(shè)備、安裝等作為質(zhì)量體對構(gòu)造的成了利用構(gòu)造內(nèi)部的設(shè)備、安裝等作為質(zhì)量體對構(gòu)造的振動能量進(jìn)展耗費(fèi)，簡稱振動能量進(jìn)展耗費(fèi)，簡稱ETMD。此系統(tǒng)抑制了。此系統(tǒng)抑制了TMD系系統(tǒng)需求添加額外質(zhì)量的缺乏，減輕了系統(tǒng)承載的負(fù)擔(dān)。統(tǒng)需求添加額外質(zhì)量的缺乏，減輕了系

7、統(tǒng)承載的負(fù)擔(dān)。目前該系統(tǒng)曾經(jīng)被運(yùn)用于海洋平臺的振動控制。其優(yōu)點(diǎn)目前該系統(tǒng)曾經(jīng)被運(yùn)用于海洋平臺的振動控制。其優(yōu)點(diǎn)是調(diào)諧質(zhì)量與平臺剩余質(zhì)量之比可達(dá)是調(diào)諧質(zhì)量與平臺剩余質(zhì)量之比可達(dá)200以上，是普通以上，是普通TMD系統(tǒng)的系統(tǒng)的40倍，減振效果良好。倍，減振效果良好。地震動時程l能有效衰減主構(gòu)造的振動反響：在合理選取質(zhì)量、剛度能有效衰減主構(gòu)造的振動反響：在合理選取質(zhì)量、剛度系數(shù)、阻尼比等構(gòu)造體系調(diào)諧參數(shù)的情況下，主構(gòu)造的地系數(shù)、阻尼比等構(gòu)造體系調(diào)諧參數(shù)的情況下，主構(gòu)造的地震反響位移、加速度可衰減震反響位移、加速度可衰減3060，可有效衰減，可有效衰減主構(gòu)造在各種外部振動沖擊下地震、風(fēng)、海浪等的振主構(gòu)

8、造在各種外部振動沖擊下地震、風(fēng)、海浪等的振動反響；動反響；l可以充分利用主構(gòu)造已有的構(gòu)造作為可以充分利用主構(gòu)造已有的構(gòu)造作為TMD系統(tǒng)，不用專系統(tǒng)，不用專門設(shè)置調(diào)諧安裝；門設(shè)置調(diào)諧安裝；l采用采用TMD系統(tǒng)對于某些難以采取傳統(tǒng)加強(qiáng)措施的構(gòu)造，系統(tǒng)對于某些難以采取傳統(tǒng)加強(qiáng)措施的構(gòu)造，如高層構(gòu)造、高層塔架構(gòu)造、大跨度構(gòu)造、海洋平臺等艱如高層構(gòu)造、高層塔架構(gòu)造、大跨度構(gòu)造、海洋平臺等艱苦構(gòu)造，提供了一條難以替代的減振措施；苦構(gòu)造，提供了一條難以替代的減振措施；l節(jié)省工程造價：由于節(jié)省工程造價：由于TMD系統(tǒng)對主構(gòu)造的減振作用明顯，系統(tǒng)對主構(gòu)造的減振作用明顯，所以主構(gòu)造可以減小構(gòu)件截面尺寸、減小配筋、

9、簡化施工；所以主構(gòu)造可以減小構(gòu)件截面尺寸、減小配筋、簡化施工；l不僅適用于新建構(gòu)造的減振控制，而且也適用于已有建不僅適用于新建構(gòu)造的減振控制，而且也適用于已有建筑的減振控制。筑的減振控制。l對于某個對于某個TMD系統(tǒng)，應(yīng)盡量以控制主構(gòu)造的低階振型為系統(tǒng)，應(yīng)盡量以控制主構(gòu)造的低階振型為目的；目的；l單個單個TMD用于構(gòu)造控制時其有效頻率較窄，控制效果不用于構(gòu)造控制時其有效頻率較窄，控制效果不穩(wěn)定?？梢越?jīng)過添加穩(wěn)定。可以經(jīng)過添加TMD系統(tǒng)的數(shù)量以應(yīng)對較寬頻帶的鼓系統(tǒng)的數(shù)量以應(yīng)對較寬頻帶的鼓勵；勵；l對于以某一振型為主要控制目的的對于以某一振型為主要控制目的的TMD系統(tǒng)，其最優(yōu)裝系統(tǒng)，其最優(yōu)裝設(shè)位置

10、是該振型最大反響向量的質(zhì)點(diǎn)處；設(shè)位置是該振型最大反響向量的質(zhì)點(diǎn)處；l對于具有多個振型的主構(gòu)造減振控制，可以適當(dāng)增大對于具有多個振型的主構(gòu)造減振控制，可以適當(dāng)增大 TMD系統(tǒng)的阻尼或者設(shè)置多個系統(tǒng)的阻尼或者設(shè)置多個TMD系統(tǒng)。系統(tǒng)。調(diào)頻液體阻尼器調(diào)頻液體阻尼器(Tuned Liquid Damper(Tuned Liquid Damper，簡稱，簡稱TLD)TLD)是是一種被動耗能減振安裝，近年來進(jìn)展了大量的研討和一種被動耗能減振安裝，近年來進(jìn)展了大量的研討和運(yùn)用。調(diào)諧液體阻尼器利用固定水箱中的液體在晃動運(yùn)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

11、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，不需求啟動安裝等單，安裝容易，自動激活性能好，不需求啟動安裝等優(yōu)點(diǎn)，可兼作供水水箱運(yùn)用。優(yōu)點(diǎn)，可兼作供水水箱運(yùn)用。TLDTLD減振控制實(shí)際根據(jù)水箱水的水深與水箱振動方向的比減振控制實(shí)際根據(jù)水箱水的水深與水箱振動方向的比值可分為淺水實(shí)際和深水實(shí)際。值可分為淺水實(shí)際和深水實(shí)際。淺水實(shí)際由于水深較淺，思索液體運(yùn)動的非線性，液面晃淺水實(shí)際由于水深較淺，思索液體運(yùn)動的非線性，液面晃蕩大從而加大了構(gòu)造的阻尼，產(chǎn)生減振效果，但淺水水箱蕩大從而加大了構(gòu)造的阻尼，產(chǎn)生減振效果，但淺水水箱只適宜做阻尼器，不適宜其它用途，所以生活、消防等所

12、只適宜做阻尼器，不適宜其它用途，所以生活、消防等所需的水箱需求專門的大空間來放置，提高了工程造價，因需的水箱需求專門的大空間來放置，提高了工程造價，因此比較適宜塔式等挺拔構(gòu)造此比較適宜塔式等挺拔構(gòu)造; ;深水實(shí)際卞要假設(shè)是液面運(yùn)動是微幅的，用線性實(shí)際來描深水實(shí)際卞要假設(shè)是液面運(yùn)動是微幅的，用線性實(shí)際來描寫液體的運(yùn)動，與之對應(yīng)的深水水箱那么可以方便地用生寫液體的運(yùn)動，與之對應(yīng)的深水水箱那么可以方便地用生活水箱改裝，既不用制造專門的水箱，也不需求額外的盛活水箱改裝，既不用制造專門的水箱，也不需求額外的盛放空間，造價低，適宜生活、辦公用的高層建筑。放空間，造價低，適宜生活、辦公用的高層建筑。l第一個

13、在高層建筑中運(yùn)用第一個在高層建筑中運(yùn)用TLDTLD來減少風(fēng)振反響的例子是日來減少風(fēng)振反響的例子是日本橫濱的本橫濱的“Shin Yokohama PrinceShin Yokohama Prince旅館。在它的頂部安旅館。在它的頂部安裝了水箱作為裝了水箱作為TLD.TLD.l如下圖。大連地域由于臨海，存在風(fēng)力較大的情況。當(dāng)如下圖。大連地域由于臨海，存在風(fēng)力較大的情況。當(dāng)?shù)氐母撅L(fēng)壓可達(dá)地的根本風(fēng)壓可達(dá)0.75kN/m20.75kN/m2。大連國貿(mào)大廈的高寬比為。大連國貿(mào)大廈的高寬比為6.7,6.7,橫向較柔，風(fēng)振影響大，為減小橫向振幅和最大加速度，橫向較柔，風(fēng)振影響大，為減小橫向振幅和最大加速度，提高構(gòu)造整體的平安度和頂層風(fēng)振的溫馨度，在該構(gòu)造中提高構(gòu)造整體的平安度和頂層風(fēng)振的溫馨度，在該構(gòu)造中配置水箱設(shè)計成了減振控制安裝配置水箱設(shè)計成了減振控制安裝TLD.TLD.l為提高為提高TLD的減振效果，的減振效果，F(xiàn)ujino等利用多個水箱作為等利用多個水箱作為TLD(簡稱簡稱MTLD)進(jìn)展進(jìn)展MTLD構(gòu)造減振體系的研討構(gòu)造減振體系的研討.水箱被水箱被分為假設(shè)干個小水箱分為假設(shè)干個小水箱(如圖如圖6)，圖，圖7是是STLD系統(tǒng)與系統(tǒng)與MTLD