TMD與TLD振動(dòng)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(dāng)結(jié)構(gòu)在外激勵(lì)作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)TMD系統(tǒng)一起振動(dòng)，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(gè)慣性力，使其對(duì)主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)產(chǎn)生調(diào)諧作用，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的目的。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的組成與機(jī)理TMD結(jié)構(gòu)應(yīng)用的現(xiàn)代思想的最早來(lái)源是Frahm在1909年研究的動(dòng)力吸振器。Frahm的吸振器的圖解見(jiàn)圖7．1，它由一個(gè)小質(zhì)量m和一個(gè)剛度為A的彈簧連接于彈簧剛度為K的主質(zhì)量M。在簡(jiǎn)諧荷載下，當(dāng)所連接的吸振器的固有頻率被確定為激勵(lì)頻率時(shí)，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(jìn)動(dòng)力吸振器的性能：Snowdon研究了固體型吸振器對(duì)減小主系統(tǒng)響應(yīng)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(dòng)力吸振器能顯著的減小主系統(tǒng)的共振振動(dòng)，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(dòng)力吸振器，即一個(gè)輔助無(wú)阻尼質(zhì)量平行加裝于一個(gè)吸振器。在這種情況下，當(dāng)阻尼頻率被精確調(diào)諧到激勵(lì)頻率時(shí)，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(duì)頻率是非常敏感的，在實(shí)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(yàn)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(shè)計(jì)圖表。Warburton和Ayorinde則進(jìn)一步用表列出了最大動(dòng)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(jí)大酒店，為了抵抗地震和風(fēng)振，在弧形支撐桿內(nèi)安裝了單自由度擺動(dòng)的TMD系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)減振。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的應(yīng)用近20年來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)單個(gè)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(jiǎn)稱MTMD。MTMD系統(tǒng)可對(duì)受較寬頻帶的外激勵(lì)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)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(gè)質(zhì)量擺，這11個(gè)質(zhì)量擺的自振周期為0.398Hz~0.487Hz，它們組成的頻帶與風(fēng)激勵(lì)所產(chǎn)生的電視塔振動(dòng)頻帶基本吻合，經(jīng)測(cè)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(yīng)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(dòng)時(shí)程能有效衰減主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)：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(yīng)（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(dòng)沖擊下（地震、風(fēng)、海浪等）的振動(dòng)反應(yīng)；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(shè)置調(diào)諧裝置；采用TMD系統(tǒng)對(duì)于某些難以采取傳統(tǒng)加強(qiáng)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(tái)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(jià)：由于TMD系統(tǒng)對(duì)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(jiǎn)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(diǎn)：調(diào)頻液體阻尼器(TunedLiquidDamper，簡(jiǎn)稱TLD)是一種被動(dòng)耗能減振裝置，近年來(lái)進(jìn)行了大量的研究和應(yīng)用。調(diào)諧液體阻尼器利用固定水箱中的液體在晃動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的動(dòng)側(cè)力來(lái)提供減振作用。其具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝容易，自動(dòng)激活性能好，不需要啟動(dòng)裝置等優(yōu)點(diǎn)，可兼作供水水箱使用。TLD-調(diào)頻液體阻尼器簡(jiǎn)介TLD減振控制理論依據(jù)水箱水的水深與水箱振動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(lái)放置，提高了工程造價(jià)，因此比較適合塔式等高聳結(jié)構(gòu);深水理論卞要假設(shè)是液面運(yùn)動(dòng)是微幅的，用線性理論來(lái)刻畫液體的運(yùn)動(dòng)，與之對(duì)應(yīng)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(jià)低，適合生活、辦公用的高層建筑。TLD減震控制理論第一個(gè)在高層建筑中應(yīng)用TLD來(lái)減少風(fēng)振反應(yīng)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(shí)際結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用如圖所示。大連地區(qū)由于臨海，存在風(fēng)力較大的情況。當(dāng)?shù)氐幕撅L(fēng)壓可達(dá)0.75kN/m2。大連國(guó)貿(mào)大廈的高寬比為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，提高結(jié)構(gòu)整體的安全度和頂層風(fēng)振的舒適度，在該結(jié)構(gòu)中配置水箱設(shè)計(jì)成了減振控制裝置TLD.TLD在實(shí)際結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用為提高TLD的減振效果，F(xiàn)ujino等利用多個(gè)水箱作為TLD(簡(jiǎn)稱MTLD)進(jìn)行MTLD—結(jié)構(gòu)減振體系的研究.水箱被分為若干個(gè)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(jì)