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1、质量调谐阻尼器（质量调谐阻尼器（TMDTMD）与与 调频液体阻尼器（调频液体阻尼器（TLDTLD） 目录目录质量调谐阻尼器质量调谐阻尼器调频液体阻尼器调频液体阻尼器l调谐质量阻尼器调谐质量阻尼器由由质块质块，弹簧弹簧与与阻尼系统阻尼系统组成。组成。l当当结结构构在在外外激激励励作作用用下下产产生生振振动动时时，带带动动TMDTMD系系统统一一起起振振动动，TMDTMD系系统统产产生生的的惯惯性性力力反反作作用用到到结结构构上上，调调谐谐这这个个惯惯性性力力，使使其其对对主主结结构构的的振振动动产产生生调调谐谐作作用用，从从而达到减小结构振动反应的目的。而达到减小结构振动反应的目的。调谐质量阻尼
2、器的组成与机理调谐质量阻尼器的组成与机理TMDTMD结结构构应应用用的的现现代代思思想想的的最最早早来来源源是是FrahmFrahm在在19091909年年研研究究的的动动力力吸吸振振器器。FrahmFrahm的的吸吸振振器器的的图图解解见见图图7 71 1，它它由由一一个个小小质质量量m m和和一一个个刚刚度度为为A A的的弹弹簧簧连连接接于于弹弹簧簧刚刚度度为为K K的的主主质质量量M M。在在简简谐谐荷荷载载下下，当当所所连连接接的的吸吸振振器器的的固固有有频频率率被被确确定定为为激激励励频频率率时时，主质量主质量M M能能保持完全静止保持完全静止。调谐质量阻尼器的早期研究调谐质量阻尼器
3、的早期研究为了增强用于为了增强用于为了增强用于为了增强用于减小主系统最大动力响应减小主系统最大动力响应减小主系统最大动力响应减小主系统最大动力响应的吸振器的效果：的吸振器的效果：的吸振器的效果：的吸振器的效果：l研研究究者者们们尝尝试试了了通通过过引引入入非非线线性性吸吸振振器器弹弹簧簧来来加加宽宽调调谐谐频频率率范范围围，Roberson(1962)Roberson(1962)研研究究了了将将动动力力吸吸振振器器支支承承于于主主系系统统的的没没有有阻阻尼尼的的线线性性弹弹簧簧上上的的动动力力响响应应。他他将将“消消除除带带”定定义义为为主主系系统统幅幅值值小小于于1 1的的共共振振峰峰值值之
4、之间间的的频频率率带带。非非线线性性吸吸振振器器的的这这个个带带宽宽很很清清楚楚地地表表明明了了比比线线性性吸吸振振器器要要宽宽得得多多。lPipes(1953)Pipes(1953)研研究究了了有有双双曲曲正正弦弦特特征征的的强强化化弹弹簧簧，并并得得出出弹弹簧簧中中非非线线性性的的影影响响是是要要阻阻止止尖尖锐锐共共振振峰峰的的出出现现，并并将将相相对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。对小幅值的奇次谐分量引入吸振器和主系统的运动中。调谐质量阻尼器的早期研究调谐质量阻尼器的早期研究为了改进动力吸振器的性能为了改进动力吸振器的性能为了改进动力吸振器的性能为了改进动力吸振器的性能：l
5、SnowdonSnowdon研研究究了了固固体体型型吸吸振振器器对对减减小小主主系系统统响响应应的的性性能能，表表明明采采用用恒恒定定阻阻尼尼系系数数材材料料和和刚刚度度正正比比于于频频率率的的动动力力吸吸振振器器能能显显著著的的减减小小主主系系统统的的共共振振振振动动，其其性性能能明明显显优优于于弹弹簧簧阻尼筒型吸振器。阻尼筒型吸振器。lSrinivasanSrinivasan分分析析了了平平行行阻阻尼尼动动力力吸吸振振器器，即即一一个个辅辅助助无无阻阻尼尼质质量量平平行行加加装装于于一一个个吸吸振振器器。在在这这种种情情况况下下，当当阻阻尼尼频频率率被被精精确确调调谐谐到到激激励励频频率率
6、时时，主主系系统统将将保保持持静静止止，但但在在该情况下，消除带也变小了。该情况下，消除带也变小了。调谐质量阻尼器的早期研究调谐质量阻尼器的早期研究lSnowdonSnowdon研研究究了了其其他他可可能能的的吸吸振振器器形形式式，如如三三单单元元吸吸振振器器，显显示示如如果果第第三三单单元元与与阻阻尼尼器器串串联联，主主系系统统幅幅值值能能减减小小15153030，但但这这种种减减小小对对频频率率是是非非常常敏敏感感的的，在在实实际际中中它它将将影响吸振器的性能。影响吸振器的性能。lIoiIoi和和IkedaIkeda提提出出了了主主系系统统在在小小阻阻尼尼情情况况下下吸吸振振器器参参数数优
7、优化化的的经经验验公公式式。RandallRandall等等提提出出了了在在系系统统中中考考虑虑阻阻尼尼影影响响的的这这些些参参数数的的设设计计图图表表。WarburtonWarburton和和AyorindeAyorinde则则进进一一步步用用表表列列出出了了最最大大动动力力放放大大因因子子、调调谐谐频频率率比比及及特特定定质质量量比比和和主主系统阻尼比系统阻尼比的吸振器阻尼比的优化值。的吸振器阻尼比的优化值。调谐质量阻尼器的早期研究调谐质量阻尼器的早期研究l台台北北101101大大厦厦是是目目前前世世界界第第一一高高楼楼，总总高高度度502m502m，共共100100层层，在在8787层层
8、的的一一个个房房间间内内挂挂有有一一个个端端部部带带阻阻尼尼的的大大复复摆摆，可减振可减振 40 60 ( (风振或地震风振或地震) )；调谐质量阻尼器的应用调谐质量阻尼器的应用l阿阿联联酋酋2828层层七七星星级级大大酒酒店店，为为了了抵抵抗抗地地震震和和风风振振，在在弧弧形支撑杆内安装了单自由形支撑杆内安装了单自由 度摆动的度摆动的TMDTMD系统，实现减振。系统，实现减振。调谐质量阻尼器的应用调谐质量阻尼器的应用l近近20年年来来，国国内内外外学学者者针针对对单单个个TMD系系统统的的理理论论和和技技术术方方法法，提提出出了了多多调调谐谐质质量量阻阻尼尼器器的的概概念念，简简称称MTMD
9、。MTMD系系统统可可对对受受较较宽宽频频带带的的外外激激励励的的结结构构进进行行振振动动控控制制，效效果果明明显显。上上海海青青浦浦电电视视塔塔高高168m，在在离离地地面面137.5m的的一一段段悬悬挂挂11个个质质量量摆摆，这这11个个质质量量摆摆的的自自振振周周期期为为0.398Hz0.487Hz，它它们们组组成成的的频频带带与与风风激激励励所所产产生生的的电电视视塔塔振振动动频频带带基基本本吻吻合合，经经测测试试发发现现，电电视视塔塔天天线线端端位位移移的的控控制制效效果果为为20.3，塔塔楼楼的的加加速速度度反反应应最最大大值值的的控控制制效效果果为为36.4。调谐质量阻尼器的发展
10、调谐质量阻尼器的发展-MTMDMTMD地震动时程l现现阶阶段段，国国内内外外学学者者对对TMD系系统统进进行行了了改改进进和和扩扩展展，形形成成了了利利用用结结构构内内部部的的设设备备、装装置置等等作作为为质质量量体体对对结结构构的的振振动动能能量量进进行行消消耗耗，简简称称ETMD。此此系系统统克克服服了了TMD系系统统需需要要增增加加额额外外质质量量的的不不足足，减减轻轻了了系系统统承承载载的的负负担担。目目前前该该系系统统已已经经被被应应用用于于海海洋洋平平台台的的振振动动控控制制。其其优优点点是是调调谐谐质质量量与与平平台台剩剩余余质质量量之之比比可可达达200以以上上，是是普普通通T
11、MD系系统统的的40倍，减振效果良好。倍，减振效果良好。调谐质量阻尼器的发展调谐质量阻尼器的发展-ETMDETMD地震动时程l能有效衰减主结构的振动反应能有效衰减主结构的振动反应：在合理选取质量、刚度：在合理选取质量、刚度系数、阻尼比等结构体系调谐参数的情况下，主结构的地系数、阻尼比等结构体系调谐参数的情况下，主结构的地震反应（位移、加速度）可衰减震反应（位移、加速度）可衰减3060，可有效衰减，可有效衰减主结构在各种外部振动冲击下（地震、风、海浪等）的振主结构在各种外部振动冲击下（地震、风、海浪等）的振动反应；动反应；l可以充分利用主结构已有的结构作为可以充分利用主结构已有的结构作为TMD系
12、统，系统，不必专不必专门设置调谐装置；门设置调谐装置；l采用采用TMD系统对于系统对于某些难以采取传统加强措施的结构某些难以采取传统加强措施的结构，如高层结构、高层塔架结构、大跨度结构、海洋平台等重如高层结构、高层塔架结构、大跨度结构、海洋平台等重大结构，提供了一条难以替代的减振措施；大结构，提供了一条难以替代的减振措施；l节省工程造价节省工程造价：由于：由于TMD系统对主结构的减振作用明显，系统对主结构的减振作用明显，所以主结构可以所以主结构可以减小构件截面尺寸、减小配筋、简化施工；减小构件截面尺寸、减小配筋、简化施工；l不仅适用于新建结构的减振控制，而且也适用于不仅适用于新建结构的减振控制
13、，而且也适用于已有建已有建筑的减振控制。筑的减振控制。TMDTMD系统的优点：系统的优点：l对于某个对于某个TMD系统，应尽量以控制主结构的系统，应尽量以控制主结构的低阶振型低阶振型为为目标；目标；l单个单个TMD用于结构控制时其用于结构控制时其有效频率较窄有效频率较窄，控制效果不，控制效果不稳定。可以通过稳定。可以通过增加增加TMD系统的数量系统的数量以应对较宽频带的激以应对较宽频带的激励；励；l对于以某一振型为主要控制目标的对于以某一振型为主要控制目标的TMD系统，其最优装系统，其最优装设位置是设位置是该振型最大反应向量的质点处该振型最大反应向量的质点处；l对于具有对于具有多个振型多个振型
14、的主结构减振控制，可以适当的主结构减振控制，可以适当增大增大 TMD系统的系统的阻尼阻尼或者设置或者设置多个多个TMD系统。系统。TMDTMD系统的问题及解决方法：系统的问题及解决方法：调频液体阻尼器调频液体阻尼器(Tuned Liquid Damper(Tuned Liquid Damper，简称，简称TLD)TLD)是是一种被动耗能减振装置，近年来进行了大量的研究和一种被动耗能减振装置，近年来进行了大量的研究和应用。调谐液体阻尼器利用应用。调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体在晃动固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。过程中产生的动侧力来提供减振作用。其具有构造简其具有构造
15、简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，优点，可兼作供水水箱使用可兼作供水水箱使用。TLD-调频液体阻尼器简介调频液体阻尼器简介TLDTLD减减振振控控制制理理论论依依据据水水箱箱水水的的水水深深与与水水箱箱振振动动方方向向的的比比值值可分为可分为浅水理论浅水理论和和深水理论深水理论。l浅浅水水理理论论由由于于水水深深较较浅浅，考考虑虑液液体体运运动动的的非非线线性性，液液面面晃晃荡荡大大从从而而加加大大了了结结构构的的阻阻尼尼，产产生生减减振振效效果果，但但浅浅水水水水箱箱只只适适合合做做阻阻尼尼器器，不不适适合合其其它它用用途途，
16、所所以以生生活活、消消防防等等所所需需的的水水箱箱需需要要专专门门的的大大空空间间来来放放置置，提提高高了了工工程程造造价价，因此比较适合塔式等高耸结构因此比较适合塔式等高耸结构; ;l深深水水理理论论卞卞要要假假设设是是液液面面运运动动是是微微幅幅的的，用用线线性性理理论论来来刻刻画画液液体体的的运运动动，与与之之对对应应的的深深水水水水箱箱则则可可以以方方便便地地用用生生活活水水箱箱改改装装，既既不不用用制制作作专专门门的的水水箱箱，也也不不需需要要额额外外的的盛盛放空间，造价低，适合生活、办公用的高层建筑。放空间，造价低，适合生活、办公用的高层建筑。TLD减震控制理论减震控制理论TLD减
17、震效应研究减震效应研究l第第一一个个在在高高层层建建筑筑中中应应用用TLDTLD来来减减少少风风振振反反应应的的例例子子是是日日本本横横滨滨的的“Shin Shin Yokohama Yokohama PrincePrince旅旅馆馆”。在在它它的的顶顶部部安安装了水箱作为装了水箱作为TLD.TLD.TLD在实际结构中的应用在实际结构中的应用l如如图图所所示示。大大连连地地区区由由于于临临海海，存存在在风风力力较较大大的的情情况况。当当地地的的基基本本风风压压可可达达0.75kN/m0.75kN/m2 2。大大连连国国贸贸大大厦厦的的高高宽宽比比为为6.7,6.7,横横向向较较柔柔，风风振振影
18、影响响大大，为为减减小小横横向向振振幅幅和和最最大大加加速速度度，提提高高结结构构整整体体的的安安全全度度和和顶顶层层风风振振的的舒舒适适度度，在在该该结结构中配置水箱设计成了减振控制装置构中配置水箱设计成了减振控制装置TLD.TLD.TLD在实际结构中的应用在实际结构中的应用l为为提提高高TLD的的减减振振效效果果，Fujino等等利利用用多多个个水水箱箱作作为为TLD(简简称称MTLD)进进行行MTLD结结构构减减振振体体系系的的研研究究.水水箱箱被被分分为为若若干干个个小小水水箱箱(如如图图6)，图图7是是STLD系系统统与与MTLD系系统统的能量耗散随频率比的变化。的能量耗散随频率比的变化。MTLDMTLD的研究的研究：l经济经济:基本上不增加或只增加很少的土建费用就可以达到基本上不增加或只增加很少的土建费用就可以达到 减振的目的减振的目的;l简单易行简单易行:可方便地将盛水容器放置在建筑物上可方便地将盛水容器放置在建筑物上;l适用于适用于短期和长期短期和长期使用使用;l较少的维护费用较少的维护费用;l多用途多用途:利用水箱可同时作为供水装置和阻尼器。利用水箱可同时作为供水装置和阻尼器。TLDTLD系统的优点：系统的优点：
