摘要:TMD 减振系统( 下简称 TMD) 是目前在高层、高耸结构风振控制中广泛应用的控制装置。介绍了TMD系统的减振原理和脉动风载荷的特点,总结了国内外学者对不同类型悬吊摆TMD和TMD减振原理的研究,分析求解方程的不同方法,概括了国内对高耸结构下脉动风荷载特点的研究。
关键词:调谐质量阻尼器(TMD);悬吊摆式TMD;高耸结构;脉动风载
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国内外调谐质量阻尼器振动控制的研究现状
- 悬吊TMD
悬吊质量摆减振属于一种结构被动控制技术,其原理是通过调节悬吊质量摆的摆长和质量而改变摆的固有周期,使其与结构的固有周期相同或相近,实现动力吸振,从而减小结构的动力反应。悬吊质量摆构造简单、布置灵活,其减振效果也较明显,具有广阔工程应用前景。
李宏男等建立了具有悬吊质量摆的多高层结构的动力方程,研究了悬吊质量摆的参数对结构减震效果的影响,同时提出了利用多悬吊质量摆减小高层建筑多个振型反应的方法[1]。
瞿伟廉,李爱群,袁海庆通过南京电视塔这个工程实例系统地介绍了悬吊TMD对高柔结构脉动风振反应半主动控制的基本原理和设计计算方法[2]。在设计了悬吊TMD参数的基础上, 对悬吊TMD对南京电视塔的风振控制进行了计算机模拟。
对传统悬吊单摆受限于摆长难以实现和多阶调谐能力不足,不具备工程可行性等问题,何浩祥,许洪刚,许维炳提出具有多个调谐质量和弹簧的悬吊多摆结构,通过附加弹簧和多个质点更加灵活地调控悬吊摆周期,同时实现多阶振型的调谐减振控制[3]。对悬吊多摆体系进行动力分析得到相应的体系自由动力方程,求解得多摆的前两阶频率,对其进行分析可知:当对悬吊双摆施加附加刚度时,影响双摆频率的因素除了摆长还有调谐质量和弹簧刚度,因此在限定摆长的情况下,可以通过调整弹簧和调谐质量来实现对结构的调谐减振,且可实现对结构多阶频率的有效控制。
鄢圣超基于河南艺术中心标志塔的工程背景,对利用悬吊式调频质量阻尼器(TMD)对高耸结构顺风向风振响应控制进行了分析,研究了TMD参数对控制效果的影响,并对用于工程TMD的最优参数[4]。针对目前TMD控制装置的缺点,研制了新型的悬吊式TMD减振控制装置,并对本工程采用的TMD控制装置进行了构造和构件参数设计。
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- TMD系统的减振原理
调谐质量阻尼器(TMD)是一种能够有效减小高层建筑结构风振响应的被动控制方法。由于它的经济性、有效性和简单的可操作性等方面的优点,目前TMD已是高层建筑结构抗风设计中应用最广泛的控制方法之一。
TMD减振系统由弹簧或吊索、质量块、阻尼器(指粘滞尼杆或称 Viscous Damping Device,VDD)组成,通过技术手段,其固有振动频率与主结构所控振型频率谐振,安装在结构的特定位置,当结构发生振动时,其惯性质量与主结构受控振型谐振,来吸收主结构受控振型的振动能量,从而达到抑制受控结构振动的效果。
汪志昊等提出一种基于永磁体作用力的摆式TMD频率调节方法[5],其核心思想是将永磁体设置在摆式TMD的质量块与主体结构之间,构成永磁式刚度调节装置,利用永磁体同性相斥、异性相吸的特点,改变TMD质量块在摆动过程中回复力的大小,即通过改变TMD的等效刚度实现TMD频率的调节。
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