高耸钢框架结构-tmd减震控制效果模型实验分析

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1、高耸钢框架结构-TMD减震控制效果模型实验分析李金海1’a,刘金栓1>b,李芦玉1’e(1.大连理工大学土木水利学院，辽宁大连116024)aljh@dlut.cdu.cn,b273898186@qq.com,c7054419@@qq.com摘要：由于TMD的经济性和实用性，其目前在实际工程中得到了广泛的认可和应用。为了进一步验证TMD在高宽比较大的高耸钢框架结构中的减震控制作用，模型实验利用振动台对三层高耸钢框架结构-TMD模型在基底激励作用下的响应进行分析。通过改变TMD的质量来进行分频率调谐控制，

2、并分析了基底激励作用下TMD的不同安放位置对结构减震控制效果影响。分析结果表明：通过改变TMD质量块的数量可以达到很好的调谐减震控制效果。基底激励作用下TMD安装在顶部和底部都会有明显的减震控制效果。关键词：变质量：调谐质量阻尼器：高耸钢框架：基底激励：传递函数国家自然科学基金资助项目：批准号为51008051中图分类号：TM344.1文献标志码：A引言TMD的产生和发展已经有数十年的历史，近20年时间TMD更是凭借其经济，实用，安全性好，不耑外加能源等诸多优点得到了迅速的发展和广泛的应用。因此，伴随着

3、工程师们大量的开发研究下，各种形式不同的TMD也随着实际生产需要应运而生［2］。近年来，自然环境恶化，台风、高烈度地震频频发生，然而岛耸钢结构的应用也随着社会发展需要而迅速发展，为了保证此类结构的抗震安全性和舒适性，国N外汴多专家学者也做了大量的研宂。其中不乏利用TMD进行减震控制的研宂。为了研宂高耸钢结构利用变质量TMD减霡的效果，本实验分析利川振动台对三层TMD-高耸钢框架结构模型在基底激励作用下的响应进行测量分析，并结合利用结构振动理论和传递函数理论进行计算得到的结果，对比分析来验证变质量TMD的

4、减震控制效果及其适用性［3］。实验分析部分具体设计如下：首先在振动台上通过扫频实验得到结构的主频率，然后再根裾各阶主频来确定基底激励进行实验，并对TMD安防在结构不同位置时候的减震效果进行实验测量，与结构不安放TMD时候的测量结果进行对比分析。理论分析部分则是与实验设计一一对应來进行的，以求达到准确对比的效果。2实验模型TMD(TunedMassDamper)——质量调谐阻尼器，属于结构被动调谐减振控制的装置中的一种，主要用于高耸或大跨结构的振动控制。TMD由质块，弹簧与阻尼系统组成，其工作原理：当结构

5、在外部激励作用下产生振动时，会带动TMD系统一起振动，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对结构的振动产生抑制作用，从而达到减小结构振动反应的目的m。本文所采用的TMD系统主要是由弹簧、质量片组成的。具体形式如下图1、图2所示：弹簧的刚度是一定的，TMD子结构的频率可以通过对质量的调控，即通过对图屮模型屮间的质量片数量的增减来实现。主结构材料为钢材，TMD质fi片材料也是钢材，弹性模fi£=2Q（）（SPa,密度为I&T7xlO3kg/m3。整个结构儿何尺寸如图所示，单层高

6、宽比为7:3,图屮单位为mm。图1TMD结构模型图Fig.lThemodelofTMD图2高铃钢框架模型图Fig.2ThemodeloftheHigh-risesteelstructure3模型实验分析3.1基于传递函数的TMD减震效果分析对于多自由度结构在基地激励作用下的动力学方程可表示如下［3"4其中/Q）=对上市进行Laplace变换可得如下所示：Mr+Q+/C｛y（5）｝=｛F（5）｝⑷］｛厂⑺｝［H/（5）］=［M52+C5+A：］_I又有diag、M（f）TM（!）•，；dia^｛K^=（

7、l）T可得:dia^^MjS2+CjS+丨⑷-1nww7MjS""+CjS+K.：y—MAs2+2^0)^+^［仏⑻=swwMAs+2^60^^［坟⑷］=zww其中s=人y代入以上式中可得到:[坟H]=EMi(-o)2+2j^eoi(o+a)i则结构在第^介共振频率基底激励作用下第&层处的传递函数为15-71[o)]=£M((-co2+Ij^^co+cor此外，对于本试验屮结构模型进行动力特性计算可得:~8775-4387.50_'1000'K=-4387.58775-4387.5:M=01000-43

8、87.54387.50010不考虑阻尼，由&—W2M=0可得三阶主频分别为：9.332、26.119、37.7439单位为弧度每秒。对应的可求得规格化三阶振型分别为：=■1■1.8017'中2=_1_0.4456_1'-1.308_2.247_-0.80360.581_对于求解传递函数的资料™本实验模型在TMD作用下的各阶主频率及主振型，这里不再给岀，仅直接给出最终求解的结果阁示。根裾对木实验模型动力特性计算的结果，结合上边式(6)给出的结