资源描述：
《TMD振动控制结构的发展及应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、TMD振动控制结构的发展及应用防灾减灾工程：吴维舟近年来,结构控制的理论与实践应用得到了飞速发展,调谐质量阻尼器(tunedmassdamper,TMD)作为被动控制技术之一,在生产实践中不断地得到应用。调谐质量阻尼器是最常用的一种被动控制系统,它是在结构物顶部或上部某位置上加上惯性质量,并配以弹簧和阻尼器与主体结构相连。TMD作为一种被动控制方式,因其构造简单,易于安装,维护方便,经济实用,并且不需外力作用,有着其他方式无法比拟的优点,因此在高层建筑风振控制、桥梁及海洋平台振动控制等领域得到重视。1 TMD吸振原理为了说明TMD的减振原理,将TMD子系统和
2、被控制的主结构系统模型简化为二自由度的质量、弹簧、阻尼系统,如图1所示。并且将激振力简化为频率为ω正弦力。根据文献,当F2=0时,通过适当的选取参数m2、c2和k2,可以达到有效降低质量1振幅的目的。也就是利用共振原理,对主体结构某些振型(通常是第一振型)的动力响应加以控制。主要是通过调整TMD系统与主体结构的质量比、频率比和TMD系统的阻尼比等参数,使系统能吸收更多的振动能量,从而大大减轻主体结构的振动响应。这就是TMD吸振原理.2TMD的发展2.1 TMD的早期应用其典型应用可追溯到1902年安装于德国邮船上的Frahm防摇水箱。传统的结构设计依靠结构强
3、度和耗能能力来抵抗重型机器荷载、暴风、强地震等动力作用。1909年Frahm首次提出用调谐质量阻尼器(TMD),即动力吸振器,作为控制和减小动力系统振动的一种方法。此后,各国的研究工作者在被动TMD控制的理论和应用方面做了大量的工作。美国最早开始进行制振理论的研究并将TMD装置应用到了高层建筑,如纽约的CiticorpCenter,波士顿的对JohnHancockBuilding,获得了令人满意的效果。2.2 TMD的演化TMD的演化可以分为3个阶段。第1个阶段主要对单个TMD系统的研究,多集中于对结构控制效果和最优控制参数的理论研究。为使TMD的控制效果达
4、到最佳,即扩大其能量耗散能力,最重要的是把TMD的振动频率调至结构振动频率附近并选用适当的阻尼。通过对TMD的参数对主结构振动的影响分析,可以看出它对参数的影响呈现非线性特点,通过在桥梁上安装TMD的实例表明,它是一种很有效的减振方法。但同时发现它的应用适合于:(1)主结构阻尼较小(阻尼比<5%);(2)更适合于已有结构的被动控制。被动的TMD系统对高耸结构电视塔的风振控制效果和影响控制效果的参数,研究表明它对结构风振的最佳效果可达50%,并且用实例进行验证,被动TMD系统对高耸的风振控制有明显的效果。TMD参数对控制效果也有较大的影响,针对参数优化理论存在
5、的两个问题:(1)结构响应实际上可以是变形、速度或加速度,而激励也可以是地震作用或风荷载等不同激励,结构不同部位在不同激励下的不同响应使得结构响应不应当是一个单一目标函数,而应当包含多个目标函数;(2)基于参数最优值进行TMD系统设计时,设计者通过计算得到的最优调谐比和最优阻尼比事实上很难准确实现,实际工程中所实现的阻尼比和调谐比与最优值总是有误差的,而这样的误差所导致目标函数的优化损失,设计者也无从把握。但TMD的减振也存在着缺点,即它的有效性对结构自振频率的波动很敏感,由于误调或偏离最优点,其有效性会很快下降。研究表明,当结构所受的外激振力频带非常窄时T
6、MD的减振效果很好,当外激振力频带较宽时,减振效果明显降低。因此,TMD用于结构振动控制时其有效频带较窄、控制效果不稳定、可实现性较差。第2个阶段是对多重调谐质量阻尼器(multipletunedmassdampers,MTMD)的研究。主要对MTMD结构刚度和质量摄动的鲁棒性研究即讨论结构频率MTMD控制有效性的影响问题,从而为设计提供一些有益的参考。第3个阶段是关于TMD概念的扩展。目前这方面的研究尚处在起步阶段,研究成果比较少。Pallazzo和Petti在1994年提出了将基底隔震结构和TMD系统合二为一减小基频响应的新设想。分析表明将TMD系统应用
7、于基底隔震结构可以更有效地吸收地震能量,基底相对位移显著降低。可用结构顶层代替TMD系统的质量块,这是一个具有实用意义的设计思想。基于TMD的原理,进行了一种新型减震结构系统的试验研究。这种结构的主结构与顶层楼体间通过叠层橡胶支座连接,形成一个大型的悬浮顶层TMD系统。研究表明:这种新型的减震结构系统对吸震体进行适当的参数选择,在不同地震波作用下,主结构顶层加速度响应减少1/4以上。该体系减震效果好、工艺简捷,对于工程抗震有较好的实用价值。还有的学者提出了利用结构内部质量体作为减振质量的扩展质量调谐阻尼器(extendedtunedmassdamper,ET
8、-MD)的振动控制新概念,此概念克服了TMD系统需要
