調(diào)諧質(zhì)量阻尼器MD在高層抗震中的運(yùn)用

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）在高層抗震中的應(yīng)用摘要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，高層建筑大量涌現(xiàn)，TMD系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用。越來越多的學(xué)者對TMD系統(tǒng)進(jìn)行研究和改進(jìn)。本文介紹了TMD系統(tǒng)的基本工作原理，總結(jié)了其各種新形式，分析了它的研究現(xiàn)狀，并指出了兩個(gè)新的研究方向等。關(guān)鍵詞：TMD系統(tǒng)高層建筑抗震原理發(fā)展應(yīng)用Theuseofthetunedmassdamperintheseismicresistanceofthehigh-risebuildingAbstract：Withtheeconomicdevelopment,thehigh-risebuildingsspringup,then,thetunedmassdampersareextensivelyused.Moreandmorescholarsresearchandimprovethetunedmassdamper.Thisthesisintroducestheoperatingprincipleofthetunedmassdamper，summarizesmanynewformsofthetunedmassdamper,analyzesitsresearchstatusandevenpointsouttwonewresearchdirections.Keyword:thetunedmassdamperthehigh-risebuildingseismicresistanceprincipledevelopmentuse1.引言隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口密度不斷增長，城市建筑用地日益緊張，高層建筑成為城市化發(fā)展的必然趨勢[1-3]。高層及超高層建筑的不斷涌現(xiàn)，加上建筑物的高度和高寬比的增加以及輕質(zhì)高強(qiáng)材料的應(yīng)用，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)剛度和阻尼不斷下降。建筑物在強(qiáng)風(fēng)或地震等激勵(lì)作用下的動(dòng)力反應(yīng)強(qiáng)烈，難以滿足建筑結(jié)構(gòu)安全性、舒適性和使用性的要求。傳統(tǒng)的采用提高結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度來抗風(fēng)抗震的設(shè)計(jì)方法，存在著一定的弊端[1]：（１）經(jīng)濟(jì)性差；（２）安全性難以保證。這主要是由于提高強(qiáng)度的同時(shí)可能會(huì)增加自重，增大剛度的同時(shí)必定會(huì)減小延性，反而不利于抗震；（３）適應(yīng)性有限制。因此，迫切需要尋求更安全、合理、經(jīng)濟(jì)的抗振設(shè)計(jì)方法。于是，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就應(yīng)運(yùn)而生了。近年來，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制的理論與實(shí)踐應(yīng)用得到了飛速發(fā)展，作為被動(dòng)控制技術(shù)之一，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TunedMassDamper，簡稱TMD）在生產(chǎn)實(shí)踐中不斷得到應(yīng)用。TMD系統(tǒng)是一種動(dòng)力吸振器，它對結(jié)構(gòu)的振動(dòng)有明顯的控制效果。同時(shí)，占用建筑面積少，對建筑功能影響較小，便于安裝、維修和更換，經(jīng)濟(jì)實(shí)用，并且不需外力作用。由于它的種種優(yōu)點(diǎn)，TMD在高層和高聳結(jié)構(gòu)抗震、抗風(fēng)控制中有廣闊的應(yīng)用前景[2]。2.TMD系統(tǒng)的工作原理TMD系統(tǒng)的思想來源是Frahm在1909年研究的動(dòng)力吸振器，當(dāng)時(shí)主要用于控制機(jī)械的振動(dòng)，如圖1所示。在簡諧荷載作用下，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。TMD系統(tǒng)是一個(gè)由剛度元件（彈簧）、阻尼元件（阻尼器）和慣性質(zhì)量組成的單自由度子結(jié)構(gòu)振動(dòng)系統(tǒng)。TMD系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)控制的機(jī)理是：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，使其對主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)產(chǎn)生調(diào)諧作用，從而達(dá)到減少結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的目的。為了說明TMD系統(tǒng)的減振原理，將其和主結(jié)構(gòu)簡化為兩自由度的質(zhì)量、彈簧、阻尼體系，如圖2所示[3]。圖1Frahm動(dòng)力吸振器模型圖2TMD系統(tǒng)的簡單模型滴TM確D森系蟻統(tǒng)的嘴最優(yōu)標(biāo)振動(dòng)司頻率壘調(diào)諧山為主是結(jié)構(gòu)薄控制脾振型臣的自丙振頻冤率蠅，勢其控販制策持略為備應(yīng)用很子結(jié)引構(gòu)與今主結(jié)戒構(gòu)控哭制振大型共夫振達(dá)賤到動(dòng)鑰力吸燒能的駛目的斗，并似應(yīng)用踏耗能叢阻尼班材料洪或裝暈置消早耗子盆結(jié)構(gòu)盤的振揭動(dòng)能巧量，舍在不演斷吸頑收主港結(jié)構(gòu)尺能量怠和消判耗子誰結(jié)構(gòu)跟振動(dòng)疼能量夢中降尚低主瓦結(jié)構(gòu)旺的動(dòng)玩力響葉應(yīng)。式TM篇D渣系統(tǒng)擇一般石支撐摸或懸摧掛在狐結(jié)構(gòu)篇的頂機(jī)層或花靠近麥頂層覆的部時(shí)位。舊它嘆的慣藍(lán)性質(zhì)們量一閘般為聞結(jié)構(gòu)堆第一執(zhí)模態(tài)擦質(zhì)量坦的牌0.得5灶%熟～賀1.酸5%殼，可輝以采望用鋼烈、鉛脹、混桃凝土鵝制作翁[2乒]葵。左3.噴TM叉D指系統(tǒng)橋的炸發(fā)展底現(xiàn)狀林3.貓1僻TM童D貝系統(tǒng)扯TM皆D乒在微19占09陳年寒作為踐一種戰(zhàn)結(jié)構(gòu)梯振動(dòng)碑控制迫裝置罰被鬼提出湯時(shí)趕，主榜要用騰于控多制機(jī)媽械的盡振動(dòng)脹。后敬來才良逐漸霸被引列入到呈建筑蓬結(jié)構(gòu)張振動(dòng)水控制桌中。亞到目附前為磁止，鼓各國槐的研訓(xùn)究工式作者兵均已陜在擴(kuò)TM匹D蠶系統(tǒng)佩振動(dòng)膊控制站的理靠論和號應(yīng)用刺方面裝做了夫大量煎的鐵研究狀工作敬[去1-茂11近]千。悶De筋n餡Ha觀rt源og嬸（呆19藝40貿(mào)）諷第一冒個(gè)做羊了關(guān)嘉于紋TM瘡D哀設(shè)計(jì)屆的研軟究愁[4半]舉，他畝得到蛛了無車阻尼農(nóng)系統(tǒng)援的單萌自由額度選TM龜D握優(yōu)化勇調(diào)諧營比和促阻尼上比原燦則。儉從那濁以后綿，濱學(xué)者威們王對不衫同結(jié)放構(gòu)激拋勵(lì)形父式下承的蒸TM紫D俱參數(shù)控優(yōu)化崖問題六做過榨研究躺，并懷對其包在不蘇同激康勵(lì)方窄式下賓的減野振有從效性饅獲得破認(rèn)可械。芳例如柜，旨紙Wa灰rb永ur以to漂n鄉(xiāng)（盾19盞81濫）伶得到僚了使經(jīng)能虜看作通單自津由度羽系統(tǒng)釣的兩吧個(gè)自蜻由度滑系統(tǒng)交的致響應(yīng)高最小競的單禽自由寒度嘩TM養(yǎng)D霜系統(tǒng)層的最品優(yōu)調(diào)顛諧參墓數(shù)。懷但來參數(shù)宮優(yōu)化歪理論用仍敲存在響問題尾：（計(jì)1俗）生結(jié)構(gòu)緣響應(yīng)或?qū)嶋H燥上可目以是萌變形鳴、速戀度或濤加速制度踏，廟而激謹(jǐn)勵(lì)也濱可以滅是地駛震作棵用或價(jià)風(fēng)荷億載等單不同鏟激勵(lì)緩，浙結(jié)構(gòu)削不同酬部位慣在不熊同激酒勵(lì)下紡的不弄同響清應(yīng)使驗(yàn)得結(jié)枕構(gòu)響顏應(yīng)不狗應(yīng)當(dāng)?shù)な且惑w個(gè)單旋一目肚標(biāo)函知數(shù)筆，洞而應(yīng)誘當(dāng)包午含多凝個(gè)目竹標(biāo)函翼數(shù)峽；皮沾（２軌）報(bào)基于磨參數(shù)店最優(yōu)輕值進(jìn)螞行溜TM黨D象系統(tǒng)非設(shè)計(jì)尺時(shí)鏡，舟設(shè)計(jì)陰者通炎過計(jì)精算得費(fèi)到的數(shù)最優(yōu)朋調(diào)諧守比和愉最優(yōu)蜻阻尼腫比穗實(shí)際景上很衣難準(zhǔn)其確實(shí)除現(xiàn)古。烈實(shí)際立工程干中所翁實(shí)現(xiàn)蟻的阻淺尼比同和調(diào)稱諧比遙與最槐優(yōu)值敬總是來有誤犯差宵，燙而這果樣的怖誤差鏟所導(dǎo)跪致目翅標(biāo)函氏數(shù)的滲優(yōu)化瓜損失賤，獸設(shè)計(jì)簡者也冠無從供把握烈。為燦解決若這兩體個(gè)問此題梳，脅Cl巾au治di脅a置Pa軋tr攀ic擦ia即M糟or鄙en饅o悉和輕Pe隱te惡r田Th獅om哥so營n搭懶提出訊了一性個(gè)考也慮參典數(shù)不咽確定至性的曬單自宅由度填結(jié)構(gòu)涉的分創(chuàng)析模釋型來芝設(shè)計(jì)宗TM熄D段[4志]面。匪雖然航TM搞D疫系統(tǒng)狼有湖一定裁的宵減震嬸效果換，但碑仍刮存在廳其孩缺點(diǎn)擱。唯首先妙，由系于技片術(shù)和臨材料怨等原扎因，辣傳統(tǒng)宮TM堆D棄系統(tǒng)壽很難子獲得京所需可的阻菜尼。犯為克丙服這挺一缺弊點(diǎn)，畏學(xué)者捆們提權(quán)出了李非線揉性伙TM鍛D值的概愧念。雪非線磁性光TM概D恩減震廟技術(shù)條是在溉傳統(tǒng)劑TM樸D巖系統(tǒng)卸的基立礎(chǔ)上駕進(jìn)行燭改進(jìn)礙的，鉗它利歉用基校礎(chǔ)隔的震怪所盞使用沉的疊傘層橡定膠支貨座，討把子耽結(jié)構(gòu)奴與主型結(jié)構(gòu)緊連接暗，以饒獲得水傳統(tǒng)燕TM范D吃系統(tǒng)篩很難醋獲得辯的阻挪尼。討由于扇該減鳴震系秧統(tǒng)中槍使用肆的減球震元略件是妻非線拒性的騎，蛛故協(xié)稱該暗種類劇型的崗減震宏元件驗(yàn)為架“貨非線假性翠TM書D缸”贈(zèng)，計(jì)饞算模霉型如議圖易3拒所示街[副7肢]勝。獻(xiàn)圖涌3樣虧羽非線吐性即TM心D釀模型肺其次菌，由鴉于默TM飯D似系統(tǒng)峽需要吐很大拴的慣閣性質(zhì)載量，吧故而映，哀需要朱額外偏的質(zhì)裝量和覆空間棄，不集利于灰結(jié)構(gòu)斃空間顯的使布用。壞為了悶克服賣這個(gè)坐缺陷腰，國友內(nèi)外去學(xué)者果對侵TM防D蜻系統(tǒng)警進(jìn)行梅了改陷進(jìn)和冬擴(kuò)展歸，形串成了舟利用劇結(jié)構(gòu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