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文章编号:100926825(2007)0720080202顶层TMD 减震系统在土木工程中的应用收稿日期6228作者简介王 宇(82),男,西安建筑科技大学土木工程学院硕士研究生,陕西西安 55谢文东(82),男,西安建筑科技大学土木工程学院硕士研究生,陕西西安 55王 宇 谢文东摘 要:分析了顶层TMD 减震系统的振动控制机理及在土木工程中的应用,针对建筑结构顶层TMD 减震控制,介绍了研究现状及进展,通过对几种TMD 新体系的分析,指出其在结构减震控制中的优点与缺点,并提出其面临解决的一些问题。
关键词:TMD 体系,减震系统,振动控制,土木工程中图分类号:TU352.1文献标识码:A引言随着我国经济建设的发展,一些重要的公共设施,不仅投资大,而且在地震时引起的危害性大。
因此,对其在地震作用下的抗震性能以及响应控制的研究是十分必要的。
近年来迅速发展的质量调谐减震控制技术(TMD )由于其无须对结构采取传统的加强措施(如加大断面、增加配筋、加强刚度、加设构件等),且减震效果明显,易于实施,已作为一种全新的抗震对策日益受到学术界、工程界的广泛重视,并在国内外工程中得到应用。
调频质量阻尼器(TMD )作为被动减振的有效手段,多用于高层建筑、高耸结构、大跨桥梁的减振防灾控制中。
1 TMD 体系的振动控制TMD (Tuned Mass Da mper )系统是在结构顶层加上惯性质量,并配以弹簧和阻尼器与结构相连,应用共振原理,对结构的某一些振型加以控制。
通常,惯性质量是附加质量块。
它是一种经典的动力吸振器,其最早应用可追溯到1902年安装于德国邮船上的Frahm 防摇水箱。
TMD 体系的工作原理:主体结构承受动力作用而振动时,质量块也产生相对惯性运动,当TMD 的自振频率调谐到与主结构的频率或激励频率达到某种关系时,TMD 将通过弹簧、阻尼器向主结构施加反方向作用力来部分抵消输入结构的扰动力,并通过阻尼器集中消能,使主结构的振动反应衰减。
大底盘双塔楼结构隔震层分析方法研究由于社会经济水平的不断发展和科学技术的不断进步，建筑行业也趋于向体型和功能的多样化发展，由于底部可利用的大空间以及隔震层设置的便利性，大底盘隔震的双塔楼结构在国内外的应用范围已越来越广。
然而大底盘双塔楼结构由于双塔结构之间的相互作用，对其在分析方法的选取方面也应该予以重视，单塔分析方法简便快捷，但缺点是没有考虑双塔之间的影响；双塔分析方法更接近结构的实际情况，缺点是建模计算等都比较复杂。
本文就这两种分析方法下结构隔震层的差异性进行了研究，得出“L”形布置和“一”字形布置的大底盘双塔楼隔震结构两种方法下隔震层的相关参数差异性均不大。
而单塔分析的方法是对结构隔震层分析偏保守的分析方法。
Key words：twin towers；large base isolation；single tower analysis method；twin towers analysis method国内外大量工程实例表明，隔震技术的出现和应用在很大程度上减少了地震中的人员伤亡和财物损失，目前，隔震技术已经成为抵抗地震的有力手段之一。
随着隔震技术的不断发展以及社会的不断进步，体型多样化和功能多样化的隔震建筑越来越受到人们的亲睐，其中大底盘隔震的双塔楼结构则是典型代表。
近些年来，关于大底盘双塔楼结构以及大底盘隔震的双塔结构的相关研究也越来越多，具体表现在双塔楼结构消能减震问题的研究[2]-[3]；大底盘双塔楼高层结构的模拟振动台试验和数值模拟分析[4]；高烈度区超大底盘多塔楼项目的隔震层设计及研究[5]；双塔连体结构的数值分析和抗震性能分析[6]等。
但是总的来看对于大底盘双塔楼隔震结构分析方法的比较和研究还较少。
因此，本文以具体的工程实例为例，对大底盘双塔楼隔震结构单塔分析和双塔分析结构隔震层的相关差异性进行了较为深入的研究，既具有一定的理论意义也具有一定的工程价值。
1.工程概况本文所研究的大底盘双塔楼结构地上塔楼部分为7层，地下大底盘部分1层，采取在地下室上部单独设置隔震层的大底盘隔震形式，上部塔楼部分为非对称分布，大底盘双塔楼结构的隔震计算简图见图1，“L”形和“一”字性大底盘双塔楼结构三维模型图分别见图2和图3。
TMD超高层建筑水平荷载振动控制应用研究发表时间：2016-05-29T10:06:55.657Z 来源：《基层建设》2016年3期作者：卢磊虞明杰吴鑫彪[导读] 中国联合工程公司调谐质量阻尼器TMD，是一种十分重要且广泛应用于工程实际的减振被动控制技术。
卢磊虞明杰吴鑫彪中国联合工程公司浙江杭州 3100521.TMD 简介调谐质量阻尼器TMD，是一种十分重要且广泛应用于工程实际的减振被动控制技术。
TMD主要由质量块、弹簧系统和阻尼系统组成。
质量块可以利用建筑物已有的水箱、混凝土块、装铅的钢箱或者环绕在结构外部的装铅的钢圈等。
理论上质量块越重，减振效果越好，但需要承担其重量的代价也越大，TMD质量比一般在0.005～0.03之间。
弹簧系统作用时调整TMD自振频率，使之与结构的受控自振频率接近，达到最优状态。
2.TMD减振设计原理2.1 TMD 对风荷载减振设计2.1.2 理论基础2.1.2.2 多自由度结构-阻尼TMD随机振动减振原理实际工况需考虑多自由度TMD结构在阻尼作用下的震动情况。
设一n层高层钢结构建筑，顶部放置一TMD阻尼器（图1）。
并根据平面内刚性板假定，在单一方向水平荷载作用下的每层只有一个自由度。
结构在脉动风作用下运动方程为：计算受控制结构的风压，风振加速度。
判断受控结构是否满足规范要求。
若不满足返回步骤（3）。
对于重要结构和特别不规则结构，原结构风振加速度严重不满足时，还应对结构进行风载动力时程分析验证。
参考文献[1]李春祥，熊学玉等,TMD—《高层钢结构系统按规范抗风设计方法》,工业建筑，2000,30（4）[2]李春祥，刘艳霞，《TMD—高层钢结构系统风振舒适度控制设计方法》，振动与冲击，1999,18（2）：60-64.[3]李春祥等，《高层结构TMD 风振控制最优参数的取值研究》，噪声与振动控制，1998.6，3：2-6[4]刘捷，《上海环球金融中心设置TMD 系统的结构抗震性能分析》，同济大学硕士学位论文，2005。
标志塔调谐质量阻尼器TMD减振控制分析与应用一、TMD的减振原理TMD是通过与主体结构耦合，引入额外的质量和阻尼来减振的。
其基本原理是通过改变结构的动态特性，减小结构的振幅和响应。
TMD由两个基本部分组成，即质量和阻尼器，其中质量是由一个或多个质量体构成的，阻尼器则通过改变质量体的运动状态来消耗振动能量。
二、TMD的控制分析在TMD的控制分析中，需要确定质量体的质量、位置和阻尼器的阻尼系数。
而这些参数的选择需要根据主体结构的特性和振动特性进行合理的设计。
1.质量的确定：质量的选择需要考虑主体结构的刚度和自振频率，一般来说，TMD的质量应为主体结构的一小部分，以避免对结构的刚度造成过大的影响。
2.位置的确定：质量体的位置对于TMD的减振效果起着重要的作用。
一般来说，质量体应选择在主体结构的振动节点处，以达到最佳的减振效果。
3.阻尼系数的确定：阻尼器的阻尼系数直接影响着TMD的减振效果，过小的阻尼系数会导致无法有效减振，而过大的阻尼系数则会加大阻尼器的负荷。
因此，需要通过数值模拟或试验来确定最佳的阻尼系数。
三、TMD的应用TMD广泛应用于各种建筑和结构物中，包括高层建筑、桥梁、烟囱、标志塔等。
1.高层建筑标志塔：在高层建筑的标志塔中，由于自身的高度和形状造成的风振效应会引起结构的振动。
通过将TMD安装在标志塔的顶部，可以有效地减小风振引起的振动，提高结构的稳定性。
2.桥梁标志塔：桥梁标志塔常常会因为交通荷载和风荷载等环境激励的作用而产生振动。
应用TMD可以通过改变桥梁标志塔的动态特性，减小振幅和振动频率，提高桥梁的稳定性和舒适性。
3.烟囱标志塔：烟囱标志塔作为一个纤细结构，易受到风荷载的影响而产生振动。
通过在烟囱标志塔的适当位置安装TMD可以减小振幅，提高结构的稳定性，同时减少结构对周围环境的振动影响。
以上是对标志塔调谐质量阻尼器（TMD）减振控制分析与应用的详细介绍，TMD作为一种有效的减振装置，在工程实践中具有广泛的应用前景。
减震与隔震理论结课作业：****专业：结构工程学号：9日期：2014/1/15所谓结构振动控制（简称为结构控制）技术，就是指通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动力荷载所引起的反应。
调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper/TMD ）作为被动控制技术之一，在生产实践中不断得到应用。
TMD 是在结构物顶部或下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。
因其构造简单，易于安装，维护方便，经济实用，并且不需要外力作用，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。
一、TMD 振动控制机理TMD 对结构振动控制的机理可粗略描述如下：原结构体系由于加入了TMD ，其动力特性发生了变化，原结构承受动力作用而剧烈振动时，由于TMD 质量块的惯性而向原结构施加反方向作用力，其阻尼也发挥耗能作用，从而使原结构的振动反应明显衰减。
如图1所示，将TMD 子系统和被控制的主结构系统模型简化为两自由度的质量、弹簧、阻尼系统，并且直接受有简谐激励的作用。
图 1 两自由度力学模型图中：1M 为主结构质量；1K 为结构刚度；1C 为主结构阻尼；d M 为子结构质量；d K 为子结构刚度；d C 为子结构阻尼；()P t 为外激励，且0()sin P t P t ω=的简谐激励；1x 为主结构的位移反应；d x 为子结构的位移反应。
1. 无阻尼子结构的调谐减振控制假设主结构阻尼10C =，子结构0d C =，按图1所示的两自由度体系，可列出运动方程：1111()()d d d m x K K x K x P t ++-= （1） 1()0d d d d m x K x x +-= （2） 为求得主结构和子结构的位移反应1x 和d x ，可采用传递函数解法。
简谐激励为0sin P t ω，频率为ω，则主结构和子结构振动反应的传递函数1()H ω和()d H ω为：11()()()x t H P t ω= ()()()d d x t H P t ω= 主结构和子结构的位移反应为：1110()()()()sin x t H P t H P t ωωω==0()()()()sin d d d x t H P t H P t ωωω==可以表达为：110()()t x t H P e ωω= 0()()t d d x t H P e ωω=把1x 和d x 的传递函数表达式代入（1），经整理归纳得：2122211()()()d d d d d dK m H K K m K m K ωωωω-=+--- （3） 22211()()()dd d d d dK H K K m K m K ωωω=+---（4） 则主结构和子结构的位移反应最大值为：22011042221()1(1)P f h x H P K hh f f ωμ-==⎡⎤-+++⎣⎦（5） 20042221()1(1)d d P f x H P K h h f f ωμ==⎡⎤-+++⎣⎦（6） 式中01/P K —主结构在外激励下的最大等效静力位移；1ω—主结构固有频率，1ω=d ω—子结构固有频率，d ω=f —子结构与主结构的固有频率比，1/d f ωω=；h —外激励与主结构之频率比，1/h ωω=；μ—子结构与主结构的质量比，1/d m m μ=；式（5）（6）可表达为111Px A K = 01d d Px A K =1A 和d A 为主结构和子结构相对于等效静力位移的位移反应动力放大系数： 22142221(1)f h A h h f f μ-=⎡⎤-+++⎣⎦（7） 242221(1)d f A h h f f μ=⎡⎤-+++⎣⎦（8） 分析（7）及（8），可得出受简谐激励的结构被动调谐减振机理如下：（1）当子结构的固有频率d ω等于主结构的激励频率ω时，即d ωω=，则f h =此时可得：01110P x A K == 001d d dP P x A K K ==- 10()d d x x K P -=- 10x =表明，当主结构直接被简谐激励振动时，使主结构达到最优调谐减振效果（振动消失）的调谐条件是，子结构的固有频率等于直接激励主结构的激励频率。
TMD减振系统在楼盖结构中的应用严俊;王洪涛;施卫星【摘要】简要介绍了TMD减振系统的减震机理及在实际楼盖结构中的应用.楼盖结构在超过一定跨度以后,当第一阶频率接近人行走的频率时,容易产生共振,引起过大的振动容易使行人产生对于振动的不舒适感,因此需要采取有效的振动措施来控制较轻柔楼盖系统的振动强度.以某实际工程为研究对象,通过设置TMD减振系统,并对比分析楼盖结构在不同工况人行荷载作用下安装TMD系统前后的振动响应,验证了TMD减振系统应用在楼盖结构上有良好的减振效果,加设TMD减振系统后能满足人对于振动舒适度的要求.楼盖结构TMD减振系统的应用可为类似工程的减振设计提供参考.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2015(031)006【总页数】7页(P91-97)【关键词】TMD减振;组合楼盖结构;人行荷载;舒适度【作者】严俊;王洪涛;施卫星【作者单位】同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092;同济大学土木工程学院结构工程与防灾研究所,上海200092【正文语种】中文Vibration Control of the Floor Using the TMD systemAbstractA brief introduction of the performance and application of the TMD dampi ng system for floor vibration control was presented in this paper. As the fir st order frequency is close to the human walking frequency with a long flo or span, resonance problems may be induced and excessive vibrations can cause discomfort. Therefore, effective measures are required to control the floor vibrations. In this paper, a project with a TMD damping system was i ntroduced. The TMD damping system was validated to reduce floor vibrati on to the level of satisfying vibration comfort requirements. Comparative a nalyses of the vibration responses before and after the installation of the T MD system were performed.Keywords tuned mass damper, the floor structure, human-induced excitation, comfort在建筑结构中,大部分楼盖系统因为跨度比较小,自振频率比较大,不存在舒适度的问题。
调谐质量阻尼器(ＴMD）在高层抗震中的应用摘要:随着经济的发展，高层建筑大量涌现，TMD系统被广泛应用。
越来越多的学者对ＴMＤ系统进行研究和改进。
本文介绍了TMD系统的基本工作原理，总结了其各种新形式,分析了它的研究现状,并指出了两个新的研究方向等。
关键词：ＴMD系统高层建筑抗震原理发展应用The use of the tｕｎeｄｍass dａmper in ｔhe seisｍic resistａnｃｅof the high－risｅｂuｉlｄｉｎg Abstｒａｃt：Ｗｉth thｅｅconｏmic dｅｖelopmｅnt, the ｈiｇｈ—riｓe buil ｄings ｓpring ｕp, tｈeｎ，thｅｔuｎｅd maｓｓdａｍpers arｅｅｘｔensi ｖely used。
Ｍoｒe and more scholars researｃｈａnd imprｏｖe ｔhe tｕneｄｍass daｍpｅｒ。
This theｓis iｎtrｏducｅs thｅｏperａtｉng ｐriｎcｉple of tｈｅtｕneｄmａss dａmper,summarizeｓｍany neｗfｏrms ｏf the ｔｕnｅｄｍaｓs ｄａmper, analyzes iｔs resｅarch sｔatus and eｖｅn ｐoints out two ｎeｗｒeseａrch ｄiｒｅcｔions．Kｅyword:thｅtuｎed ｍass daｍｐerｔhe ｈiｇh-rise builｄing sｅiｓmiｃreｓｉstａnce prｉnｃiplｅdevelopment usｅ１。
引言随着社会经济的快速发展，城市人口密度不断增长，城市建筑用地日益紧张,高层建筑成为城市化发展的必然趋势［１—３］。
高层及超高层建筑的不断涌现，加上建筑物的高度和高宽比的增加以及轻质高强材料的应用,导致结构刚度和阻尼不断下降。
