TMD与TLD振动控制

一、工程结构减震控制的概念对高层建筑和高耸结构来说，水平荷载是主要荷载之一，并且往往起着控制作用,而对大跨度空间结构来说，竖向荷载却是主要控制荷载。

水平荷载一般包括风荷载和地震荷载，这两种荷载都是动力荷载。

随着高层建筑和高耸结构高度和高宽比的增大以及轻质高强材料的作用，其刚度和阻尼不断降低，在强风或强烈地震荷载作用下，结构物的动力反应强烈，很难满足结构舒适性和安全性的要求。

按照传统的抗风抗震设计方法，即通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用，是一种“硬碰硬("你强他也强,你弱他也弱":^))”式的抗震方法，它很不经济，也不一定安全，而且失去了轻质高强材料自身的优势，还不能满足日益现代化的机器设备不能因为剧烈振动而中断工作或者破坏的要求。

为了克服传统抗风抗震设计方法的缺陷，1972年美籍华裔学者姚治平首次提出了工程结构减震控制这一新方法。

工程结构减震控制是由结构与控制体系共同抵御外界荷载，能动地调谐结构的动态反应，是―种积极主动的结构抗震对策。

通常，结构减震控制按照是否需要外部能量驱动控制机构分为主动控制（AMD）和被动控制（PMD），半主动控制及混合控制。

主动控制效果明显，但控制机构复杂，需要外加能源，控制系统的可靠性低；而被动控制技术是较早得到发展和应用的工程减震技术，构造简单，不需要外界能源输入能量，由控制机构隔离地震作用和消耗能量，达到减小结构地震反应的目的，如隔震、耗能减震和吸振减震等。

混合控制是将主动控制与被动控制同时施加在同一结构上的结构振动控制形式。

从其组合方式来看，可分为：主从组合方式和并列组合方式。

典型的混合控制装置有：AMD与TMD 相结合、AMD与TLD相结合、主动控制与基础隔震相结合、主动控制与耗能减震相结合、液压－质量振动控制系统（HMS）与AMD相结合等。

二、隔震技术“隔震”，即隔离地震。

在建筑物上部结构与基础之间以及上部建筑层间设置隔震层，隔离地震能量向上部结构传递。

桥梁TMD和MTMD减振控制及参数优化摘要：tmd（tuned mass damper,调谐质量阻尼器）减振系统在土木工程领域最初被应用于高层建筑与高耸结构振动控制，后来被引入到桥梁结构减振控制。

tmd减振系统系统通常由质量块、弹簧、阻尼器组成。

本文介绍了桥梁工程tmd和mtmd减振控制原理及参数优化方法。

关键词：调谐质量阻尼器，参数优化方法abstract：tmd (tuned mass damper, tuned mass damper) vibration isolation system was used in high-rise buildings and high-rise structure vibration control originally in the field of civil engineering, and was introduced to the bridge structure vibration control later. tmd vibration systems usually consist of mass, springs, dampers. tmd and mtmd vibration control principle and parameter optimization method of bridge engineering are introduced in this paper. key words：tuned mass damper, vibration control, parameter optimization method中图分类号：k826.16 文献标识码：a 文章编号：tmd（tuned mass damper,调谐质量阻尼器）减振系统在土木工程领域最初被应用于高层建筑与高耸结构振动控制，后来被引入到桥梁结构减振控制。

高层建筑的风振控制研究摘要：高层建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。

文中分析了高层建筑的外部风环境、内部风环，以及风振控制中的被动控制、主动控制和混合控制系统，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。

关键词：风振控制；建筑风环境；控制系统0 引言高层建筑和高耸结构正向着日益增高和高强轻质的方向发展，使得结构的刚度和阻尼不断下降，直接影响了高层建筑和高耸结构的正常使用。

建筑在风振作用下可能产生显著的振动，引起居住者或使用人员的不舒适感，降低生活质量或生产效率，因此结构抗风设计还必须满足舒适度的要求。

本文基于人员不舒适感分析了高层建筑风振控制，这一研究对于高层建筑安全设计具有一定意义。

1 高层建筑的风环境1.1 外部风环境根据高层建筑物的外形，相互布局情况及风的相对方向，有可能测得的建筑物外部环境的不舒适参数Ψ值，在风振舒适感控制中都是基于下述效应为基础。

（1）压力连通效应：当风垂直吹向错开排列的高层建筑物时，若建筑物间的距离小于建筑物的高度，则有部分压力较高的风流向背面压力较低的区域，形成街道风，在街道上形成不舒适区域。

（2）间隙效应：如图2所示，当风吹过突然变窄的剖面时（如底层拱廊），在该处形成不舒适区域。

图2 间隙效应（3）拐角效应：如图3所示，当风垂直吹向建筑物时，在拐角处由于迎面风的正压与背面风的负压连通形成一个不舒适的拐角区域；有时，当两幢并排建筑物的间距L≤2d（d为建筑物沿风向的长度）时，两幢间也形成不舒适区域。

图3 拐角效应（4）尾流效应：如图4所示，在高层建筑物尾流区里，自气流分离点的下游处，形成不舒适的涡流区。

图4 尾流效应（5）下洗涡流效应：如图5所示，当风吹向高层建筑物时，自驻点向下冲向地面形成涡流。

图5下洗涡流效应2.2内部风环境高层建筑的内部风环境是指，由于风荷载的作用，高层建筑受到脉动风影响而发生振动现象，这种振动会给生活或者工作在高层建筑内部人带来不舒适感，对高层建筑物的正常使用造成影响。

耗能方案性能来抵御地震作用的，即由结构本身储存和消耗地震能量，以满足结构抗震设防标准，小震不坏，可能无法满足安全性的要求；另一方面，在满足设计要求的情况下，结构构件的尺寸可能需做得很大木工程领域新兴一种新型的抗震方式——结构振动控制，即对结构施加控制机构，由控制机构和结构半主动控制和混合控制。

是由控制装置随结构一起振动变形而被动产生的。

被动控制可分为基础隔震技术、耗能减震技术和吸是由控制装置按某种控制规律，利用外加能源主动施加的。

主动控制系统由传感器、运算器和施力作术。

主动控制有主动拉索系统（ATS）、主动支撑系统（ABS）、主动可变刚度系统（AVSS）、主动质期开始研究主动控制。

目前，主动控制在土木工程中的应用已达30多项，如日本的Takenaka实验控制力虽也由控制装置自身的运动而被动的产生，但在控制过程中控制装置可以利用外加能源主动调置、半主动TMD、半主动力触动器、半主动变刚度装置和半主动变阻尼装置等。

主动控制，或者是同时应用不止一种的被动控制装置，从而充分发挥每一种控制形式和每一种控制装：同时采用AMD和TMD的混合控制系统、主动控制和基础隔震相结合的混合控制系统以及主动控制和京的清水公司技术研究所。

，但由于建筑结构体形巨大导致所需的外加能源较大，加之控制装置的控制的算法比较复杂，而且存好，容易实现，目前发展最快，应用最广，尤其是其中的基础隔震技术已相当成熟，并得到了一定程主动控制低廉，而且不需要较大的动力源，因此其具有广阔的应用和发展前景；混合控制综合了某几和耗能减震技术。

置控制机构来隔离地震能量向上部结构传输，使结构振动减轻，防止地震破坏。

目前研究开发的基础和混合隔震等。

近年来，越来越多的国家开展了基础隔震技术的研究，因此，隔震技术也得到了飞速：日本94栋，美国21栋，中国46栋，意大利19栋，新西兰16栋，已采用了基础隔震技术。

最近有使结构的振动能量分散，即结构的振动能量在原结构和子结构之间重新分配，从而达到减小主结构振尼器（TLD）；（3）质量泵；（4）液压—质量控制系统（HMS）；（5）空气阻尼器。

摘 要巨型框架结构由几个大型结构单元所组成的主结构与其他结构单元组成的次结构共同工作，形成具有更大的整体稳定性和更高效能的高层建筑结构体系。

巨型框架结构体系不但能保证结构的整体性和刚度，减少材料用量，充分发挥材料和结构的性能，简化构造，降低造价，也使得建筑设计的灵活性成为新的可能。

随着巨型框架结构高度和体量的增加，其所承受的风荷载和水平地震作用必然增大，因此在建筑物中考虑减震控制措施是对未来高层，超高层巨型框架结构发展的必然要求。

实践证明，TMD 系统对于高耸建筑物抗风振控制是行之有效的；但是与风振相比，结构的地震响应控制要复杂的多，有必要做进一步的研究。

本文在进行巨型结构初始设计方案（未采取任何减震措施）的基础上，设置TMD 子系统，应用TMD 系统控制原理，合理调节和匹配系统的刚度、阻尼及质量系统，利用子系统和主框架的动力相互作用，研究结构地震响应控制的可行性及其控制效果，主要研究内容如下：(1) 对建筑结构地震反应分析方法进行归纳总结，为抗震巨型框架结构和减震巨型框架结构的地震反应特性分析提供理论基础。

在过去几十年中结构抗震理论的发展，大体上可以划分为静力、反应谱和动力三个阶段。

而时程分析法是动力理论的实用方法，本文在地震反应时程分析中，选用SAP2000 有限元计算软件进行结构动力分析。

(2) 形成了结构初始方案，对结构进行了动力特性分析，进行了常规设计抗震分析，研究多维地震动输入下未施加TMD 子系统的巨型结构的地震反应特性，作为控制效果的标准。

(3) 针对抗震巨型框架结构开展被动TMD 减震控制优化设计，进行TMD 参数优选，寻求最优减震效果及最优刚度、阻尼配置。

为了避免TMD 系统对较调谐振型低阶的结构振型的振型放大影响，且结构反应以一阶反应为主，所以TMD 系统控制一阶X 方向振型。

且TMD 的最佳位置在受控振型向量中元素绝对值最大者对应的质点处，即TMD 系统应置于结构顶层。

TMD 与主体结构的模态质量比µ一般取在0.005～0.02之间，本文取上限0.02，TMD 质量块重655KN 。

《人行激励下步行桥竖向TMD减振分析》篇一一、引言随着城市交通的日益繁忙，步行桥作为城市交通的重要组成部分，其安全性和舒适性越来越受到人们的关注。

然而，在人行激励下，步行桥的竖向振动问题往往会影响行人的行走舒适度，甚至可能对桥梁结构造成损害。

为了解决这一问题，本文提出了一种新型的减振装置——调频质量阻尼器（TMD），并对其在步行桥竖向振动控制方面的效果进行分析。

二、TMD减振原理及结构特点TMD是一种被动控制装置，其基本原理是通过安装在外界振动系统上的质量块和弹簧、阻尼器等元件，产生与外界振动方向相反的惯性力，从而减小结构的振动响应。

在步行桥的竖向振动控制中，TMD通过安装在桥梁上的质量块和阻尼器，对桥梁的竖向振动进行控制和减缓。

TMD的结构特点主要包括：质量块、弹簧、阻尼器和安装框架等部分。

其中，质量块是TMD的核心部分，其质量和悬挂方式对减振效果具有重要影响。

弹簧和阻尼器则起到调节TMD振动频率和耗能的作用。

安装框架则用于将TMD固定在桥梁上，确保其正常工作。

三、人行激励下步行桥竖向振动分析在人行激励下，步行桥的竖向振动主要受到行人步行荷载、风荷载、地震作用等因素的影响。

其中，行人步行荷载是导致桥梁竖向振动的主要因素。

因此，本文重点对人行激励下的步行桥竖向振动进行分析。

通过对人行激励下的步行桥进行动力分析，可以得出桥梁的振动响应和行人舒适度等指标。

在分析过程中，需要考虑行人的步频、步速、步行方向、人数等因素对桥梁振动的影响。

此外，还需要考虑桥梁的结构特性、支座条件、阻尼等因素对减振效果的影响。

四、TMD在步行桥竖向减振中的应用及效果分析为了减小人行激励下步行桥的竖向振动，本文提出在桥梁上安装TMD减振装置。

通过调整TMD的质量、弹簧刚度和阻尼等参数，使其与桥梁的固有频率相匹配，从而达到减小桥梁振动响应的目的。

在应用TMD减振装置后，需要对减振效果进行分析。

可以通过对比安装TMD前后桥梁的振动响应、行人舒适度等指标来评估减振效果。

调频质量阻尼器（Tuned MassDamper，TMD）系统是结构被动减震控制体系的一种，其工作原理是通过质量块与弹簧用来提供惯性力,以此来控制被控结构的振动，即使在恶劣环境下也能起到减振作用，同时控制结构多阶共振频率的振动，扩大抑制振动的适用范围。

它是由主结构和附加在主结构上的子结构组成，其中子结构包括固体质量（重量）、弹簧减震器和阻尼器等，TMD构造简单、使用方便，轻巧、美观，适应环境面宽，其工作控振原理如下所示：
它通过改变质量或者是刚度调整子结构的自振频率，使其接近主结构的基本频率或者是激励频率，使主结构的振动反应衰减并受到控制，子结构在减震控制过程中相当于一个阻尼器，因此，大家把子结构称作“调频质量阻尼器”。

其特点和优势主要有：
一是设有双向定位装置，可以有效防止受到侧向力时出现的左右摇摆和失控倾覆等现象。

二是调频质量阻尼器调谐刚度可以根据需要适当调节，调节范围在±15%左右，根据现场动力特性实例结果来适当改变其调谐频率，消除由于计算或者施工等方面的原因造成的工程实际频率与计算频率不一致的影响，提高系统的实际控制结果。

三是调频质量阻尼器中的粘滞流体阻尼器被设计成可控制型，以消除阻尼器内摩擦力造成系统振动灵敏度较差而出现滞后的现象。

四、整套系统结构紧凑合理，占用体积小，可控制最大高度，提高空间利用率。

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1. 质量调谐阻尼器（TMD ）技术与工程应用1.1.TMD 减振原理调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper ，TMD ）是结构振动控制中应用最早的结构被动控制装置之一。

TMD 对结构进行振动控制的机理是：当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD 子系统一起振动，TMD 子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，使其对结构的震动产生控制作用，TMD 系统的自振频率与结构某一振型自振频率基本一致时TMD 系统对此振型的振动反应控制效果最佳[1]。

0sin ωt1图1.1 调谐质量阻尼器(TMD)力学模型如上图所示：M ，K ，C 分别代表结构自身的质量，刚度，阻尼，m ，k ，c 分别代表TMD 系统的质量，刚度，阻尼。

当结构自身在外加激励0sin P t 作用下产生振动时，我们可以通过调节m ，k ，c ，使得TMD 子系统也产生一个相应振动相应，而这个通过m 的振动刚好可以抵消掉外加激励的大部分荷载，相当于一个反向拖拽力，使得结构本身的振动大幅度减小。

从能量的角度来说，由于TMD 子系统振幅远大于结构，因此由激励荷载输入的能量绝大部分由TMD 消耗，输入主体结构的并由其消耗的能量减小，结构的振动受到了控制。

主体结构振动的减小进一步减小振动能量的输入，构成良性循环。

1.2 TMD工程应用实例基于TMD的多年发展，如今已经有很多工程采用了TMD减振技术，尤其在高耸、大跨结构，桥梁结构，和大跨楼板的减振工程中，TMD系统都有比较明显的效果。

案例1：纽约Citicorp中心[2]图1.2 Citicorp中心外观图Citicorp中心高960ft，结构总重60000吨，第一弯曲振型固有频率为0.6Hz，对阵风的共振响应阻尼为1%。

Citicorp中的TMD安装于建筑的63层，试验结果与实际观测显示，与1%的原结构阻尼相比，TMD产生了超过4%的有效阻尼，它能将建筑物的加速度水平减小约50%。

基于TMD技术的高层建筑结构振动控制研究俞晓;林小国;胡伟利;张梅【摘要】传统的建筑结构抗震设计方法是利用结构本身物理特性来保证结构具有一定的强度、刚度和延性。

在强震地区或结构所受的动力荷载超过某种程度后，这种抗震手段很难达到预期的效果。

TMD技术是确保地震过程中建筑结构安全性的另一种有效方法之一。

本文根据振动控制理论，推导运动方程，建立仿真模型，设计TMD系统各参数。

最后，以25层建筑结构为实例，计算结果表明本文方法减震效果明显。

%Traditional anti-seismic method in the realm of building structures used to the physical characteristics of the structure itself to ensure that the structure has a certain strength, stiffness and ductility. This method is usually difficult to achieve the desired effect when the structure is exposed to the power loads or in the violent earthquake areas. TMD technology is another effective way to ensure the security of the building in the process of earthquake. In the paper, the system motion equations are derived and the simulation models are established, as well, the parameters of the TMD are obtained based to the theory of vibration control. Finally, the 25-story building is used as a example as well as the calculated results show that the anti-seismic effect is very effective.【期刊名称】《宁波工程学院学报》【年(卷),期】2012(024)003【总页数】3页(P66-68)【关键词】TMD;高层建筑;振动控制【作者】俞晓;林小国;胡伟利;张梅【作者单位】宁波工程学院,浙江宁波315016;宁波工程学院,浙江宁波315016;杭州市萧山区钱塘江灌区管理处,浙江杭州311200;江苏河海工程·建设监理有限公司,江苏南京201198【正文语种】中文【中图分类】TU311.3;TP273.1引言建筑结构被动控制技术之一的调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD），因其构造简单，易于安装，维护方便，经济实用且无需外部能量供给，对结构功能影响小等优点，并且采用调谐质量阻尼器（TMD）对建筑物进行抗震[1-3]是一种有效手段，已大量应用于实际工程领域。

第28卷第5期 V ol.28 No.5 工 程 力 学 2011年 5 月 May 2011 ENGINEERING MECHANICS31———————————————收稿日期：2008-09-25；修改日期：2011-01-05基金项目：国家自然科学基金重点项目(50638010)；高等学校学科创新引智计划项目(B08014)；教育部创新团队项目(IRT0518) 作者简介：*柳国环(1980―)，男，天津人，博士，从事工程结构抗震、抗风研究(E-mail: carecivil@)；李宏男(1957―)，男，沈阳人，教授，博士，博导，院长，从事工程结构抗震、抗风、健康监测与诊断研究(E-mail: hnli@); 文章编号：1000-4750(2011)05-0031-04TLD-结构体系转化为TMD-结构体系的减振计算方法*柳国环，李宏男，国 巍(大连理工大学土木水利学院，辽宁，大连 116024)摘 要：提出了调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper ，TLD)转化为调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper ，TMD)对结构减振控制的计算方法，采用该方法可方便地采用能够容易数值模拟的TMD 实现TLD 对结构的减振控制分析。

TLD-结构体系转化为TMD-结构体系的理论推导过程简洁、物理概念清晰，并通过实例分析了一幢250m 的高层建筑结构，进而说明该文方法的可行性与合理性，可便于结构工程师直接利用商业有限元程序对TLD-结构体系进行数值仿真。

关键词：TLD ；TMD ；减振控制；数值模拟；高层建筑 中图分类号：TU311.3 文献标识码：AAN EQUIVALENT CALCULATION METHOD FOR ANALYSIS OF STRUCTURAL VIBRATION CONTROL OF TRANSFORMINGTLD-STRUCTURE TO TMD -STRUCTURE SYSTEM*LIU Guo-huan , LI Hong-nan , GUO Wei(School of Civil & Hydraulic Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, Liaoning 116024, China)Abstract: An equivalent calculation method for structural vibration control of a transforming TLD-structure to TMD-structure system is presented and proposed due to the easy implementation of TMD by numerical simulation. The derivation process of the transformation is reasonable and has explicit physical meaning. The analysis of a high-rise building structure 250m in height shows that the proposed method is feasible, accurate and can be directly used in the numerical analysis of the TLD-structure system by adopting commercial finite element software.Key words: tuned liquid damper; tuned mass damper; vibration control; numerical simulation; high-risebuilding随着社会进步和经济发展，大跨、超高层和高耸结构日渐增多。

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(tuned mass damper,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。

1TMD吸振原理为了说明TMD的减振原理,将TMD子系统和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.2 TMD的发展2.1TMD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Citicorp Center,波士顿的对John Hancock Building,获得了令人满意的效果。

2.2TMD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。