TMD系统最优参数的设计方法

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人群简化模型与人行桥 TMD 参数设计研究

人群简化模型与人行桥 TMD 参数设计研究

人群简化模型与人行桥 TMD 参数设计研究孙昊;周叮;刘伟庆;李枝军【摘要】用两段连续弹性杆模拟静立人体,建立人群-人行桥-调谐质量阻尼器(TMD)振动系统。

将静立人群简化建模为单个的广义人体,研究广义人体-人行桥-调谐质量阻尼器振动系统的动力特性及 TMD 参数设计。

运用最小二乘原理确定广义人体的相关参数,通过与已有的实验数据对比,验证了将静立人群简化为广义人体模型的正确性。

以均方根加速度作为人体舒适度的优化准则,分析了人行桥 TMD 的最优频率比和最优阻尼比。

%Here,a continuous-elastic bar with two segments was used to model bodies standing on a footbridge and the crowd-footbridge-tuned mass damper (TMD) vibration system was built.By simplifying the static crowd as a generalized human body,the dynamic characteristics of the generalized human body-footbridge-TMD system and the parameter design of TMD were studied.The parameters of the generalized human body were identified with the principle of least paring with the data available from tests,the correctness of the simplified generalized human body was verified.The root-mean-square acceleration was taken as the optimization criterion to assess the human body comfort,the optimal parameters of the TMD were analyzed.【期刊名称】《振动与冲击》【年(卷),期】2016(000)004【总页数】8页(P217-223,240)【关键词】人群 -人行桥 -TMD 系统;广义人体 -人行桥 -TMD 系统;最小二乘;最优频率比;最优阻尼比【作者】孙昊;周叮;刘伟庆;李枝军【作者单位】南京工业大学土木工程学院,南京 211816;南京工业大学土木工程学院,南京 211816;南京工业大学土木工程学院,南京 211816;南京工业大学土木工程学院,南京 211816【正文语种】中文【中图分类】TU3;TB1随着建筑结构技术的迅速发展和高性能建筑材料的广泛运用,人行桥正向大跨轻柔低阻尼的方向发展,人行桥的人致振动问题也因此日益突出。

TMD系统最优参数的实用设计方法

TMD系统最优参数的实用设计方法

TMD系统最优参数的实用设计方法
李春祥;刘艳霞;熊学玉
【期刊名称】《工业建筑》
【年(卷),期】1999(29)1
【摘要】研究了TMD系统最优参数的取值问题.在考虑主系统阻尼的情况下采用数值迭代法,给出了TMD最优参数的实用设计表格。

【总页数】5页(P30-34)
【关键词】TMD;最优参数;迭代;设计表格;阻尼;减振
【作者】李春祥;刘艳霞;熊学玉
【作者单位】同济大学
【正文语种】中文
【中图分类】TU352.1;TU311.3
【相关文献】
1.TMD原理应用在框架房屋结构加层减震时最优参数值的探讨 [J], 罗小华;程超
2.高层钢结构TMDs风振舒适度控制最优参数与简化设计 [J], 李春祥;熊学玉
3.高层结构TMD风振控制最优参数的取值研究 [J], 李春祥
4.结构TMD风振控制最优参数设计方法 [J], 李春祥; 王肇民
5.结构TMD风振控制最优参数设计方法 [J], 李春祥; 王肇民
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桥梁TMD和MTMD减振控制及参数优化

桥梁TMD和MTMD减振控制及参数优化

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。

TMD小论文-cxl解读

TMD小论文-cxl解读

结构动力学小论文班级土木卓越1201班学号 U201210323姓名陈祥磊指导老师叶昆2015.01.05TMD 系统最优参数的设计方法摘要:调谐质量阻尼器TMD 由质块,弹簧与阻尼系统组成。

即由将其振动频率调整至主结构频率附近,改变结构共振特性,以达到减震作用。

将调谐质量阻尼器(TMD)装入结构的目的是减少在外力作用下基本结构构件的消能要求值。

在该情况下,这种减小是通过将结构振动的一些能量传递给以最简单的形式固定或连接在主要结构的辅助质量—弹簧—阻尼筒系统构成的TMD 来完成的。

现在的建筑结构在地震作用下容易产生过大的反应进而发生破坏,因此TMD 等减震结构显得非常重要,要将TMD 应用于实际结构中,鉴于结构的空间都是有限的,所以TMD 不能过大,即TMD 的质量相对于结构而言应该很小。

本文中选择M m TMD ⨯=05.0,即TMD 的质量为主体结构的5%。

其次,TMD 应该能够发挥明显的减震作用,因此我们需要对TMD 的参数进行设计选择。

本文对结构基底在受地震激励下的TMD 参数设计进行了研究,并且用真实的地震波通过MATLAB 编程的方法实现TMD 的作用以搜索到最优的TMD 参数。

关键词:TMD 阻尼比 频率比 参数优化 一、TMD 减震理论简介下图所示为两自由度体系的结构图,通过这个结构来研究TMD 结构的减震机理。

列出两个质点的平衡方程如下:()()g xm x x k x x c x 212212222m -=-+-+ ()()g x m x x k x k x x c x c x 1122111221111m -=--+--+ 写成矩阵形式即为:g x m m x x k k k k k x xc c c c c x x m m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121222212122221212100 整个结构的阻尼矩阵:K M C βα+=,要求出α、β,通过结构的第一二主振频率求得: 21212ωωωξωα+=212ωωξβ+=由于直接用各质点相对与地面的位移值难以直接反应结构在地震下的层间位移,所以,将位移量进行变换,将各层间位移量作为基本未知量,即令11μ=x 212x μ=-x再列出两个质点的平衡方程如下:()g xm k c 22222212m -=+++μμμμ ()()g x m m k c 21111121211m m +-=++++μμμμμ 写成矩阵形式为:g x m m m k k c c m m m m m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+2212121212121222210000μμμμμμ对于多自由度的结构而言,此时的质量矩阵、刚度矩阵将会发生改变g xm m m m m k k k c c c m m m m mm m m m m m m m⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++++-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++++++++552515215215215215215555525255251000000000000μμμμμμμμμ其中的质量矩阵不再是对角矩阵,而是满秩矩阵,其表达式如下:⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+N NNN N N N N NN N N Nm m m m m m m m m m m m mm m m m m m m m m 332323231编写程序形成M 矩阵时,M 矩阵符合下列表达式: ()i j m M N jk ij ≥=∑; ()i j m M Ni k ij ≤=∑;编程时即可形成满秩的质量矩阵。

TMD减振原理与设计方法

TMD减振原理与设计方法

TMD减振原理与设计方法TMD(Tuned Mass Damper,调谐质量减振器)是一种被广泛应用于建筑结构和桥梁等领域的减振装置。

它利用动力学原理和调谐效应,在结构震动频率处产生反向的质量振动,以达到减小结构振动的目的。

TMD减振原理主要包括质量-刚度法和质量-阻尼法。

1.质量-刚度法:质量-刚度法采用了动力学原理中的质量和刚度两个概念。

根据结构的振动频率和模态形状,选取合适的质量、位置和刚度,使得TMD和结构形成共振,从而通过反向作用达到减振的效果。

该方法主要依靠质量差异的原理,通过调整质量的大小和位置,使得TMD的振动频率与结构的主振动频率相匹配,形成共振,从而减小结构的振动。

2.质量-阻尼法:质量-阻尼法是利用质量和阻尼的相互作用原理,通过改变系统的阻尼特性来实现减振。

在该方法中,通过调整阻尼器的阻尼系数和位置,使得阻尼器与结构之间产生物理耦合,形成共振,从而吸收和耗散结构的能量,减小振动幅度。

该方法的优点是可以调整阻尼器的位置,适应任意的结构形态。

TMD的设计方法主要包括质量估计、模型选择和参数调整等。

1.质量估计:在设计TMD时,首先需要估计结构的振动特性,包括自振频率和振动模态。

通过理论分析或实测等方法,确定结构的特征频率和振型。

然后,根据结构的质量和振动特性,估计TMD的质量大小。

一般来说,TMD的质量应足够大,以确保能够产生足够的反作用力来减小结构的振动。

2.模型选择:TMD的选择与结构的振动特性密切相关。

根据结构的振动模态和频率,选择合适的TMD模型,包括单自由度TMD、多自由度TMD和连续系统TMD 等。

一般来说,对于单自由度结构,可以选择单自由度TMD进行设计;对于多自由度结构,可以选择多自由度TMD或者连续系统TMD进行设计。

选择合适的TMD模型是确保减振效果的关键。

3.参数调整:TMD的参数调整是设计中的重要环节。

主要包括质量、位置和刚度的调整。

通过调整TMD的质量、位置和刚度等参数,实现TMD的频率调谐,使其与结构的振动频率形成共振,从而达到减振的目的。

多层房屋结构屋顶隔热层TMD减震控制系统设计

多层房屋结构屋顶隔热层TMD减震控制系统设计

多层房屋 结构屋顶 隔热层 T MD减震控 制 系统设计
刘 强
( 蔓大 学工程技术 学院。福建 厦 门 3 12 ) 集 60 1
摘 要 : 结 构 控 制 理 论 研 究 成 果 基 础 上 , 出 了利 用 多层 房 屋 结 构 屋 顶 隔 热 层 作 为 调 谐 质 量 阻 尼 嚣 在 提
t e fa i i t n rcia lt ft e d sg h e b l y a d p a t bi y o h e in. s i c i
Ke wo d y r s:tn d 11 8 d mp r e i aa ee ;te a—n uai g ro u e 1 a e ;d s p r m tr h r l i s lt o f 11 8 n g m n
随着 结构 控 制 理 论 研 究 不 断深 入 。 种 新 的 各
好 。基 于 以上 理 论 研 究 成 果 , 文 将 研 究 多 层 砖 本 混 结构 屋顶 隔热 层作 为 T D系统设 计 。 M
控制 技术 不 断提 出 。可供 选择 的控 制装 置 也越来
越多 , 中 被 动 调 谐 质 量 阻 尼 器 ( as e T nd 其 P i ue s v M sD m e 缩 写 P T ) 由于易 于 工 程实 现 , s a a pr .MD , 受 到工 程 界 的普 遍 重视 , 因而应 用 广泛 。
As im a i y tm e i n o sn h r a -n u a n o f es tc s se d sg fu i g t e m li s l t g r o i
a s TM D fmu t- t r y c n t u to u l n o liso e o s r ci n b i di g

tmd调频质量阻尼器设计方法

tmd调频质量阻尼器设计方法

tmd调频质量阻尼器设计方法摘要:1.引言2.TMD调频质量阻尼器的工作原理3.TMD调频质量阻尼器的设计方法4.设计参数及其影响因素5.设计实例及分析6.结论正文:【引言】调频质量阻尼器(TMD)作为一种被动控制系统,在工程结构减震控制领域得到了广泛的应用。

TMD系统主要由质量块、弹簧和阻尼器组成。

通过对TMD系统进行合理设计,可以有效降低结构在地震、风载等动力荷载下的响应,提高结构的安全性和舒适性。

本文将详细介绍TMD调频质量阻尼器的设计方法。

【TMD调频质量阻尼器的工作原理】TMD调频质量阻尼器的工作原理是通过质量块的振动响应与结构主体振动响应的相位差来调节结构的振动特性。

在动力荷载作用下,质量块受到激励产生振动,通过弹簧与阻尼器与结构主体相连,使得质量块的振动能量传递到结构主体,达到减震目的。

【TMD调频质量阻尼器的设计方法】TMD调频质量阻尼器的设计方法主要包括以下几个步骤:1.确定设计目标:根据结构特点及使用要求,明确TMD系统的减震目标,如减震效果、频率响应等。

2.选择参数:根据设计目标,选取合适的质量块质量、弹簧刚度和阻尼系数等参数。

3.设计结构形式:结合结构特点,确定TMD系统的结构形式,如悬挂式、支承式等。

4.计算分析:利用振动分析方法,对TMD系统进行计算分析,评估减震效果。

5.调整优化:根据计算结果,对设计参数进行调整优化,直至满足设计目标。

【设计参数及其影响因素】1.质量块质量:质量块质量越大,减震效果越明显,但同时会增加结构自重和造价。

2.弹簧刚度:弹簧刚度越小,减震效果越好,但可能导致系统稳定性降低。

3.阻尼系数:阻尼系数越大,减震效果越好,但会影响系统的运动性能。

4.结构频率:与结构主体频率相近的TMD系统,减震效果更明显。

5.结构形式:不同结构形式的TMD系统,其减震效果和适用范围有所不同。

【设计实例及分析】以某高层建筑为例,根据工程需求,采用悬挂式TMD系统进行设计。

基于最优二级阻尼的TMD设计以及控制效果分析

基于最优二级阻尼的TMD设计以及控制效果分析

基于最优二级阻尼的TMD设计以及控制效果分析王侃;刘彦辉;金建敏【摘要】调谐质量阻尼器(TMD)作为一种被动控制装置,常设置在高耸结构中来控制结构的风振响应.同时,该控制装置安装在实际结构上时存在空间位置有限、TMD 行程受限的问题.针对以上问题提出TMD控制装置设置二级阻尼的优化方法.利用Den Hartog公式优化TMD一级阻尼参数;运用遗传算法优化TMD二级阻尼参数.然后,采用频域分析方法对脉动风作用下的高耸结构-TMD体系作随机风振响应分析.结果表明:提出的最优二级阻尼优化设计方法能够使主结构风振响应得到较好的控制,同时能很好的限制TMD的行程.%Tuning quality damper(TMD),a passive control device,is usually designed in high-rise structure to control structural wind-induced vibration response.In the same time,when it is installed in the real structure,there is the problem that the spatial location is limited and TMD journey is limited.For the above problems,the optimal method that TMD device set secondary damping is put forward.The Den Hartog formula is used to optimize the first level TMD so as to analyze randomly wind-induced vibration response.Then,use frequency-domain analysis to analysis wind-induced vibration response of high-rise structure under fluctuating wind.The result shows that the optimal secondary damping design method can control wind-induced vibration response of main structure,as well as limit TMD journey.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2018(030)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】调谐质量阻尼器;随机风振响应;遗传算法;动力可靠度【作者】王侃;刘彦辉;金建敏【作者单位】广州大学减震控制与结构安全国家重点实验室培育基地,广东广州510405;广州大学减震控制与结构安全国家重点实验室培育基地,广东广州510405;广州大学减震控制与结构安全国家重点实验室培育基地,广东广州510405【正文语种】中文【中图分类】TU973.31高耸建筑容易受脉动风的影响,调谐质量阻尼器(TMD,tuned mass damper)常被用在此类结构中来减小结构风振响应。

大质量比TMD系统优化设计

大质量比TMD系统优化设计
研究与探索
大质量比 TMD 系统优化设计
房 良 连捷地产有限责任公司
摘要:常规 TMD 系统所附加的质量块通常相当于主结构总 式中 质量的 2‰~5%,近年来随着结构减振理论的进一步发展,越来 f 2 2if ( f1 2 ) h [1 (1 ) f 2 4 f1 2 ]h 2 2i[1 (1 ) f 2 ]h3 h 4 越多的研究者开始从TMD体系的角度重新理解和设计加层结构和 令主结构阻尼比为 1 0.02 , 对任意质量比 , 可以得到对应 巨型框架结构,新加楼层和子框架分别被视作质量块,其相应的 不同 f 、 2 的 H1 ( h) - h 关系曲线。图 2 给出了 0.5 时几条 质量比大大超过常规 TMD 系统。 1 关键词:T M D 系统;质量比;优化 H1 ( h) - h 关系曲线 (纵轴还应乘上 2 的系数) 。 图中每条曲线都 1 1 概述 可以得到一个最大值, 该最大值表示相应 f 、 2 参数组合所对应的 常规 TMD(Tuned Mass Damper,调谐质量阻尼器,简称 基底简谐激励下主结构位移响应最大值。由此, 在整个 f - 2 参数 TMD)技术通过附加一个质量-弹簧-阻尼系统来达到抑制原结构 域上可以绘出一个响应最大值曲面。 0 . 5 时, 该曲面如图3所示 振动的目的, 附加质量块的质量通常在原结构质量的2‰~5%范围 1 内。 通常而言, 质量比越大减振效果越好, 但同时设备本身的成本、 (Z轴应乘上 2 的系数) 。 由图中可以看出位移响应最大值随 f 、 2 1 安装的困难程度也就越大。美国纽约 Citicorp Center 顶部安装的 混凝土质量块重达 363t,波士顿 John Hancock Tower 附加质量 的变化规律:曲面形状呈山谷形,当 f 在 0.6 附近时,位移响应最 块为两个各重270t的铅钢块。 如此巨大的控振设备的设计、 制造与 大值较小。 曲面最低点物理含义为:基底简谐激励下最小的主结构 安装成为了 TMD 减振技术进一步普及推广的瓶颈。 位移响应最大值。 该点即为我们希望得到的优化结果, 其对应的 f 近年来, 部分研究者把减振技术与结构体系本身相结合, 并以 为最优调谐比 f opt , 对应的 2 为最优阻尼比 2 opt , 对应的响应值为 此为突破口,合理解决了大质量瓶颈,把 TMD 技术应用范围推进 最优响应 Aopt 。 到一个新的境界。同济大学、浙江大学、 华南建设学院先后进行了 将不同质量比下的优化结果汇总, 可以得到最优调谐比、 最优 加层减振技术的研究[1~3], 把新增加楼层作为TMD子结构, 通过在 阻尼比及最优响应随质量比的变化情况,如图 4 所示(最优响应纵 原结构与新增加楼层间设置橡胶垫层来满足调谐刚度和阻尼要求。 东南大学蓝宗建教授提出了多功能减振结构体系[4],将 TMD 概念 与巨型框架结构体系相结合,把子框架作为 TMD 子结构,通过调 谐设置在主、 子框架之间的橡胶垫层的刚度, 使巨型框架结构本身 成为具有自主减振功能的体系。 显然, 这两种情况下子结构与主结 构质量比远远超出常规 TMD 系统质量比范围,尤其对于巨型框架 结构而言, 通常其整个结构的大部分质量集中于子框架, 如果子框 架质量占到结构总质量的60%, 就意味着子结构与主结构质量比达 到 150%。 2 基底激励下大质量比 TMD 系统主结构动力响应优化计算 2.1 基底简谐激励下的优化 2 2 TMD 系统受基底激励基本模 2 2 型如图1所示。 图中 m1 、 m2 分别为 主、子结构质量, k1 、 k2 分别为主、 1 1 子结构刚度, 子结 c1 、 c2 分别为主、 1 构阻尼, y1 、y2 分别为主、子结构 1 相对地面位移。当该系统承受

调谐质量阻尼器(TMD)的研究综述+祁丽丽+土木工程学院

调谐质量阻尼器(TMD)的研究综述+祁丽丽+土木工程学院

调谐质量阻尼器(TMD)的研究综述工程力学祁丽丽(河南理工大学土木工程学院,河南焦作 454003)摘要:本文对调谐质量阻尼器(TMD)的构造及工作机理进行了分析,归纳总结了TMD的发展阶段,并举例阐述了TMD在结构振动与控制方面的应用,从而说明TMD在土木工程防灾减灾技术中发挥着重要作用,由此可见TMD具有良好的发展前景和研究价值。

关键词:调谐质量阻尼器,吸振器,阻尼器,减振作用A General Statement to the Research of Tuned Mass DamperQI Li-li( Institute of Civil Engineering, Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454003,China)Abstract:The structure and working mechanism of tuned mass damper are analysed in the article and it summarizes the development stages of TMD and illustrates the applications of TMD in structural vibration and control.Thus TMD plays an important role in disaster prevention and reduction technology . From the article we can learnTMD has good development prospect and the research value.Key words:t uned mass damper;absorption isolator;damper;damping effect1 引言随着结构振动控制技术的迅速发展,调谐减振技术的理论研究变得更加成熟,应用也更加广泛。

TLD和TMD减震的优化设计方法及应用

TLD和TMD减震的优化设计方法及应用

TLD和TMD减震的优化设计方法及应用一、TLD(液柱阻尼器)1.优化设计方法:(1)确定设计需求:根据建筑结构的特点和抗震要求,确定TLD的设计需求,例如减震比、耗能比等。

(2)选择液体:根据TLD的设计需求,选择合适的液体filler,如水、油等,以及填充比例。

(3)优化液柱设计:确定液柱的尺寸、位置和布置方式,考虑到结构的刚度和直观性。

(4)性能验证:使用数值模拟或试验验证设计的可行性和效果。

2.应用:(1)塔楼和高层建筑:TLD可以在高层建筑中起到减震和稳定结构的作用,尤其在抗风和抗地震方面表现突出。

(2)大跨度桥梁:TLD可在大跨度桥梁中减小结构的振动和位移,提高结构的稳定性和安全性。

(3)工业和设备抗震:通过在工业和设备中应用TLD来减小振动和冲击,提高设备的稳定性和抗震能力。

二、TMD(质量阻尼器)1.优化设计方法:(1)确定设计需求:根据结构的特点和抗震要求,确定TMD的设计需求,例如振动频率、质量比等。

(2)选择阻尼器:根据TMD的设计需求,选择合适的阻尼器类型,如单质量、多质量等。

(3)优化质量和刚度设计:确定质量和刚度的大小和分布,以达到最优的抗震效果。

(4)性能验证:使用数值模拟或试验验证设计的可行性和效果。

2.应用:(1)建筑结构:TMD可以用于大型建筑物的抗震设计,如高层建筑、桥梁等,通过调节质量和刚度来减小结构的振动。

(2)风力和风振控制:在高风区域使用TMD可以减小结构的风振响应,提高结构的稳定性和安全性。

(3)机械和设备抗震:将TMD应用于机械和设备中可以减小振动和冲击,提高设备的稳定性和抗震能力。

总结:TLD和TMD是两种常见的减震方法,其优化设计方法和应用可以根据结构的特点和需求进行灵活选择和调整。

通过合理设计和应用这些减震装置,可以提高结构的抗震性能,降低地震和风力对结构的破坏。

因此,在实际工程中,我们应根据具体情况选择合适的减震方法,并结合优化设计方法来提高结构的抗震性能。

TLD和TMD减震的优化设计方法及应用

TLD和TMD减震的优化设计方法及应用

TLD和TMD减震的优化设计方法及应用TLD(液体摇摆阻尼器)和TMD(质量摆锤阻尼器)是常用的结构减震器,用于减小结构的振动响应。

在抗震工程中,优化设计方法和应用对于提高结构的抗震性能至关重要。

本文将介绍TLD和TMD减震的优化设计方法和应用。

首先,对于TLD的优化设计方法和应用。

TLD是一种利用阻尼液体的在结构中摆动的阻尼器。

常见的TLD设计方法是通过调整阻尼液体的质量、液位和孔径等参数来实现。

优化设计方法主要包括以下几个方面:1.结构参数调整:根据结构的动力特性,调整TLD的位置和参数,使其与结构之间达到最佳的耦合效果。

2.液体参数调整:通过调整阻尼液体的质量、液位和孔径等参数,达到最佳的阻尼效果。

3.阻尼液体的选取:选择合适的阻尼液体以保证TLD的稳定性和耐久性。

4.监测与控制系统:设计合理的监测与控制系统,能够实时监测结构的振动响应,并根据实际情况对TLD进行控制,以达到最佳的减震效果。

TLD广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁和长跨度风力发电机等结构中。

通过减小结构的振动响应,可以提高结构的抗震能力和稳定性。

典型的应用案例包括:1.台北101大楼:为了抵抗台北地区的高架地震波,TLD作为主要减震措施被运用在该大楼中。

经过优化设计,TLD成功减小了结构的振动幅值,保证了大楼的安全性和稳定性。

2.日本大桥:日本是地震频发地区,为了保证大桥的耐震性能,TLD 被广泛应用于桥梁结构中。

通过优化设计,TLD减小了桥梁的振动响应,保障了大桥的安全性和稳定性。

接下来是对于TMD的优化设计方法和应用的介绍。

TMD是一种通过调整质量和刚度等参数来减小结构振动响应的阻尼器。

TMD的优化设计方法包括以下几个方面:1.质量参数调整:通过调整TMD的质量以达到最佳的阻尼效果。

2.刚度参数调整:调整TMD的刚度参数以适应不同结构的动力特性。

3.位置优化:优化TMD的位置以实现与结构的适当耦合。

TMD广泛应用于高层建筑和桥梁等结构中。

TMD风振控制参数优化设计

TMD风振控制参数优化设计

-1-

2. 结构方程的建立
图 1 单自由度结构 TMD 控制模型
考虑系统受到图 1 所示的振动力作用的单自由度结构系统的响应。 则系统的方程可表示 为:
&& + C X & + K X = P (t ) + (C ω & + KTω X S S T && && + C T ω & + KTω = −M T X M Tω M
准则二 0.996 0.993 0.987 0.984
准则三 0.994 0.992 0.976 0.983
准则一 0.020 0.030 0.030 0.050
ξ S = 0.05 ξT opt
准则二 0.036 0.050 0.060 0.070
准则三 0.030 0.041 0.053 0.062
S f (ω ) = 4π x 2 (3ω (1 + x 2 ) ) , 其 中
4
2 x = 2400π V10 。 ( V10 为 10 米处的平均风速,在本文中取 0.50kN / m )
4. 不同优化准则的计算结果比较
通过上面的分析,可以分别得到三种优化准则的控制目标函数,采取组合结构/TMD 系 统的最大有效阻尼优化准则时,目标函数 ξ e ,采取主结构最小位移优化准则时,目标函数 为 β X ,采取主结构最小加速度优化准则时,目标函数为 β X && ,在计算中编程迭代计算,则 可以求出最优控制参数——最优频率比 α opt 和最优阻尼比 ξ opt 。程序计算框图见图 2:
Optimization Design for Parameters of TMD Wind Vibration Control

基于能量法的TMD参数优化设计_卜国雄

基于能量法的TMD参数优化设计_卜国雄

( 1)Y1= 0. 02时 ,质量比 mr 与 Y2, opt ,kr, opt的关
系曲线见图 4和图 5。
图 6 质量比与 kr , opt的曲线
图 4 质量比与 kr , opt的曲线
图 7 质量比 与 a2,opt的曲 线
TM D子结构的最优调谐参数 Y2, opt和 kr, opt影响关 系 (图 8和图 9)。
拟合的公式为:
kr, op t = 1. 9 454e- 0. 6677- 0. 7574mr
( 13a )
Y2, opt = 0. 0209e1. 3113+ 10. 1423mr
( 13b)
1. 4 主结构阻尼比与最优参数影响分析
上文取的两个阻尼比 0. 02和 0. 05, 分别对
应一般的轻钢结构和钢筋混凝土结构 (规范所推 荐的阻尼比值 )。 当质量比取一定值时 ,通过选取
Y2 ≥ 0
( 11)
( a ) mr = 0. 02
( b) mr = 0. 05 图 3 TM D最优参数值及主结构能量的
幅度响应曲线
· 2 8· 华 中 科 技 大 学 学 报 (城市科 学版 ) 2008年
通过非线性规划的优化方法 ,根据主结构不
位移最小作为优化准则 ,基本上确定了外激励下 结构的整体性 ,但不 能从最本质的原理 (即能量 上 )说明。本文提出以主结构输入能量最小为优化 目标 ,进行 TM D的参数优化设计 ,使得在随机荷 载作用下 ,主结构的输入能量最小。
从本质上讲 ,地震和风对结构的作用就是一 种能量的传递、转化与耗散过程 ,当地震波输入到
于弹性结构 ,地震输入主结构的能量等于主结构 阻尼在整个地震过程中所消耗的能量 ,结构的动

质量调谐系统TMD设计

质量调谐系统TMD设计

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%。

调谐质量阻尼器(TMD)在高层抗震中的应用

调谐质量阻尼器(TMD)在高层抗震中的应用

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 tuned mass damper in the seismic resistanceof the high-rise buildingAbstract:With the economic development, the high-rise buildings spring up, then, the tuned mass dampers are extensively used. More and more scholars research and improve the tuned mass damper. This thesis introduces the operating principle of the tuned mass damper,summarizes many new forms of the tuned mass damper, analyzes its research status and even points out two new research directions.Keyword: the tuned mass damper the high-rise building seismic resistance principle development 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。

TMD减振原理与设计方法

TMD减振原理与设计方法

12
c /c =0.32
2 cr
10
c2/ccr=∞
X1/δst
8
P
6
4
Q
2
0
0.6
0.7
0.8
0.9
1
ω/ωn
1.1
1.2
1.3
对于给定的频率比f,存在两个固定点不依赖于阻尼比
最优TMD参数确定方法
X1/δst
\miu =0.05, f=1.05
16
14
c2/ccr=0
c2/ccr=0.134
12

1
1− (1+ μ )g12
=

1

(1
1 +
μ
)g
2 2
g12
+பைடு நூலகம்
g
2 2
=
2
1+ μ
g 4 − 2g 2 1+ f 2 + μf 2 + 2 f 2 = 0 2+μ 2+μ
f = ωα = 1 ωn 1+ μ
( ) g12
+
g
2 2
=
2
1+ f 2 2+
+
μ
μf
2
将g1的解代入公式
( ) ⎜⎜⎝⎛
应用范围:
桥梁(主梁、塔)、高层建筑、高耸结构、 输电线(防振锤)
模态质量、模态刚度和频率
一、基本构造-竖向TMD
1、阻尼单元-提供TMD系统必要的阻尼
2、质量导向系统-保证质量块沿设计的方向运动
3、质量块-提供TMD系统的质量 4、弹簧系统-提供TMD系统必要的刚度
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结构动力学小论文班级土木卓越1201班学号 U201210323姓名陈祥磊指导老师叶昆2015.01.05TMD 系统最优参数的设计方法摘要:调谐质量阻尼器TMD 由质块,弹簧与阻尼系统组成。

即由将其振动频率调整至主结构频率附近,改变结构共振特性,以达到减震作用。

将调谐质量阻尼器(TMD)装入结构的目的是减少在外力作用下基本结构构件的消能要求值。

在该情况下,这种减小是通过将结构振动的一些能量传递给以最简单的形式固定或连接在主要结构的辅助质量—弹簧—阻尼筒系统构成的TMD 来完成的。

现在的建筑结构在地震作用下容易产生过大的反应进而发生破坏,因此TMD 等减震结构显得非常重要,要将TMD 应用于实际结构中,鉴于结构的空间都是有限的,所以TMD 不能过大,即TMD 的质量相对于结构而言应该很小。

本文中选择M m TMD ⨯=05.0,即TMD 的质量为主体结构的5%。

其次,TMD 应该能够发挥明显的减震作用,因此我们需要对TMD 的参数进行设计选择。

本文对结构基底在受地震激励下的TMD 参数设计进行了研究,并且用真实的地震波通过MATLAB 编程的方法实现TMD 的作用以搜索到最优的TMD 参数。

关键词:TMD 阻尼比 频率比 参数优化 一、TMD 减震理论简介下图所示为两自由度体系的结构图,通过这个结构来研究TMD 结构的减震机理。

列出两个质点的平衡方程如下:()()g xm x x k x x c x 212212222m -=-+-+ ()()g x m x x k x k x x c x c x 1122111221111m -=--+--+ 写成矩阵形式即为:g x m m x x k k k k k x xc c c c c x x m m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡--++⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡2121222212122221212100 整个结构的阻尼矩阵:K M C βα+=,要求出α、β,通过结构的第一二主振频率求得: 21212ωωωξωα+=212ωωξβ+=由于直接用各质点相对与地面的位移值难以直接反应结构在地震下的层间位移,所以,将位移量进行变换,将各层间位移量作为基本未知量,即令11μ=x 212x μ=-x再列出两个质点的平衡方程如下:()g xm k c 22222212m -=+++μμμμ ()()g x m m k c 21111121211m m +-=++++μμμμμ 写成矩阵形式为:g x m m m k k c c m m m m m ⎥⎦⎤⎢⎣⎡+-=⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⎥⎦⎤⎢⎣⎡⎥⎦⎤⎢⎣⎡+2212121212121222210000μμμμμμ对于多自由度的结构而言,此时的质量矩阵、刚度矩阵将会发生改变g xm m m m m k k k c c c m m m m mm m m m m m m m⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++++-=⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡+⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎣⎡++++++++552515215215215215215555525255251000000000000μμμμμμμμμ其中的质量矩阵不再是对角矩阵,而是满秩矩阵,其表达式如下:⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅++⋅⋅⋅+N NNN N N N N NN N N Nm m m m m m m m m m m m mm m m m m m m m m 332323231编写程序形成M 矩阵时,M 矩阵符合下列表达式: ()i j m M N jk ij ≥=∑; ()i j m M Ni k ij ≤=∑;编程时即可形成满秩的质量矩阵。

经过变换后,C 矩阵是一个对角矩阵,原来的C 矩阵为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡--++--+--+55554443333222210000000000000C C C C C C C C C C C C C C C C 经过变换后,C 矩阵为⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎣⎡5432100000000000000000000C C C C C 阻尼矩阵的变化通过下面的程序实现: for i=1:NDif i==NDC(i)=CMatrix1(i,i); elseC(i)=CMatrix1(i,i)+CMatrix1(i,i+1); end end刚度矩阵也是相同的变化。

经过这样的变化之后便于我们研究结构在地震力作用下的各层层间位移。

虽然TMD 系统可以用于减震,但是应该选择合适的频率比f 和阻尼比ξ,否则难以发挥则用,甚至起到反作用。

对于理想的无阻尼的系统而言,可以求解出f 和ξ的解析式,进而求出最优值。

其最优值如下:)1/(2/1μμ++=f ; )(μμξ+=183实际建筑工程中的系统都是有阻尼的,而且安装了TMD 的系统激振频率一旦偏离TMD 系统的固有频率,主结构的振幅将急剧增大。

所以,研究有阻尼系统的TMD 是很有实际意义的,此时求解的出的TMD 参数才能真正应用于实际结构中。

考虑了主结构的阻尼的TMD 系统,将无法导出最优频率比和最优阻尼比的解析式。

虽然可以通过非线性规划的方法得到最优频率比和最优阻尼比的近似解,但是过于繁杂,需要一种程序化的方法来简化求解过程。

二、结构参数计算结构为下图所示的多自由度体系结构,研究此结构在地震动作用下的位移、速度以及加速度等的变化过程。

结构计算参数如下: 1、kg m 3101000⨯= ;m N K /1020006⨯=2、m m m m N =⋅⋅⋅⋅⋅⋅==21 ;k k k k N λ==⋅⋅⋅⋅⋅⋅==213、结构参数中5=N ;0.1=λ。

结构计算简图4、其中每一层的阻尼比为ξ=0.05,TMD 的质量为结构总质量的5%,即kg M TMD 33102501010005%5⨯=⨯⨯⨯=5、根据上面的结构图和计算参数,求得在无阻尼时TMD 的最优阻尼C 和刚度K :)1/(2/1μμ++=f =0.9642 ; )(μμξ+=183=0.1336==TMD TMD TMD TMD m C ξω2=819856()M f m K TMD TMD μωω221===37665357取710767.3⨯≈K ;51020.8⨯=C 。

在求解有阻尼结构的TMD 最优频率比和阻尼比时,以求得的无阻尼情况下的最优阻尼C 和刚度K 作为初值,来求有阻尼系统的最优值。

放大之后细节图为:第四层楼的层间位移图放大之后细节图为:第五层楼的层间位移图TMD 的相对位移图由程序可得TMD 的位移幅值为=)max (TMD y 0.062802,其与层间最大位移的比值1.40154.00628.01===y y k TMD再观察TMD 的位移图可知,TMD 的位移远大于结构本身各层的层间位移值,从能量角度而言,TMD 结构通过吸收地震的能量从而达到减小结构地震反映的目的,所以自身的位移值会很大。

实际结构中通常将TMD 装置安装在结构的顶部,由于结构的承载能力和空间有限,所以其质量不能过大,一般都是结构总质量的5%以内。

结构加上TMD 前后的层间位移幅值对比表位移幅值位移模式without TMD with TMD 比值 Y1 0.015408728 0.013124813 0.851777861 Y2 0.013944891 0.011860958 0.850559356 Y3 0.011530666 0.009841923 0.853543284 Y4 0.008222374 0.007079167 0.860963836 Y50.0042738240.0037749890.883281401将上述表格的数据制成图,从图上可以清楚地看到加上TMD 之后的效果是很明显的。

蓝色线条表示的是未加TMD 的层间位移,红色线为加了TMD 后的层间位移。

由图表可知,对于结构的层间位移,加了TMD 时的位移幅值大概都是未加TMD 时位移幅值的85%,可见隔震效果比较明显,能够明显的减小各层的位移,对于提高结构的抗震性能非常有用。

此时的频率比和阻尼比还不是待求的最优值,表明在最优条件下,TMD 的作用会更加明显。

我们还可以从表中看到,无论是否加了TMD,层间位移都是逐层递减的,底层的层间位移(也就是第一层的位移)最大,顶层的层间位移最小。

分析时可以选择任意一个作为我们分析的目标值。

三、优化算法1、采用Matlab中的优化函数将结构本身看做一个质点,考虑TMD对这个系统的减震作用,结构分析如下:加TMD后结构分析图上图是主结构---TMD 系统模型。

设质量为s m 、T m ,弹簧的刚度系数为s K 、T K ,阻尼器的粘性阻尼系数为s C 、T C 。

设在地面的运动加速度)(t xg 作用下,在时刻t ,主结构和TMD 系统相对于基底(x x -轴)的位移分别为)(t x s 、)(t x T ,而其相对加速度分别为)(t x s 、)(t x g ,绝对加速度分别为)()(t xt x g s +,根据达朗贝尔原理可以建立“主结构—TMD ”系统的运动微分方程:()()()()()()()()0000s s s s s s T T s T T s T T T T T T T T T T x t x t x t x t m C C C k k k m x t x t x t x t m C C k k m ⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤+-+-⎡⎤⎡⎤⎡⎤⎡⎤++=-⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥--⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦⎣⎦ 将结构的动力反应作为函数()C K Y ,;而()C K Y , 实际上是一个关于K 、C 的隐函数,所以将求解结构层间位移的程序作为目标函数,其中的K 、C 值用待求的未知量()C K x ,表示。

通过程序不断地搜索任意的()C K x ,0值带入直到搜索到最小的位移,此时的目标函数可以选择是任意一层的层间位移,也可以选择层间位移之和,也就是最上面一层的对地位移,本文选择后面一种,即以最上一层的位移值作为目标函数,通过函数优化找出其最小值时TMD 结构的K 、C 值。

编写程序运行结果如下:设定的参数:x = 1.0e+07 *(3.766525299961552 0.082213714221286)也就是37665253=K ;822137=C 。

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