基于能量原理的TMD系统减震性能分析
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（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。
基于振动台试验的TMD-结构体系能量平衡分析
２ ４期
陈晓桐 ， ： 于振动台试验的 Ｔ 一 等 基 ＭＤ 结构体 系能量平衡分 析
６ ６ ０５
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咖
时 问 ／ ｓ
图 ２ Ｔ 一 构 体 系 的 能 量 平 衡 示 意 图 ＭＤ 结
图 １ Ｔ Ｄ 结构体 系的力学模型 Ｍ 一
拟 主结构 。主体结 构模 型采 用一 个 重量 约 ３００ｋ ０ ｇ
中图法 分类号
Ｔ ３１３ Ｕ １． ；
文献标志码
Ａ
调 谐 质 量 阻 尼 器 （ ｕ ｅ ｓ Ｄ ｍｐｒ 简 称 Ｔ ｎ ｄ Ｍａｓ ａ ｅ， Ｔ ＭＤ） 作为 一 种 有 效 的被 动 控 制 技 术 ， 生 产 实 践 在 巾不 断得 到 应 用 ， 尤 其 在 高层 钢结 构 抗 风抗 震 ，
摘
要
调谐质量阻尼器 对结构 的减振作用过程 ， 本质上也是 一个 能量的传递、 转化与耗散 的过程 。首先， 根据 能量法原理 ，
对 Ｔ Ｄ 结构体 系的能量平衡进行 了较详细 的分析 ， Ｍ 一 深入 了解其在整个地震过程 中各部 分能量 的分 配组成和传递机 理； 然后， 通过 Ｔ Ｄ 结构模 型的模 拟振动 台试验研 究， Ｔ Ｄ 结构体 系 的能量平衡进 行 了分析 ， Ｍ 一 对 Ｍ 一 从试 验上进 一步验证 了Ｔ 一 构体 ＭＤ 结 系的能量平衡理论 ， 为下 一步对 Ｔ 一 ＭＤ 结构体 系的能量分析奠定试 验基 础。 关键词 振 动台试验 能量法 能量平衡分析 Ｔ 一 ＭＤ 结构
．， ：
第 ・ 作者简介 ： 陈晓恫（ ９ ０ ） 女 ， １８ 一 ， 硕 讲师 ， 研究方 向： 建筑科
。
为结 构 和 Ｔ ＭＤ 子 结 构 相 对 于 地 面 的 位 移 ；
TMD减振原理与设计方法
调频质量阻尼器减振原理及设计方法一、减振原理及TMD构造一、减振原理应用范围：桥梁（主梁、塔）、高层建筑、高耸结构、输电线（防振锤）调频质量阻尼器系统由固体质量、弹簧和阻尼元件组成，它将阻尼器系统自身的振动频率调整到结构振动的主要频率附近，通过TMD与主结构间的相互作用，可实现能量从主结构向调频质量阻尼器系统的转移，达到减小主结构振动的目的。
模态质量、模态刚度和频率一、基本构造－竖向TMD1、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5、支座系统-将TMD与主结构相连低频结构的静伸长问题一、基本构造－水平TMD1、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5、支座系统-将TMD与主结构相连一、基本构造－水平摆式TMD 复摆单摆L m d θt t=0u d u L g d /=ωu L m d u+u l u+u l +u d L g d 2/=ω!!25,1.0m L Hz f d ==mL Hz f d 5.12,1.0==一、TMD的基本形式一、TMD组成部分质量块——质量块。
调频质量阻尼器中使用的质量块可以是混凝土块、装铅的钢箱等，质量可达数百吨。
质量块的大小由质量比μ确定，一般选取0.01<μ<0.05。
阻尼器——阻尼一般由油阻尼器、黏滞阻尼器或黏弹性阻尼器提供；在使用黏弹性阻尼器时，应尽量避免阻尼器的刚度显著改变调频质量系统的振动频率。
目前另外一种应用较多的阻尼实现方式是电涡流阻尼，电涡流阻尼器由永磁体和导电板组成电涡流阻尼原理导体以速度V通过磁场而引起的电涡流，F=CV理想黏滞阻尼一、TMD组成部分弹簧——功能是提供恢复力维持质量块振动，钢丝螺旋弹簧，单摆和弹性悬臂梁都可以作为TMD的弹簧。
调频质量阻尼器TMD工作原理
调频质量阻尼器TMD工作原理
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。
上述内容仅供参考，了解更多这方面的信息，可咨询专业的生产厂家：南京大德减震科技有限公司进行详细的了解，提供专业的工程减隔震技术咨询、各类减隔震产品的生产、试验、销售、安装、售后服务等一体化服务，拥有专利二十余项，拥有丰富的减震产品研发制造经验，参与过奥林匹克工程多项国家重点工程的方案设计、产品制造、安装、售后等工作。
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。
混凝土结构中的减振处理方法
混凝土结构中的减振处理方法一、前言在混凝土结构中，由于地震、风荷载等外部因素以及结构自身的振动，会产生较大的震动，而这些震动会给建筑物及人员带来威胁和危害。
因此，混凝土结构中的减振处理方法成为了一个热门的话题，本文将系统性地介绍混凝土结构中的减振处理方法。
二、减振的原理减振处理的本质是通过添加一些减振装置或采取某些措施，来消耗结构振动的能量，从而降低其振动幅值，达到减振的目的。
减振处理的原理主要有两种：1. 调谐质量阻尼调谐质量阻尼（TMD）是一种常见的减振方法，其原理是通过添加一个与结构振动频率相同的质量、阻尼和弹簧系统，在结构振动时，质量系统会与结构同频振动，从而消耗结构振动的能量，达到减振的目的。
调谐阻尼系统是基于混凝土结构的自振频率来设计的，因此需要进行精确的计算和设计，以确保其有效性。
2. 能量吸收能量吸收是另一种常见的减振方法，其原理是通过添加一些能吸收结构振动能量的装置，如阻尼器、摩擦器等，来消耗结构振动的能量，达到减振的目的。
三、减振处理方法1. 调谐质量阻尼调谐质量阻尼是一种常见的减振方法，可应用于混凝土结构中。
其具体实现方式是在混凝土结构的顶部或底部安装一个调谐质量阻尼器，其结构通常包括一个质量、一个阻尼器和一个弹簧系统。
在结构振动时，质量系统会与结构同频振动，从而消耗结构振动的能量，达到减振的目的。
调谐阻尼系统的设计需要进行精确的计算和设计，以确保其有效性。
调谐质量阻尼的优点是结构的振动幅值可以被有效地降低，但其缺点是需要进行精确的计算和设计，成本较高。
2. 阻尼器阻尼器是一种能够吸收结构振动能量的装置，在混凝土结构中也可以使用。
其具体实现方式是在结构的关键位置上安装阻尼器，当结构振动时，阻尼器会吸收部分振动能量，从而降低结构振动幅值。
阻尼器的种类有很多，如摩擦阻尼器、液体阻尼器等。
阻尼器的优点是结构的振动幅值可以被有效地降低，而且成本较低，但其缺点是需要进行精确的计算和设计，以确保其有效性。
单摆式TMD简介及其减振性能分析
对杨浦大桥的抖动问题进行了研究， 并设计了分
收稿日期： 2012 － 03 － 31 联系作者，Email： 052734_liuxun@ tongji． edu． cn
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·抗震与抗风· 2． 2 单摆式 TMD 的优缺点
· 67·
结构工程师第 28 卷第 6 期
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单摆式 TMD 减振性能分析
目前单摆式 TMD 的研究和应用较少， 因此发 单摆式 展的空间也比较大。与传统的 TMD 相比， TMD 主要有以下的优缺点。 （ 1 ） 优点： 形式简单， 设计简便； 自振周期可 ， 通过调整摆长控制 便于根据主结构自振周期进 行调整； 单摆可在水平向任意方向摆动， 一个阻尼 器就可实现多自由度的振动控制 。 （ 2 ） 缺点： 对于自振周期较大的高层结构， 单 摆需要的摆长较长， 浪费空间； 阻尼的施加还需要 进一步的研究和优化； 摆动幅度不能过大， 需要根 据实际情况控制单摆的摆动幅度 。 2． 3 单摆式 TMD 的工程应用实例
Abstract
The Tuned Mass Damper （ TMD ） is one of the oldest structural vibration control devices，and it
has a very clear effect on controlling structural windinduced vibrations． This paper introduced a TMD deType TMD for wind power towers． The pendulumvicePendulumType TMD ，and tried to use Pendulumtype TMD is uesd for damping energy dissipation and reducing the vibration generated by wind power towers due to wind loading ，thereby reducing the wind turbines’failure and wind power towers’damage caused by vibration． Keywords pendulumtype tuned mass damper，wind power towers，damping 别对应不同质量比的 7 种 TMD 系统， 根据需要的 控制效率和许可的预算， 可任意选取一组用于对 杨浦大桥的抖振控制。 调 谐 质 量 阻 尼 器 （ Tuned Mass Dampers， TMD） 是最早的一种结构振动控制装置。 调谐质 量阻尼器由质量块、 弹簧与阻尼系统组成。 TMD 对于控制结构的风振反应具有非常明显的效果 ， 在很多工程实际中得到了有效的应用， 许多新的 高耸建筑物上安装了各种改型的这类系统来减小 结构在风和中等地震下的振动。 1980 年， 澳大利亚的悉尼电视塔安装了两个 TMD 来减小电视塔的第一、 二振型风振反应， 特 别应该指出的是， 用于控制第一振型反应的 TMD 是悬吊在塔楼顶部重达 180 t 的水箱， 这是第一个 顾明等 用水箱来代替质量块的尝试。 在我国，
标志塔调谐质量阻尼器TMD减振控制分析与应用
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。
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
风力发电塔水平TMD系统减振控制
风力发电塔水平TMD系统减振控制摘要：风力发电是清洁可再生能源中不可或缺的一部分，当今世界能源资源紧缺的格局下，强风作用下风力发电塔振动控制技术的研究成为风力发电推行过程中亟待解决的一大难题。
鉴于此，应对高度超过100米的风力发电塔采用水平TMD进行减振控制，促进风力发电技术的推广和使用。
关键词：风力发电塔；风振响应；TMD减振0 引言风力发电塔主体结构刚度和阻尼比较小，在强风作用下会产生较大的动力响应，其顶部各点的位移和加速度均超过限值[1]，影响风力发电系统的正常工作，这也是当前风力发电大规模推广使用所面对的一个大短板。
风力发电系统要保证在强风作用下结构不会有太大的位移才能稳定工作，本研究Midas Gen软件对该结构进行建模和分析，拟采用调频质量阻尼器TMD对该结构实施风荷载激励下的减振控制。
1 工程概况利用Midas Gen建立140米柔塔风力电机的塔架模型，其顶部还有风机结构，折算成荷载附加到结构上。
塔壁为薄壁钢板构成，钢材等级为Q345，整个塔身分为六个塔段，不同塔段又分若干塔节，每节高2.5m，总塔身高137.3m，模型总质量为562.33t。
2 TMD减振设计TMD的减振原理是在主结构（主系统）上耦合一个弹簧质量阻尼振动系统（附加系统）。
当附加振动系统的固有频率处于主系统的原固有频率附近，则可使主系统原固有频率处的共振峰消失，即由原主系统的单峰共振区转变为新系统的双峰共振区。
图1为TMD设计原理[2]，1水平基座，2竖向环板基座，3质量块，4固定件，5弹簧，6阻尼器，7缓存器，8质量块。
表1 TMD参数在塔架82.5m的高度处设计了一个平台，用于安装TMD减振装置。
结构一、二阶振型平动，结构三、四阶振型为结构中间的横向振动，其中第三、四阶频率为1.2Hz，作为结构的主控频率。
图1 TMD系统设计原理3 TMD减振性能分析塔架结构为圆对称模型，TMD采用8弹簧连接水平布置，如图2所示，对塔架模型进行鞥何在施加，进行风时程动力响应分析，对比无控和有控下结构的位移和加速度。
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。
单摆式TMD简介及其减振性能分析
对杨浦大桥的抖动问题进行了研究， 并设计了分
收稿日期： 2012 － 03 － 31 联系作者，Email： 052734_liuxun@ tongji． edu． cn
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·抗震与抗风· 2． 2 单摆式 TMD 的优缺点
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结构工程师第 28 卷第 6 期
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单摆式 TMD 减振性能分析
目前单摆式 TMD 的研究和应用较少， 因此发 单摆式 展的空间也比较大。与传统的 TMD 相比， TMD 主要有以下的优缺点。 （ 1 ） 优点： 形式简单， 设计简便； 自振周期可 ， 通过调整摆长控制 便于根据主结构自振周期进 行调整； 单摆可在水平向任意方向摆动， 一个阻尼 器就可实现多自由度的振动控制 。 （ 2 ） 缺点： 对于自振周期较大的高层结构， 单 摆需要的摆长较长， 浪费空间； 阻尼的施加还需要 进一步的研究和优化； 摆动幅度不能过大， 需要根 据实际情况控制单摆的摆动幅度 。 2． 3 单摆式 TMD 的工程应用实例
f =
图2 Fig． 2 结构计算简图 Structural calculation model
槡
γ 2 1 +γ 1 + 3γ
（ 1） （ 2）
ζs =
8 （ 1 + γ） 槡
2
| up | = H
g2
［ f 槡
2
2 （ 1 + γ） － g2］ + 4 g2 f 2 ζ2 s （ 1 + γ）
2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ［ γf g － （ g － 1 ） （ g － f ） + 4 g ζ s ζ p f］ + 4 g ［ ζ s f（ g + γg － 1 ） + ζ s （ g － f ） ］ 槡
大跨度倒挂式悬挑钢结构中调频质量阻尼器（TMD）的消能减震模拟分析技术
大跨度倒挂式悬挑钢结构中调频质量阻尼器（TMD）的消能减震模拟分析技术发布时间：2021-11-22T04:42:45.616Z 来源：《防护工程》2021年21期作者：吴俊鹏冯国军贾聪亮马艳飞倪铄[导读] 结构消能减震技术是在结构某些部位设置耗能装置。
在主体进入非弹性状态前，减震装置率先进入耗能工作状态。
传统减震结构体系，容许结构及承重构件在地动中呈现损坏结构及承重构件运动过程中的损坏，就是能量的消能过程。
吴俊鹏冯国军贾聪亮马艳飞倪铄中国建筑第八工程局有限公司天津 300450摘要：结构消能减震技术是在结构某些部位设置耗能装置。
在主体进入非弹性状态前，减震装置率先进入耗能工作状态。
传统减震结构体系，容许结构及承重构件在地动中呈现损坏结构及承重构件运动过程中的损坏，就是能量的消能过程。
关键词：大跨度；倒挂；悬挑；阻尼器；选型布置；使用舒适度1 工程概况京东集团总部二期2号楼智能环工程位于北京市大兴区，结构类型均为典型的大跨度大悬挑倒挂式框架结构，整体高23.2m，长121.4m，宽21.5m，最大跨度39m，最大悬挑17.8m，钢结构主要由核心筒钢柱、F3层连廊、F4层休息区、屋盖层桁架组成。
钢结构总用钢量约2900吨。
图2 单人垂直方向的步行激励荷载行人的行进频率大约在 2Hz 左右。
在计算时假设步行频率接近结构的固有频率，楼板上固有频率同步的人数为：n'=1.85×根号N，其中N为楼面上的总人数。
计算时考虑人行可至区域楼板上人员密度为 1.0人/㎡。
3 调频质量阻尼器设置3.1 阻尼器的选型目前主流阻尼器有传统调频质量阻尼器和电涡流调频阻尼器，通过性能参数、经济性、安装便利性对比，选定传统的调频质量阻尼器为本工程消能设备，经济合理，效果明显。
图7 每侧设置6组阻尼器后F3层加速度时程曲线F4层阻尼器的布置与选择与F3层同理。
最终排版见下图设置阻尼器后，同样施加 2Hz 的人行激励，楼面最大加速度见下图，数值为 0.147m/s2，满足舒适度要求。
tmd减震分析报告
TMD减震分析报告1. 引言TMD（Tuned Mass Damper）是一种被广泛应用于建筑物和桥梁等结构中的减震装置。
它的设计理念是通过在主结构上添加一个质量较大的振动质量，来改变系统的动力特性，从而减小结构受到的振动影响。
本报告将对TMD减震器进行分析，并探讨其在工程实践中的应用。
2. TMD的工作原理TMD的工作原理基于质量块的振动消能机制。
当主体结构发生振动时，TMD会与结构同步振动并吸收部分振动能量，从而减小结构的振幅和振动频率。
通过调整TMD的质量、刚度和阻尼等参数，可以使其与主体结构的振动特性相匹配，达到最佳的减震效果。
3. TMD的优势和应用领域TMD具有以下优势： - 减小结构的振幅和振动频率，提高结构的稳定性和舒适性； - 减小结构受到的外力影响，提高结构的抗震能力； - 适用于各种结构形式，如高层建筑、桥梁、烟囱等。
TMD在以下领域得到广泛应用： - 高层建筑：通过在建筑物顶部安装TMD，可以减小风荷载引起的振动，提高建筑物的稳定性； - 桥梁工程：通过在桥墩或桥塔上安装TMD，可以减小行车荷载或地震引起的振动，提高桥梁的抗震能力； -工业设备：通过在机器设备上安装TMD，可以减小设备振动对周围环境的影响，提高设备的运行效率。
4. TMD的设计和优化TMD的设计和优化需要考虑以下几个关键因素： - 结构的振动模态特性：通过分析结构的振动模态，确定TMD的质量和刚度等参数； - 外部激励条件：根据结构所受到的外部激励条件，确定TMD的阻尼参数； - TMD的位置选择：通过分析结构的振动特性和力学响应，确定TMD的最佳安装位置； - TMD的数量和尺寸：通过考虑结构的质量和刚度等参数，确定TMD的数量和尺寸。
5. TMD的设计案例分析5.1 高层建筑的TMD设计案例以某高层建筑为例，该建筑所受到的风荷载引起的振动问题严重影响了建筑物的稳定性和舒适性。
通过在建筑物顶部安装TMD，可以有效减小振动幅值，提高建筑物的抗风能力。
TMD振动控制结构的发展及应用
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。
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
TMD系统在单层球面网壳竖向减震中的应用
TMD系统在单层球面网壳竖向减震中的应用刘昌盛;丁阳【摘要】随着空间网格结构朝着大跨度、大空间的方向发展,结构在竖向地震作用下的响应不容忽视.为降低单层球面网壳在竖向地震作用下的结构响应,采用TMD 系统对其进行竖向减震控制.以K8型单层球面网壳为研究对象,基于Kanai-Tajimi 过滤白噪声模型合成了4条代表不同场地类别的激励波进行动力时程分析,以结构最大节点位移、最大Mises应力和最大加速度综合减震率为参考指标,探求了TMD质量比、调谐频率、阻尼比等参数对减震效果的影响规律,并优化分析了TMD系统在网壳上的布置位置.对网壳结构进行了矢跨比参数分析,比较发现:网壳矢跨比分别为1/7、1/5和1/3时,TMD系统减震效果呈随矢跨比增大而下降的趋势.建议TMD系统应用于单层球面网壳上时,其矢跨比不宜大于1/5.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2016(032)005【总页数】8页(P106-113)【关键词】TMD;单层球面网壳;竖向地震作用;Kanai-Tajimi模型;参数优化;应用范围【作者】刘昌盛;丁阳【作者单位】天津大学建筑工程学院,天津30072;天津大学建筑工程学院,天津30072;天津大学滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室,天津300072【正文语种】中文单层网壳受力合理、造型美观,被大量应用到实际工程中,并且朝着大跨度、大空间的方向发展。
随着越来越多大跨空间网格结构在我国高烈度地区的兴建,其抗震性能得到了学者们的关注,对其进行减震控制也成为一个备受关注的课题。
以往对单层球面网壳的减震控制考虑的多为水平向的地震作用,而对竖向地震作用下结构的减震关注相对较少。
而研究者[1-2]发现,在多维地震作用下,竖向地震作用会降低该类结构的地震承载力,并且在不同矢跨比网壳结构中的水平和竖向地震作用下结构响应存在较大差异,甚至出现不同失效模式。
从相当多的地震记录来看,竖向地震作用强于水平地震作用的现象时有出现。
TMD振动控制结构的发展及应用
TMD振动控制结构的发展及应用TMD (Tuned Mass Damper) 振动控制结构是一种用于减小建筑物、桥梁、塔楼等结构振动的 passively 方案。
它通过安装一个质量-弹簧-减振器子系统来将结构的振动能量转化为一个质量-弹簧子系统的模态运动，并通过减振器中的阻尼器来消耗能量。
在高层建筑中，TMD可以有效地减小因风荷载、地震或其他外部激励引起的结构振动。
通过调整质量块的质量和刚度，可以使TMD在特定频率上与结构本身的振动频率相匹配，从而实现振动的减小。
同时，通过调整阻尼器的阻尼系数，可以增加减振器的能量消耗，从而减小振动的幅度。
在大桥中，TMD可以减小因风荷载、行车荷载或地震引起的振动。
通过安装TMD小车来调整TMD的质量和刚度，可以实现与桥梁自身振动频率的匹配。
在桥梁振动时，TMD小车会沿桥面移动，通过调整减振器中的阻尼器来吸收能量，从而减小振动的幅度。
在汽车中，TMD也被广泛应用于降低车辆的振动和噪音。
通过在车辆的悬挂系统中安装TMD或主动控制系统，可以减小由不平坦的道路和车轮引起的振动。
这不仅可以提高车辆的乘坐舒适度，还可以减轻对乘客和货物的冲击。
除了上述应用外，TMD还可以在其他领域得到应用。
例如，在风力发电机塔楼中，TMD可以减小因风荷载引起的振动，从而提高发电效率。
在地铁、火车和电梯等工程中，TMD可以用于减小因震动和运动引起的结构振动。
总之，TMD 振动控制结构是一种有效的 passively 方案，可以减小建筑物、桥梁、塔楼等结构的振动。
随着技术的发展和应用的扩大，TMD 在各个领域的应用前景非常广阔。
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２１ ０ ２年 ８月
桂 林 理
工 大 学
学 报
Ｖｏ ． Ｌ３２ Ｎｏ ３ Ａｕ ２ ２ ｇ． ０１
Ｊｕ ａ ｆ ｉｎ Ｕ ｉｅｓｔ ｆＴ ｃ ｎ ｌｇ ｏ ｒ ｌｏ ｌ ｎｖ ｒｉ ｏ ｅｈ ｏｏｙ ｎ Ｇｕ ￣ ｙ
文 章编 号 ：１７ ６ ４—９ ５ （ ０ ２ ０ ０ ３ ０ ７ ２ １ ） ３— ３ ５－０ ７
收 稿 日期 ：２ １ ０ ０ ０ ２— ７— ２
基 金项 目：国家基 金重 点项 目 （０ １０ ７ ；教育 部新 世 纪优 秀 人 才 支持 计 划 （ Ｃ Ｔ一１ — ９ ４ ；广 州 市 羊城 学 者科 技 计 ９８５ ２ ） ＮＥ １ ０ １）
划 项 目 （０ ０ ２ ） １Ａ ３Ｄ
摘
要 ：根 据能 量平衡 原理 ，建 立 了结构 一 Ｍ Ｔ Ｄ体 系 的累积能 量 响应和 瞬时 能量 响应 方程 。综 合考 虑
结 构周 期与 阻尼 比的影响 ，采用 时程 分 析 法研 究 了 Ｔ Ｄ 系统 在 地震 激 励 下 主结 构 各能 量 响应 的分 布 Ｍ
变化规律。研究了随机激励下 ，采用虚拟激励法从能量角度分析 主结构能量响应最小时 Ｔ Ｄ质量比、 Ｍ
果基 本一致 ，从 而验 证 了能量原 理 的适用 性 与可靠 性 。 关键 词 ：调 谐质 量阻 尼器 ；能量 原理 ；瞬 时能量 ；参 数优化
中图 分类号 ：Ｔ ３ １３ Ｕ １ ． 文献标 志码 ：Ａ
调 谐 质 量 阻尼 器 （ｕ ｅ ａｓｄ ｍ ｅ ，Ｔ ｔｎ ｄ ｍ ｓ ａ ｐ ｒ ＭＤ） 变化规 律 及 相 关 的影 响 因 素 ，并 从 能 量 角 度 分 析
系统是 目前 高 层 建 筑 及 高耸 结 构 在 振 动 控 制 中应 了随机 情 况下 Ｔ ＭＤ的参 数优 化 问题 。 用 比较 成 熟 的 被 动 减 震 控 制 装 置 之 一 ， 由 弹 簧 、 阻 尼器 和质 量 块 组 成 。Ｔ ＭＤ系 统 的减 震 控 制 机 理
个 与结 构振 动方 向相 反 的 惯性 力 作 用 在 主结 构 上 ，
ｄ ｉ１ ． ９ ９ ｊｉ ｎ １ ７ ９ ５ ． ０ ２ ０ ．Ｏ ｏ：０ ３６ ／．ｓ ． ６ ４— ０ ７ ２ １ ． ３ Ｏ ９ ｓ
基 于 能 量原 理 的 Ｔ 系统 减 震 性 能 分 析பைடு நூலகம் ＭＤ
谭 平 ，潘 兆 东 ，王 磊 ，周 福 霖
（ 州 大学 工 程抗 震研 究 中心 ，广州 广 ５ ００ ） １ ５ ４
＝一ｍ１ ｔ ｕ （ ）；
（） １
ｍ ２２＋ｃ （２一 ）＋ｋ （ ２一 ） ＝一ｍ２ ｔ 。 ２ １ ２ １ 五 （ ）
（） ２ 作 用于 结构 的能 量 与 结 构 震 害之 间 的 关 系 已有 比 式 中 ： 。 为 主 结 构 的质 量 、阻 尼 和 刚 度 ； ｍ 、ｃ、ｋ
较一 致 的看 法 ：总 输 入 能 与 结 构 的 累 积 损 伤 破 坏 ｍ： 为 子 结构 的质 量 、阻尼 和 刚 度 ； 。 茹 、 、ｃ、ｋ 、 相关 ；瞬 时输 入 能 则 决 定 了结 构 最 大 位 移 的超
、 、 、 ： 分别 为 主 结 构 和 子 结 构 相对 于地 面 越破 坏 。 以往 对 于 Ｔ ＭＤ 系统 的研 究 ，多侧 重 于 的加速 度 、 度 和位移 ；／（）为地 面加 速度 。 速 ／ｔ
１ 结构 一 ＭＤ体系 的能量方程 Ｔ
将 结 构简 化 为单 自由度体 系 （ １ ，Ｔ 图 ） ＭＤ安 装 在结 构 顶部 ，其 运动 方程 为
ｍ１ｌ （ ｌ ２ ｌ＋（ １＋ｋ ） １一ｃｘ 互 ＋ ｃ ＋ｃ） ｋ ２ ２２一ｋｘ ２２
是 ：当主结 构受 激 励 而 振 动 时 ，子 结 构 会 产 生 一 １ １ 运 动方 程 ． 使 主结 构 的振动 反应 衰减 并 受到控 制 … 。 从 本质 上 而 言 ，地 震 对 结 构 的作 用 是 一 种 能 量传 递 、转化 和 消耗 的过 程 。ＧＷ ｕｎｒ 于 ２ Ｈｏｓｅ ０ 世纪 ５ ０年代 提 出了能 量 法 概 念 ，并 将 其 引 入到 结 构设 计 中。随着 能 量 原 理 的深 入 研 究 ，对 地 震 动
作者 简 介 ：谭 平 （９３ ） １７一 ，男 ，博 士 ，研 究 员 ，博 士生 导师 ，研 究方 向 ：结构减 震 控制 ，ｐ ｎ ｇ ｕｅｕｅ 。 ｌ ＠ ｚ ．ｄ．ｌ ａ ｈ ｌ 引文 格式 ：谭平 ， 潘兆 东 ， 磊 ， 王 等．基 于能量 原理 的 Ｔ Ｄ系统 减震 性能 分析 ［ ］ Ｍ Ｊ ．桂林 理工 大学 学报 ， １ ，２ ３ ：３ ３ １ ２ ２ ３ （ ）３５— ４ ． ０
研究主结构峰值 响应 的减震效果 。然而 ，对 其能 １ ２ 能量 方 程 ． 量分 布 的变 化规 律及 相关 的影 响 因素 研究 尚不 足 。 根 据 能量法 的原 理 ， 式 （ ） 边 同 时对 相 对 对 １两
本文 主 要 从 累 积 输 入 能 和 瞬 时 输 入 能 两 个 方 位移变量 积分 ， 可得到主结构各部分能量 面 ， 究 结构 在 附加Ｔ 研 ＭＤ后 ， 结 构 能 量 的 分 布 主 Ｅ Ｋ＋Ｅ Ｄ＋Ｅ Ｐ＋Ｅ Ｔ＝Ｅ 。 Ｉ （） ３
桂
林
理
工
大
学
学
频率 比及 阻尼 比的最 优值 。数值 仿真 分析 结果 表 明 ，Ｔ Ｄ系统 对 于 中长周期 结构有 较好 的能量 控 制效 Ｍ 果 ；当结构 阻尼 比较 大时 ，Ｔ Ｄ的控 制效 果下 降 ；此 外 ，随机 激励 下 ，以最小 主结 构 累积 输入 能 和瞬 Ｍ
时输入能为优化 目标所得到的 Ｔ Ｄ最优参数结果与传统以最小主结构位移响应峰值为优化 目标的结 Ｍ