调谐减震技术的文件综述

调谐减震技术的文件综述
减震技术的分类：耗能减震，消能减震，冲击减震，吸震减震，主动控制减震
调谐减震系统（TMD）：调谐控制体系及减震研究概况工程结构调谐控制体系是三大被动控制技术之一,也称吸振减振结构。

调谐控制体系在1947年由Den Hartog作过论述,通常指在主结构上设置一个子结构,通过调谐子结构参数,来实现主结构的振动反应控制。

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其实调谐减振系统作为一种消能吸能系统，不仅仅利用于减震，在建筑，电子工业，汽车等产业方面应用更加广泛，主要的阻尼系统与调谐减振也是有着千丝万缕的联系。

作为在减震方面的研究，还未处于成熟利用阶段。

实践中TMD系统早已应用广泛，在高层建筑，桥梁，甚至是简单的网球拍都利用了tmd 系统，相关研究也不是不多，但是大都为单个实例，还未形成系统，相关调谐的材料更是几乎没有任何创新。

再来看看百度关于调谐的定义。

调谐，调节到谐振状态的行为或过程，再来看看地震波，地震波按传播方式分为三种类型：纵波、横波和面波[1]。

纵波是推进波，地壳中传播速度为5．5~7千米/秒，最先到达震中，又称P波，它使地面发生上下振动，破坏性较弱。

横波是剪切波：在地壳中的传播速度为3.2～4.0千米/秒，第二个到达震中，又称S波，它使地面发生前后、左右抖动，破坏性较强。

面波又称L波，是由纵波与横波在地表相遇后激发产生的混合波。

其波长大、振幅强，只能沿地表面传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。

看似毫无规律的地震波并不是不可调谐的，最简单的弹簧系统就具有明显的抗震效果。

由此来看，几乎所有的减震技术不外乎对地震波能量的调谐，也就是说调谐减震技术是有一定的技术基础和理论支持的。

2调谐减震理论研究
调谐减振技术原理
常用的调谐减震控制系统有调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(tuned liquid damper，TLD)、质量泵控制器等。

TMD系统的控制效果对输入地震动频率的依赖性较大，TI。

D系统是通过容器中液体的晃动来消耗和吸收结构振动的能量，从而达到控制结构振动的目的。

作为调谐减震控制系统中的核心部件，TMD是附加在主结构中的一个子结构，由质量块、弹簧、阻尼器组成。

质量块通过弹簧(连接件)和阻尼器(耗能减震装置)与主结构连接在一起，一般支撑或悬挂在主结构上。

质量块的存在使原结构产生了附加的质量、刚度和阻尼，通过子结构的这些基本特性调谐其自振频率，可以使其尽量接近主结构控制振型的振动频率。

这样。

当结构在外激励作用下产生振动时，主结构带动TMD系统一起振动，TMD系统相对运
动产生的惯性力反作用到结构上，对结构的振动产生控制，TMD系统中的阻尼器也将发挥耗能作用，从而达到减小结构振动反应的目的。

调谐减震理论研究
调谐减震的设计思想可以从两个方面来考虑：
1)在中小震作用下，结构处于弹性阶段，调谐减震系统的设计目标除了减小地震作用以外，主要是避免因传统抗震而增加结构构件的断面，从而极大地降低工程造价
2)在大震作用下，结构一般处于弹塑性状态，位移较大，调谐减震系统的设计目标就是利用质量块与基本结构的相对运动减小结构的位移，有效地保护结构不受损伤或破坏。

TMD减震效果影响因素分析
邬传宇等人钉研究了TMD系统参数对高耸结构地震控制的影响，得出影响其减震效率的主要因素为：结构的阻尼比、TMD的阻尼比、TMD系统与结构的频率比、TMD系统与主结构的质量比等，并且给出了这些参数与TMD系统减震效率之间的关系曲线。

许多学者对TMD 系统的动力特性作了深入研究，并得出一些相似的结论：
1)TMD系统与主结构质量比对减震控制的影响。

杨泽华等研究结果表明，当子结构与主结构质量比p=0．3～o．7时控制效果最佳，当p>0．7时效果就不明显了。

杨雅平等对第一振型控制下的子结构质量对减震效果影响的数值模拟结果表明，装设TMD对结构的顶层位移有减小作用，且随子结构质量的增大，结构反应降低幅度也随之增大。

2)阻尼比对减震控制的影响。

张文芳经计算分析表明，调谐体系子结构的阻尼越大，其地震反应一般会减小，而基本结构的反应一般会增大些，当基本结构的阻尼增大时，地震反应会减小。

杨泽华等n钆的分析表明，阻尼比越大减震效果越明显，说明增加阻尼比是控制地震反应的一个有效手段。

3)频率比对减震控制的影响。

欧进萍等和王肇民对TMD的减震分析表明，当TMD的自振频率与主体结构的基频相等或相近时，减震效果最好。

杨泽华等指出，当等效频率比η=0．9～1即子结构与主结构的频率相近时，减震控制将取得最佳效果。

实际上要考虑附加的质量块会使主体结构频率略有降低，所以频率比可以略小于1．0。

综上所述，减震结构控制效果的影响因素都存在一个参数优化问题。

苏荣华等对TMD用于结构减震控制中参数优化问题做了研究，主要内容包括TMD 的设置位置、频率、阻尼等参数以及TMD对与其非调谐的结构振型地震反应的作用进行了分析，导出了最优参数的计算式，为TMD在结构抗震方面的设计提供了理论依据。

蓝宗建等提出了TMD参数有效域的概念，利用参数有效域而不是某一个目标函数进行TMD系统设计，从而有效提高了TMD可靠性，进一步促进了TMD减振技术的推广使用。

3. 调谐减震技术存在的问题
调谐减震技术已经应用于实际工程中。

其中TMD多用于风振控制。

虽然对结构的减震控制有效性研究得到了试验验证，但实际工程应用仍然不多，而且在实际设计和安装时，有许多值得注意的问题，如TMD的大小和数量的确定、实际安装位置是否受限制、质量块的支承面问题等，这些都是需要进一步深入研究和探讨的。

目前，对MTMD的研究不足之处有：1)频率呈均匀分布的MTMD存在近零最优平
均阻尼比，即对于一个给定的质量比，当TMD总数超过某一数值时MTMD的最优平均阻尼比趋于零。

由于近零最优平均阻尼比会使MTMD产生大的冲程，这时的MTMD实际上没有任何实际意义。

因此，有必要寻找不存在近零最优平均阻尼比的MTMD模型。

2)结构振动控制在强震作用下应允许结构产生
一定的屈服来耗散结构的地震能量，即非线性灾害响应控制。

因此，有待于进一步研究结构的非线性灾害响应MTMD控制。

4. 调谐减震技术的发展前景
从最初的提出到如今的广泛应用。

TMD经历了无数次的试验研究与创新改进，为调谐减震技术带来了深刻的变化。

现代城市的高层建筑越来越多，TMD发挥作用的空间也越来越大，对TMD应用领域的扩展研究吸引着众多学者。

由于TMD系统需要另配质量块，这大大增加了该结构体系的造价，因此针对该缺点，研究者提出了许多改进措施，即把结构的一部分作为TMD或MTMD质量块，这也成为近几年TMD技术发展的一个主要方向。

把建筑物必不可缺的屋盖作为TMD质量块就是其中一个研究比较多的领域。

对于网壳结构，不同于高层结构的风振控制，它需要有10--20个振型才能满足控制精度。

叶继红等提出如有若干个TMD 系统分别控制一个振型，结构振动控制效果会更好。

从这一点上来讲，MTMD更适合于网壳结构的振动控制。

因此，网壳结构一MTMD减震控制会是TMD研究的一个新领域。

3 结语
我国的地震研究者和工程设计人员自20世纪80年代以来一直敏力于结构减震被动控制的技术研究和工程应用，并取得了可喜的成果。

但MTMD用于结构的减震控制及其可靠性还处于研究阶段，为了使调谐减震技术的研究与应用得到进一步的发展，需解决以下一些问题：
1)大尺寸模型试验和实际结构控制效果的研究；
2)控制系统的可靠性、耐久性及经济性的论证；
3)性能稳定且易于安装的消能装置的研究开发与推广普及；
4)可用于实际工程中的相应构造措施。

总体来说，调谐减震技术较之于传统的抗震方式更经济，与其他的耗能减震方式相比也更易于施工、更安全适用。

可以预言，调谐减震技术将成为未来建筑防震减灾的重要手段和方法，将为人类社会的安居乐业发挥巨大作用。

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