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TMD在高层结构上的应用与分析 目录 CONTENTS / TMD的的定义及基本原理 NO.1 / TMD构造布置的多样性 NO.2 /TMD在工程上的应用 NO.3 / TMD能否用于抗震 NO.4 / 总结 NO.5 / 参考文献 NO.6 NO.1 TMD的定义及基本原理 图二 TMD模型 NO.1 TMD的定义及基本原理 图一 受简谐激励的无阻尼吸振器和主质量 TMD(Tuned Mass Damper)减振系统由弹簧或吊索、质量块、阻尼器(指粘滞阻尼杆或称Viscous Damping Device。VDD)组成，通过技术手段，其固有振动频率与主结构所控振型频率谐振，安装在结构的特定位置。 当结构发生振动时，其惯性质量与主结构受控振型谐振，来吸收主结构受控振型的振动能量，从而达到抑制受控结构振动的效果。 TMD结构应用的现代思想的最早来源是1909年Frahm研究的动力吸振器。FRAhm的吸振器图解如左图。在简谐荷载作用下，可显示出当所连接的吸振器的固有频率被调谐为激振频率时，主质量M能保持完全静止。 NO.2 TMD构造布置的多样性 NO.2 TMD构造布置的多样性 各种形式的TMD NO.3 TMD在工程上的应用 一、澳大利亚悉尼Centerpoint塔 NO.3 TMD在工程上的应用 安装TMD的第一个结构是悉尼的Centerpoint塔。作为结构的供水和防火设施，塔的水箱和一个液压吸振器一起被设计到TMD中用以减小风致运动。水塔悬挂于回转塔的径向构件上，随后又将一个40t重的辅助质量安装在中间锚固环上以进一步控制第二振型的振动。加速度测定结果表明，风致加速度响应减少了40%—50%。 单摆型TMD结构的例子还包括加拿大多伦多CN塔、位于日本Osaka的水晶塔等。其中高157m的水晶塔也利用了置于结构顶部的储水箱作为单摆TMD。 NO.3 TMD在工程上的应用 二、纽约Citicorp中心 Citicorp中心高279m，大楼底部仅设置了4根粗大的柱子支撑整个大厦，水平刚度较柔，在强风作用下，水平摆动很大，该大楼最后采用了约3630KN重的混凝土调频质量块。 该TMD安装于建筑的59楼，在这个高度，建筑物可以用一个约为20000t的简单模态质量表设计，TMD固定于其上形成图二所示的2-DOF系统。实验结果和实际观测显示，TMD能将建筑的风致加速度水平减少约50%。 三、合肥电视塔 NO.3 TMD在工程上的应用 合肥电视塔总高339m，结构经建模分析后表明，塔的基本自振周期为6.43s，在设计 风荷载作用下的加速度响应将超出人体舒适度要求。由于电视塔的振动响应一第一阶振型响应为主，故利用塔上60t重的生活消防水箱作为TMD的质量，将TMD振动频率调至塔的基本自振频率附近，并附加适当的阻尼比，实施TMD风振振动控制。 三、合肥电视塔 NO.3 TMD在工程上的应用 由加速度响应比例来看，最优的频率比和最优阻尼比分别是1.02和0.07。最大的加速度减振率达到了49%。 为获得电视塔风振响应的最大减振率 需要进行TMD参数的优化分析从而确定TMD的三个重要参数即质量、频率和阻尼比。由于电视塔的风振响应是以第一振型为主，故TMD 应调谐至结构第一阶频率。设计时水箱总质量为60000kg，故TMD质量即为60000kg，因而TMD 与电视塔第一阶振型广义质量的比值为0.0196 。固定质量比，变化TMD与结构第一振型的频率比和TMD阻尼比可计算出各种控制情况下电视塔(以第12质点响应为代表)和TMD的位移和 加速度响应。 三、合肥电视塔 NO.3 TMD在工程上的应用 本文比较了设与不设TMD的电视塔的风振振型加速度响应的标准差。表1列出了设与不设TMD时,电视塔各阶振型响应的标准差,安装TMD后第一阶振型加速度响应标准差大大降低了 从左图我们还能得到一个结论：TMD不能降低高阶振型响应 NO.4 TMD能否用于抗震 NO.4 TMD能否用于抗震 T ．T．Soong先生曾指出：几乎所有的TMD运用都是为了减弱风致运动，然而TMD的抗震效果仍然是一个重要的问题，虽然到目前为止的研究还没有给出结论性的结果，但可以指出的是，由于以下的原因，在地震荷载作用下TMD的效果不及风荷载作用下的效果。 第一，地震的高频部分使得建筑结构的高阶振型通常被激发，而结构的第一阶振型表现不充分，但常规的TMD调谐至结构基本频率，因此在这些情况下可能不能减小总的响应。 第二，如一部分研究者所指出的，由于TMD因结构运动被动地产生响应，因此使响应历程的第一峰值不容易降低。 为了对TMD在地震作用下的有效性进行研究，这里选取某150m钢混框剪结构（一阶振型周期3.3s，频率0.3Hz）进行风时程工况和地震工况分析。为了加以对比，设置