调谐质量阻尼器的两大主要特点
调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种离散型阻尼装置，也称作为一个主动质量阻尼器或谐波减振器，这种装置安装在振动结构，以抑制结构的振动，防止结构的损坏和失效。调谐阻尼器的使用场合主要用于控制框架结构、支架系统、整台设备、高层建筑和海洋船舶等的振动和噪声，并可取得令人满意的结果，且结构简单、使用方便、成本也低。调谐质量阻尼器对谐波振动造成的激烈运动具有稳定作用，它能用较轻巧的组件来抑制振动，即使在最恶劣条件下也能起到减振的作用。
调谐阻尼器是一个单自由度系统，由质量和大阻尼粘弹弹簧组合而成；它也可以由质量、线性弹簧和粘性阻尼器组成；或者是弹阻尼共振梁:或用粘弹材料连接复杂结构中的不同零件而成。因此，可以根据结构特点将调谐阻尼器设计成不同的形式。但是这些装置的一个共同特点是既通过调谐来吸收主要振型的振动，又通过阻尼损耗结构的宽频振动能量来控制结构振动，它不同于无阻尼谐振器或动力吸器，后者如同一个调谐共振能量转换装置，仅在其调谐频率上吸收结构振动。
由于调谐阻尼器的最大特点是通过调谐来吸收主要振型的振动，和通过阻尼损耗结构振动其它振型的振动能量来控制振动，因此它们就可在一个较宽的频率范围内，而不仅是在调谐频率上抑制结构振动所以一个调谐阻尼器往往可以控制结构的几阶共振频率的振动，这样就大大地扩大了调谐阻尼器抑制振动的适用范围。
调谐阻尼器的另一个特点是它所损耗的结构振动能量取决于结构上某一局部位置的振动位移，而不像表面阻尼处理结构那样取决于表面一个区域的应变。因此，调谐阻尼器就可以应用于非板状零件、框架结构、大型天线、高层建和船舶等，它的安装位置是在大位移响应点上而并非一个面，因此施工简单、机动灵活。
TMD调谐质量阻尼器的局限性 TMD阻尼作用的大小取决于TMD响应滞后于结构响应90°相差条件。结果由TMD传输的弹性力变成粘滞力作用于结构。采用TMD 吸振，通常只有在激励振动包含一个主要频率分量的情况下或者很窄的频率带情况下。然而对于随机激励的多自由度系统来说，单纯应用TMD要达到减振的目的，会是复杂的和困难的。传统的调谐质量阻尼器一般采用离散化的设计，针对某一价固有频率或者较窄频率范围设计的TMD具有很好的减振效果。然而当激励在一个较宽的频率范围的时候，TMD的减振效果显降低。TMD系统对结构振动反应控制的关键是将TMD系统的自振频率调谐到被控制结构的自振频率上随着时间的推移，结构的一些性能会发生变化，从而降低了TMD系统对结构的控制作用。 如何拓宽TMD的控制振动的频率范围，就成了TMD需要改进设计的方向之一了。为解决这个问题，提出了多调谐质量阻尼器的概念(MultipleTunedMassDamper，简称MTMD)。MTMD系统是由多个TMD
组成的，其控制作用有两个方面：一是利用MTMD系统控制单自由度结构体系，将每个TMD的自振频率分布在一定范围内研究表明，MTMD系统对结构振动反应的控制效果比质量相等的TMD的控制效果好；二是利用MTMD系统控制多个自由度结构体系，将每个TMD 的自振频率调谐到需要控制的结构相应振型的自振频率上。 调谐质量阻尼器的弹簧和阻尼特性不随时间变化，因而限制了TMD对各种频率和形式外激励的适应能力。TMD失调或TMD自身阻尼的波动都会削弱其减振效果，并且TMD的鲁棒性较差。这些都使得主动和半主动调谐质量阻尼器得到了研究和应用。 针对TMD的局限性，可以采取相应的改进措施来使得其在一个宽的频率范围内起到减振效果。一项有效措施就是将其调频率实时转移，使其在不同的激励频率下都具有强的衰减功能。影响调谐频率的因素一般是减振器的质量和和刚度，若是采取变刚度调请频率就会转移，继而覆盖一个宽带频率范围。
调谐质量阻尼器的两大主要特点 调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种离散型阻尼装置，也称作为一个主动质量阻尼器或谐波减振器，这种装置安装在振动结构，以抑制结构的振动，防止结构的损坏和失效。调谐阻尼器的使用场合主要用于控制框架结构、支架系统、整台设备、高层建筑和海洋船舶等的振动和噪声，并可取得令人满意的结果，且结构简单、使用方便、成本也低。调谐质量阻尼器对谐波振动造成的激烈运动具有稳定作用，它能用较轻巧的组件来抑制振动，即使在最恶劣条件下也能起到减振的作用。 调谐阻尼器是一个单自由度系统，由质量和大阻尼粘弹弹簧组合而成；它也可以由质量、线性弹簧和粘性阻尼器组成；或者是弹阻尼共振梁:或用粘弹材料连接复杂结构中的不同零件而成。因此，可以根据结构特点将调谐阻尼器设计成不同的形式。但是这些装置的一个共同特点是既通过调谐来吸收主要振型的振动，又通过阻尼损耗结构的宽频振动能量来控制结构振动，它不同于无阻尼谐振器或动力吸器，后者如同一个调谐共振能量转换装置，仅在其调谐频率上吸收结构振动。 由于调谐阻尼器的最大特点是通过调谐来吸收主要振型的振动，和通过阻尼损耗结构振动其它振型的振动能量来控制振动，因此它们就可在一个较宽的频率范围内，而不仅是在调谐频率上抑制结构振动所以一个调谐阻尼器往往可以控制结构的几阶共振频率的振动，这样就大大地扩大了调谐阻尼器抑制振动的适用范围。
调谐阻尼器的另一个特点是它所损耗的结构振动能量取决于结构上某一局部位置的振动位移，而不像表面阻尼处理结构那样取决于表面一个区域的应变。因此，调谐阻尼器就可以应用于非板状零件、框架结构、大型天线、高层建和船舶等，它的安装位置是在大位移响应点上而并非一个面，因此施工简单、机动灵活。
电涡流阻尼调谐质量阻尼器柳州东方工程橡胶制品有限公司
一、调谐质量阻尼器的优点及运用现状 调谐质量阻尼器主要是由质量块、弹簧系统和阻尼系统组成，简称TMD。是一种特别适合减低高耸结构水平振动的吸能减振装置。研究结果表明，当TMD的自振频率被调制到结构第一振型频率附近时，对结构的第一振型反应有较好的控制效果，但对高阶振型反应的抑制较差。如果结构--TMD系统前二阶模态阻尼比等于结构阻尼比和TMD阻尼比的平均值时，TMD能够有效地减小结构的地震反应。TMD已在高层建筑，大型桥梁，电视塔，烟囱等很多结构上成功应用。 TMD的具体应用，在全世界范围已经有很多工程实例。美国70年代在波士顿的John Hancock Building（1971年）和纽约的Citicorp Center（1978年）上装设了两个TMD装置。据报道，两栋建筑物在风载下的加速度反应可衰减40%。日本从80年代至今，对被动TMD开展了多方面的开发应用研究。1980年在Chiba Port Tower（125米）上设置了支承式TMD装置，这是日本第一座设置TMD的塔，该塔经历了1987年12月17日的近海地震（8级）的考验。另外采用TMD减振装置的还有英国的Kessock斜拉桥，法国诺曼底大桥的悬臂施工阶段等。 TMD装置在我国也有很多应用，如九江长江大桥的吊杆，杨浦大桥，北京太平桥大街道两座人行天桥，黄山太平湖大桥的主塔，虎门大桥辅航道桥悬臂施工阶段等。在高层建筑中，上海东方明珠和南京等电视塔上均安装了TMD减振装置。 二、电涡流阻尼调谐质量阻尼器 目前已有TMD产品存在的主要问题是阻尼构件与弹性元件易损耗、后期调节难、需要较多的维护等。为此，柳州东方工程橡胶制品有限公司和湖南大学联合研制了一种抗疲劳、长寿命、无需维护的减振器—电涡流阻尼调谐质量阻尼器。 1、电涡流阻尼调谐质量阻尼器的基本结构： 电涡流阻尼调谐质量阻尼器主要是采用悬臂梁作为整个阻尼器的刚性连接元件，圆柱拉伸弹簧作为阻尼器的弹性元件，并通过摩擦较小的直线轴承导向，采用电涡流作为阻尼元件。电涡流阻尼调谐质量阻尼器简称电涡流TMD。 与传统的TMD结构相比，电涡流TMD使用电涡流阻尼取代了传统的摩擦阻尼，切割磁力线的导体与磁体分离，弹性原件通过摩擦较小的直线轴承导向。在整个电涡流TMD工作过程中，通过调节质量块的有限行程调整电涡流TMD的阻尼系数；导体与产生磁场的构件没有任何接触的，从而大大地减小了整个结构的损耗。
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 resistance of the high-rise building Abstract：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 use 1.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。建筑物在强风或地震等激励作用下的动力反应强烈，难以满足建筑结构安全性、舒适性和使用性的要求。传统的采用提高结构强度和刚度来抗风抗震的设计方法，存在着一定的弊端[1]：（１）经济性差；（２）安全性难以保证。这主
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 Damper QI 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 effect 1 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。作为主要的调谐减振装置，调谐质量阻尼器（TMD）也被广泛应用到结构防灾减灾工程中。由于TMD能有效地衰减结构的动力反应，且构造简单，易于安装，维护方便，经济实用，已被广泛用作高层建筑、高耸结构及大跨桥梁的抗震抗风装置。TMD不仅可应用于新建建筑，而且通过“加层减震”技术可以改善已有房屋的耐震性能[1]。 2 TMD的构造及工作机理 调谐质量阻尼器（TMD）是一个小的振动系统，由质量块、弹簧系统和阻尼系统组成。其简单模型如图1所示。它对结构进行振动控制的机理是：原结构体系由于加入了TMD，其动力特性发生了改变，原结构承受动力作用而剧烈振动时，由于TMD质量块的惯性而向原结构施加反方向作用力，其阻尼也发挥耗能作用，从而使原结构的振动反应明显减弱。它的特点是对结构某一阶固定频率振动的耗能作用非常明显[2]。
调谐质量阻尼器的结构组成 在众多的被动控制装置中，调谐质量阻尼器是较早在建筑结构中应用的控制装置，是种经典的同时也是比较可靠、成熟的动力吸振装置。调谐质量阻尼器主要由弹簧、阻尼器和质量块组成，其工作原理是利用质量块的惯性力或主动控制力达到共振吸能、减少结构反应的目的。调谐质量阻尼器有悬挂式和支撑式两种。对于被动调谐质量阻尼器来说，最重要的部件是质量块、弹簧系统和支撑系统。 (1)质量块 调谐质量阻尼器主要是利用质量块与结构相对运动时产生的惯性力对结构发生的作用达到减少结构反应的目的，因此调谐质量阻尼器质量块是重要部件之一。它可以利用建筑物已有的水箱、混凝土块、装铅的钢箱或者环绕在结构外部的装铅钢圈和环形水箱。一般而言质量块越大，减振效果越好。但在实际工程中，质量块的大小有一定的
限制，调谐质量阻尼器与主体结构的质量比一般在0.005-0.03之间。 (2)弹簧系统 弹簧系统的作用是调整调谐质量阻尼器自振频率，使之与结构的受控自振频率接近达到最优或近优调谐状态，实现对结构反应的最好控制。弹簧系统可用普通螺旋弹簧，也可用气动弹簧。一般来说，对高层建筑，其弹簧沿结构的纵横两个方向都要安装。 (3)阻尼系统 阻尼系统的作用是为调谐质量阻尼器提供阻尼，使之有足够的减振效果。选择阻尼系统的参数时必须考虑两方面：一要使结构地震反应减小；二要使质量块的运动即冲程控制在一定范围内。阻尼器通常采用油压阻尼器，它可以通过调节活塞面积和油的粘滞度来控制阻尼值。阻尼器一般应与弹簧系统配对设置。 (4)质量块支撑系统 对于悬吊式调频质量阻尼器，其质量块支撑系统就是悬吊的挂钩，挂钩与质量块之间摩擦很小，质量块可以自由晃动，这种支撑系统设计比较简单，也不需要附加设备来保证质量块的运动灵敏度。而对于支撑式调频质量阻尼器，由于质量块直接支撑在结构上，因此为了保证质量块运动的灵敏度，必须使质量块支撑系统摩擦阻力很小，这就使得这种系统的做法复杂了。此时这种系统可由数个在钢板上滑动的液压千斤顶组成，也可在质量块与支撑钢板之间增设油压膜。当然最好的途径是用混合控制方法来克服质量块滑动的摩阻力。