调谐减震技术的文件综述
调谐质量吸振器钢轨减振降噪技术应用
真结果表明其减振效果 十分 明显．
关键词 ： 减振 ； 调 谐 质 量 阻尼 钢 轨 ； 吸振 器 中图分类号 ： Ｕ２ １ ３ ． ２ 文献标志码 ： Ａ 文章编号 ： １ ６ ７ ３ — ４ ６ ０ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ５ — ０ ０ ９ ６ — ０ ６
年来 在北 京 、 上海、 广州、 深 圳等 城市 ， 地铁采 用 了各 种减 振 轨道 和 减振 措施 ， 减 振 级别 逐 步 提高． 但是， 在
我 国城市 地铁 轨道减 振取得 很 大成绩 和成果 的 同时 ， 由轨道交 通减 振带来 的 问题 也接 踵而 至 ， 如过 度波磨
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｎｏ ｗａ ｄ ａ ｙ ｓ ｍｏ ｒ ｅ ａ ｎ ｄ ｍｏ ｒ ｅ ｐ ｅ ｏ ｐ ｌ ｅ ｐ ａ ｙ ａ ｔ ｔ ｅ ｎ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｏ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｕ ｒ ｂ ａ ｎ ｒ ａ ｉ ｌ ｔ ｒ ａ ｎ ｓ ｉ ｔ
ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ． Ｔｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｅ ｎ ｔ ｓ ｔ ｈ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｏ ｆ ｔ ｕ ｎ ｅ ｄ ｍａ ｓ ｓ ｄ ａ ｍｐ ｅ ｒ （ ＴＭ Ｄ） ｒ ａ ｉ ｌ ａ ｔ ｈ ｏ ｍｅ ａ ｎ ｄ ａ ｂ ｒ ｏ ａ ｄ ，ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｐ ｒ ｉ ｎ ｃ ｉ ｐ ｌ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｖ ｉ ｂ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ ｎ ｏ ｉ ｓ ｅ ．
建筑减隔震技术应用综述
第 40 卷第 1 期2024 年2 月结构工程师Structural Engineers Vol. 40 ， No. 1Feb. 2024建筑减隔震技术应用综述王流1，2，3，*王新娣1，2刘卓1，2（1.无锡建顾减隔震科技有限公司，无锡 214104； 2.上海佑铁轨道科技有限公司，上海 200092；3.云南双翔建设检测技术有限公司，昆明 650599）摘要随着我国《建设工程抗震管理条例》于2021年9月1日的颁布施行，减隔震技术在“两区八类”建筑上已作为强制性的执行技术措施。
对现阶段国内外常用的结构减隔震技术的应用情况进行了总结，分别介绍了减隔震的产品体系、减隔震结构的工作原理及减震效果、减震与隔震的经济性等对比，以及如何做到满足设防地震作用下正常使用要求。
关键词减隔震产品体系，减隔震的工作原理，减震与隔震的经济性等对比，正常使用要求Overview of Building Seismic Mitigation and IsolationWANG Liu1，2，3，*WANG Xindi1，2LIU Zhuo1，2（1.Wuxi Jiangu Seismic Reduction and Isolation Technology Co. LTD.， Wuxi 214104， China；2.Shanghai Youtie Rail Technology Co.LTD.， Shanghai 200092， China；3.Yunnan Shuangxiang Construction Testing Technology Co.LTD.， Kunming 650599， China）Abstract With the promulgation and implementation of the Administrative Regulations on Earthquake Resistance of Construction Projects in China on September 1，2021，the seismic mitigation and isolation technology has been used as a mandatory technical measure in buildings within two zones and eight categories. In this paper， the authors summarize the application of structural vibration reduction and isolation technology commonly used in China at this stage. This paper introduces the product system of seismic absorption and isolation，the working principle and damping effect of seismic absorption and isolation structures，the comparison between the economy of seismic absorption and isolation，and how to meet the normal use requirements of buildings under the action of earthquake fortification.Keywords seismic mitigation and isolation product system，working principle of seismic mitigation and isolation，comparison of economy between seismic absorption and isolation，requirements for normal use of buildings0 引言1972年，美籍华裔学者姚治平首次将振动控制理论应用于结构抗震设计，提出消能减震的概念［1］。
调谐质量减震技术文献综述
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
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结构工程新进展文献综述
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。
调谐质量阻尼器的减震原理
调谐质量阻尼器的减震原理
在工程应用中，机械设备在工作时引起振动，相对于静态载荷，振动产生的交变应力往往对设备危害更大，会导致机器工作中精度无法保证，组成机器设备的零件疲劳破坏，最终影响其正常工作，同时振动会产生噪声，对环境也是一种污染。
因此对于有害的振动，应该要考虑如何去避免。
抑制振动主要通过抑制振源、隔振、减振、振动的主动控制等方式实现。
减振就是在振动的主系统上，通过添加一个子系统来转移或耗散掉主系统上的振动能量，从而减小主系统的振动，包括动力吸振、阻尼吸振、冲击减振等方式。
其中动力吸振是将主系统的振动能量转移到添加的减振子装置上，从而减小主系统振动。
调谐质量阻尼器(Tuned mass damper，简称TMD)就属于动力吸振中被动调谐减振控制装置的一种，可以减轻结构的动态反应。
TMD作为子结构附加到主结构上，通过被动谐振将主结构的振动的能量转移到子结构上，也就是阻尼器上，从而抑制主结构的振动。
调谐质量阻尼器的减振性能在于准确的调频。
当阻尼器的自振频率与主体结构频率相近，那么子结构的振动会非常强烈，会对主结构产生一个与外部激励反向的作用力，从而使得主结构的振动减小。
调谐质量阻尼器减震控制的研究发展趋势
调谐质量阻尼器减震控制的研究发展趋势作者：张国军张宇鑫 BillieF.Spencer来源：《上海师范大学学报·自然科学版》2017年第02期摘要：综述了土木工程结构减震控制的研究现状，讨论了调谐质量阻尼器（TMD）的工作原理，评述了TMD的国内外研究进展，最后阐述了TMD的研究和发展的趋势.关键词：结构减震控制；被动控制；调谐质量阻尼器；多重调谐质量阻尼器；最优参数；稳健性中图分类号： TU 311.3 文献标志码： A 文章编号： 10005137（2017）02026909Abstract： The research status of civil engineering structural vibration control has been summarized in this paper.The working principleof tuned mass damper （TMD）has been discussed，and its research progressat home and abroad has been reviewed.Finally，wesummarized the research and development tendency of TMD.Key words： structural vibration control； passive control； tuned mass damper； multiple tuned mass damper； optimized parameters； robustness0 引言地震，是地壳快速释放能量过程时造成的振动，期间会产生地震波.全球每年发生约550万次地震.地震常常造成严重的人员伤亡，能引起火灾、水灾、有毒气体泄漏、细菌及放射性物质扩散，还可能造成海啸、滑坡、崩塌、地裂缝等次生灾害.传统的抗震途径是通过调整构件的尺寸和强度改变建筑结构刚度，增强其对变形抵抗能力，但这种方法有时难以兼顾经济性和美观的要求，调整结构尺寸也往往有很多限制因素.采用振动控制技术，在工程结构的一些部位装设隔震垫之类的装置或调谐质块类子结构装置，或通过施加外力来改变、调整结构的动力特性或动力作用，起到合理控制工程结构在地震时的加速度、速度、位移等动力反应作用，以达到减震的效果[1].1 结构减震控制研究现状土木工程结构减震控制是通过在结构上安装耗能减震装置来减轻或抑制结构由于外荷载作用引起的反应.土木工程结构振动控制技术的发展经历了如下几个阶段：被动控制、主动控制、半主动控制、混合控制、智能控制[2].1.1 被动控制被动控制一般不依赖外部能源，利用结构自身的某些构件在构造上加以处理，或者在结构的某个部位附加控制装置或构件，以改变结构体系的动力特性.被动控制由于不需要外部提供能源，且构造简单、成本低廉、易于维护而被广泛应用.被动控制按照其减震机理可分为：隔震、耗能减震和吸振减震（调谐减震）三大类.结构隔震是指在结构物底部与基础面（或底部柱顶）之间设置某种隔震装置，减小地震能量向上部结构传递，从而减少上部结构的反应.通常所说的隔震指的是基底隔震，它包括上部结构、隔震装置和下部结构三部分.隔震一般适用于短周期的中低层建筑和刚性结构.合理的结构隔震设计可使结构的水平地震加速度反应大幅降低，从而提高结构物的地震安全性，有效地减轻结构的地震破坏.耗能减震体系是在结构的抗侧力构件中嵌入或并联能吸收、耗散地震能量的附加阻尼器，由附加的耗能元件消耗掉结构中地震运动输入的能量，而主体结构只吸收或存储一少部分能量，从而保证主体结构的安全.耗能元件大体可分为两类：位移相关型耗能元件，如金属阻尼器和摩擦阻尼器；速度相关型耗能元件，如粘滞液体阻尼器和粘弹性阻尼器.调谐减震技术通常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.目前，调谐减震装置主要有调谐质量阻尼器（TMD）、调谐液体阻尼器、质量泵、液压-质量控制系统、悬挂结构体系调谐液柱式阻尼器以及摆式质量阻尼器等.TMD是一种附加在结构上的减震子结构，由弹簧、阻尼器和质量块组成，质块一般通过弹簧和阻尼器支撑或者悬挂在主结构上.当结构受到外部荷载作用产生振动时，子结构通过连接装置与结构一起振动，由此产生的能量会通过惯性力反作用于主结构，以及部分被阻尼器所消耗，实现减震的目的.作为被动控制技术之一，TMD发展较为成熟，减震效果明显，施工操作简单，因而被广泛应用于国内外结构工程中.调谐液体阻尼器（TLD）是将一定形状的盛水容器固定在结构上的一种装置，该装置的减震原理是结构减震带动了容器中液体的晃动，容器箱壁和液体之间碰撞产生了控制力，液体晃动时会吸收一部分的能量，这两种因素都减小了结构的减震，从而起到了减震控制的效果.1.2 主动控制与被动控制不同，主动控制需要外部提供能源，结构物在外部激励作用下发生减震的过程中，外部瞬时施加力或瞬时改变结构的动力特性，以迅速衰减和控制结构的减震反应.主动控制的主要特点是应用外部能源和现代控制技术对结构施加主动控制力.由于控制力大小可以随输入激励而改变，故控制的效果基本上不依赖于外部激励的特性.在提高建筑物抵抗不确定性地面运动的能力，直接减少输入的干扰力，以及在地震发生时连续、自动调整结构动力特性等方面均优于被动控制，特别适用于结构的风振控制.主动控制装置主要包括主动质量阻尼器（AMD）、主动质量驱动器（Active Mass Driver）、主动拉索（ATS）和主动支撑（ABS）等.1.3 半主动控制半主动控制仅需要外部提供较低能量来提供控制力，其工作原理是通过输入或者反应信息进行切换控制系统的工作状态，通过调整改变结构的阻尼和刚度来达到减震的目的.半主动控制同时具有主动和被动两种控制的特点，但是半主动控制所涉及到的关键技术是设计并实现可控的减震环节和控制策略，而这并不会比主动控制技术和被动控制技术简单，有时更加复杂.半主动控制最具有代表性的控制装置主要有主动变刚度系统（AVS）、主动变阻尼系统（AVD）、磁流变阻尼器、压电摩擦阻尼器以及电流变阻尼器等.1.4 混合控制混合控制顾名思义在一个结构上会同时使用两种或者两种以上的控制系统，使其相互之间共同的协调工作，该控制不仅能够利用被动控制系统耗散大量的振动能量，而且还可以通过主动控制系统保证良好的控制效果，混合控制系统可以有效地抑制结构的振动响应.目前，混合控制装置系统主要有：AMD和TMD组成的混合质量阻尼控制系统、主动控制和基础隔振组成的混合基础隔振系统以及主动质量阻尼系统与液体质量控制系统等.1.5 智能控制智能结构是利用机敏材料特性、计算机技术、微电子和现代控制理论等对结构进行智能控制，使结构可以感知环境和自身特性，采用最优控制策略做出合理响应的结构，目前更多是使用智能控制的说法.智能结构系统可以解决当前工程上一些难以解决的实际问题，而且将推动许多学科和技术的发展，它代表着先进的新型材料与传统的土木工程结构相结合这一重大的学科研究发展方向，具有巨大的发展潜力.2 TMD原理3 TMD的研究发展TMD起初主要用于减小风振响应.当结构在外激励作用下产生振动时，带动 TMD系统振动，TMD 系统产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对主结构的振动产生调谐作用，从而达到减小结构振动的目的.TMD的优点是安装简单、方便，维修更换容易.缺点是TMD对于在一般场地上（中高频）的高层建筑、高耸结构、大跨度结构等柔性（低频）结构，控制效果明显有效，而对于软弱（高频）地基上的刚性（高频）结构，控制效果较差.3.1 TMD的早期研究TMD最早是由Frahm[4]在1909年发明的一种吸振器，如图2所示.它由一个小的质量m以及一个刚度为k的弹簧组成的子结构连接于弹簧刚度为K的主质量M上.在简谐荷载的作用下，当所连接吸振器的固有频率与激励频率相同时，主质量M能够保持静止状态.在此后很长的一段时间里，研究者们在对 TMD 减震的理论研究[3-38]，以及实际应用方面做了大量工作.美国研究者最早进行了减震的理论研究，并在高层建筑结构中应用了 TMD 装置.许多早期的研究仅仅局限于动力吸振器在工作频率以及基本频率协调的机械工程系统中的应用.但是建筑结构在受到如风和地震等环境荷载的作用下不仅只有一个频率，而是有许多的频率分量.在多自由度和有阻尼建筑结构中，TMD的动力吸振器的性能完全不同.因此在过去20 多年里，许多的研究与开发工作就定位于研究TMD 在这种复杂减震环境中的减震控制效果.3.2 TMD的拓展研究3.2.1 单个TMD 的研究单个 TMD 的研究大多仅是集中在对结构的控制效果以及最优控制参数的理论研究方面.为使TMD的控制效果达到最佳，即扩大其能量耗散能力，关键是把TMD的振动频率调至结构振动频率附近并选用适当的阻尼.频率对单个 TMD 的控制效果的影响非常大，当频率略微的偏离设计时，单个 TMD 的控制效果将会有很大程度的下降.文献[5]在传统TMD理论的基础上，从累积能量和瞬时能量角度研究TMD 装置的减震机理及影响因素，进一步完善TMD的理论研究.研究表明：结构附加 TMD 装置后，各累积能量响应和瞬时能量响应均有明显的减小；改变主结构动力特性，TMD 系统主结构各瞬时能量和累积能量响应有明显的改变；增加主结构阻尼比，结构位移、速度及加速度响应均有所减小，结构（累积与瞬时）阻尼耗能增加，而滞回耗能和转移能则急剧减小.文献[6]将TMD运用于润扬北汊斜拉桥地震反应控制，分析发现TMD使斜拉桥结构的阻尼耗能减少了30%，主梁跨中和端部的横向位移减少了12%，竖向位移减少了24%，表明TMD能有效控制大跨斜拉桥在地震作用下的振动.文献[7]将TMD减震技术运用于高架桥梁：在低频外部激励作用下，当TMD频率与桥墩频率比为2.5～4.5时，可使桥梁中梁与墩的相对位移响应幅值减小60%以上，墩顶加速度响应幅值减小40%以上.文献[8]提出由调谐质量块、扭转质量块及扭转杠杆等组成的双向水平及扭转TMD，利用其自身的平移和转动可以实现对结构水平及扭转振动控制，表明合理布置的多维TMD能有效降低结构在水平两向及扭转方向的振动，其减震效果明显优于传统的单向TMD.文献[9]研究了不规则建筑主动TMD（ATMD）减震的行为，分析了不规则建筑的标准化偏心系数（NER），扭转对侧向频率比（TTFR）及地震卓越频率（DGF）对ATMD控制不规则建筑位移响应时的最优参数和有效性的影响，结果表明：1）控制平动位移时，DGF对ATMD最优参数和有效性的影响较控制扭转角位移时的大；2）对扭转柔性结构（侧扭频率比小于1.0），DGF对ATMD最优参数和有效性的影响较显著.文献[10]提出了一种新的控制策略——双重TMD（DTMD）和一种新的优化目标函数.DTMD是由2个质量块通过阻尼器和弹簧串联成的结构系统，具有和传统的TMD和MTMD不同的能量耗散方式，能够在结构固有频率摄动较大时仍保持较好的耗能减震性能.文献[10]进行了TMD/AMD 模型的模拟振动台试验研究，从试验手段上对整个TMD/ AMD 装置和现阶段比较流行的直驱式 AMD 直线电机系统的相关特性进行了深入的研究，并引入能量法对试验结果进行分析，进一步从试验方面验证了TMD/AMD 系统的能量平衡和传递理论；对带限位 TMD 的动力可靠度进行了探讨.提出了基于投资-效益准则的 TMD/AMD 减震装置的优化设计方法.文献[11]设计制作出一个摩擦摆TMD.对装有摩擦摆TMD的4层钢框架结构进行了振动台试验，结果表明当激励频率接近结构受控自振频率时，摩擦摆TMD能够有效地减小结构的动力反应和抑制结构共振，减震率在50%以上.Kaynia等[14]和Sladek等[15]发现TMD对减小地震反应不是很有效.后来提出的多重TMD（MTMD）可以消除单个TMD 不足.Wong等[16]用能量原理研究了TMD对非线性结构的效应，发现只要TDM能有效地吸收能量就能够减少塑性能量的耗散从而免遭结构损伤，但是结构进入小位移塑性时TDM吸收能量减少.文献[17]对于多层房屋提出了一种TDM的稳健性设计，研究表明：随着TDM系统总质量的增加，它的性能亦增加；实际上，建筑物的反应亦减小且对不确定的参数变得不敏感.地震动参数影响结构的反应及相应的TDM的最优性能和特性.文献[18]提出新的一种脉冲方法代替了古典H∞方法，这两种方法均进行了分析脉冲和近场记录下单自由度和多自由度线性结构的实验，数值评估了在脉冲地面运动下脉冲定向设计的优缺点.3.2.2 MTMD的研究近几年来，国内外的研究学者们在单个 TMD 的理论和技术基础上提出了多重TMD （MTMD）的新概念，对于受到较宽频带的外激励建筑结构，MTMD 系统可以有效减震控制.[19-22]主要研究了MTMD结构刚度和质量摄动的稳健性即讨论结构频率变化对MTMD控制有效性的影响问题，从而为设计提供一些有益的参考.文献[19]评价了双层多重TMD （DMTDM）控制策略的性能，提出的双层多重TMD（DMTMD）比本文作者最近提出的基于任意整数的多重TMD（AIATMD）和当前国际上研究的基于奇数的多重TMD （ONMTMD）具有更好的有效性和稳健性.但DMTMD中小质量块的冲程大于AIATMD和ONMTMD的冲程，这是DMTMD的缺点.文献[20]采用了一种新型的减震方法：共享TMD （STMD）法.当附属结构频率接近时共享STMD有很好的减震效果.STMD对附属结构频率摄动的稳健性较差，随着附属结构频率摄动所导致的频率偏离，其减震效果大幅减小；对主体结构频率摄动的稳健性较强.STMD减震效果和相应的最优参数对场地条件不敏感.文献[21]通过分析单自由度结构体系，建立摩擦力与阻尼之间的关系，利用Matlab进行地震响应时程分析，选用线性二次型调节器（LQR）算法作为控制算法，以实例分析在多遇地震作用下MTMD系统的减震效果.结果表明，可控摩擦力的MTMD系统非常适用于高耸结构的减震控制，该系统能够随地震反应实时产生足够的摩擦阻尼消耗地震输入结构物的能量，达到减小结构地震响应的目的.Xu等[22-24]等研究了在简谐激励和白噪声激励下结构MTMD的性能和最优参数，表明MTMD优于单个TMD.Abe 等[25]研究表明合适设计的MTDM较单个TDM更有稳健性.Kevin等[26]用能量原理研究了MTMD对非线性结构的效应，发现MTMD能够使结构消散大量的地震能量从而减小结构的损伤，但是塑性能量损耗对地震震动参数显得尤为敏感，MTMD对结构的上部薄弱楼层并不起作用.文献[27]为了研究钢筋混凝土巨型框架结构体系的抗震性能及其地震作用损伤机理，设计制作 1∶25 的缩尺模型，并设计加工了一套TMD装置安装在模型结构顶部，进行振动台试验，得到结构的动力特性和位移响应，并对比分析了TMD 的减震效果.结果表明：峰值加速度为0.14的地震波作用后（相当于原型 B 度多遇地震），模型结构处在弹性工作状态，在峰值加速度为0.4的地震波作用后（相当于原型 B 度基本烈度），模型结构出现轻微破坏，在峰值加速度为0.880的地震波作用后（相当于原型 B 度罕遇地震），模型结构出现中等破坏，该原型结构可以满足抗震设计的要求；TMD装置具有较好的减震效果.文献[28]为研究围护墙多功能减震结构的减震特性和减震效果，按1∶3缩比制作围护墙钢框架减震结构模型和非减震结构模型，并进行模拟地震振动台试验，研究不同工况下的模型结构动力特性及随着输入不同加速度峰值的 EL Centro波，地震波激励下的加速度反应和位移反应.结果表明：结构的自振频率和振型控制与TMD的个数有关，减震结构对于控制结构的加速度和位移响应非常有效，顶层的减震幅度最大，并在地震波加速度为4 m/s2时，减震效果最佳.通过减震指标动力放大系数和减震率共同评价减震结构对加速度反应和位移反应的控制，说明减震结构对位移的控制效果更优.3.2.3 ETMD的研究现阶段，针对 TMD 的现状，国内外的研究学者们仍然进行着大量的改进和扩展研究，提出了利用结构内部的设备和装置等作为质量体对结构减震进行消能减震，并将其称为 ETMD.这种系统不像 TMD 那样需要额外增加质量，大大减轻了系统所要承载的负担.目前该系统已经被广泛应用于海洋平台的减震控制，取得了很好的效果.文献[29]提出的内部子结构TMD （ITMD）是一种利用建筑自身的某一独立单元（内部子结构）作为质量块通过弹簧、阻尼器和橡胶支座等媒介与主体结构相互作用而形成的一种新的减震耗能系统.分析结果表明ITMD 系统的安装，能够较好地减少地震效应，具有简单、高效、经济等优点.3.2.4 NES的研究传统线性吸振器（例如TMD）的适用频带较窄，对最优阻尼比及频率失调的稳健性较差.只有多个吸振器联合作用才能实现多模态控制.而利用非线性能量阱（NES）的宽频吸振特性进行减震，只需有限个吸振器，即可达到较好的减震效果，使得其优化参数较易确定，近期受到广泛关注.具有靶向能量传递与耗散（TET）功能NES振子是一种新型的非线性吸振振子，其刚度为硬化立方刚度.该振子可认为是一种特殊的Duffing振子，NES振子通常不具有线性刚度项，或具有非常弱的线性刚度.Duffing振子可根据其立方刚度的正负号，分为硬弹簧Duffing 振子和软弹簧Duffing振子.而NES又可视为一种特殊的硬弹簧Duffing振子，即线性刚度为0的硬弹簧Duffing振子.立方刚度可通过能提供非线性回复力的材料获得，也可通过构件特定的组装或构造而产生的几何上的非线性提供非线性回复力获得.与TMD走过的路类似，最初的NES减震应用于单自由度主振动系统，Vakakis等（2003）[30]将其推广应用到具有多个自由度的系统，并指出连接NES后存在能量捕捉的连锁反应可能，即能量从各个模态顺序迁徙到NES振子.文献[31-32]基于TMD的原理，通过振动台模型试验，进行了悬浮顶层减震结构系统的研究.这种结构由主结构与悬浮顶层组成，采用叠层橡胶支座作为二者之间的连接装置，它与顶层楼体共同形成一个大型的TMD系统.试验表明：这种新型的减震结构系统在不同地震波的作用下，主结构顶层的加速度响应减少了26.06%～58.64%.文献[34-39]研究了各种各样的安装在弹性主结构上的NES装置（包括Ⅰ型NES、Ⅲ型NES、Ⅵ型NES和Ⅵ型NES等）消能减震作用.文献[34]提出了一种新的曲线轨道能量吸收器（图3），附加质量运动的轨道形状决定能量吸收器的非弹性恢复力.在弹性主结构上安装了一个完全被动控制非弹性能量曲线轨道NES（图4）用来快速消耗数量相当大的地震能量.在脉冲激励下，轨道NES能够和调谐TMD 一样减小结构反应并保持结构的稳健性.在地震作用下，曲线轨道NES也能够有效减小结构反应，但是它的减震效果不如调谐TDM，但在减小结构刚度方面更具稳健性.文献[35]通过振动台实验研究了当受到地面运动时装有Ⅲ型NES的大型主结构的反应.研究表明，这种能量吸收器可大大降低弹性主结构的地震反应.总之，文献[34-39]主要研究的是NES的弹性主结构上的减震作用，而对于NES用于非弹性主结构的地震反应至今还缺乏研究.4 TMD的展望TMD由于其构造简单，成本低廉，性能可靠，是目前工程中应用最广的控制方法之一.近二十多年来，国内外诸多学者进行了TMD研究、MTMD研究、ETMD研究和NES研究，进而在此基础上演变出来的其他TMD如：变摩擦TMD、变阻尼TMD、调谐质量摩擦阻尼器及调谐质量非线性黏滞阻尼器等.研究的TMD种类繁多，研究方法从理论分析、数值模拟、可靠度分析直至模型实验研究等，均取得巨大的研究成果.下面针对TMD的未来研究做简单阐述：（1）对TMD的理论研究已经较为成熟，还缺乏系统全面实验研究；（2）对TMD用于风控制的研究已经较为成熟，TMD用于地震控制的研究还不是很成熟；（3）TMD参数优化设计方法需从本质原理上加以分析研究；（4）TMD需从结构的随机响应分析及动力可靠度分析研究其减震性能；（5）线性TMD和非线性TMD研究主要是针对弹性主结构的减震反应分析，针对非弹性主结构的减震反应分析还缺乏系统地研究；（6）对TMD的实验研究主要是针对小比例模型弹性主结构的减震实验研究，而针对非弹性主结构和足尺主结构的减震实验研究还较为缺乏.参考文献：[1] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑抗震设计规范：GB 500112010 [S].北京：中国建筑工业出版社，2010.Ministry of Housing and UrbanRural Construction of the People′s Republic of China.Code for seismic design of buildings：GB 50011-2010 [S].Beijing：China Architecture and Building Press，2010.[2] 周福霖.工程结构减震控制 [M].北京：地震出版社，1997.Zhou F L.Vibration control of engineering structures [M].Beijing：Seismological Press，1997.[3] Yao J T P.Concept of structure control [J].Journal of structure division，1972，98（7）：1567-1574.[4] Rana R，Soong T T.Parametric study and 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城市轨道交通减振降噪文献综述 2
昆明学院文献综述论文题目城市轨道交通的轨道减振技术研究作者姓名李道刚指导老师郭磊魁学科（专业）轨道交通运营与管理所在学院自动控制与机械工程学院提交日期二零一三年十二月目录1.绪论 (3)1.1选题背景及研究目的 (3)1.2课题主要研究内容 (3)2.城市轨道交通减振存在的问题以及减振的具体措施 (4)2.1城市轨道交通减振存在的问题分析 (4)2.2城市轨道交通减振的主要方法 (5)2.2.1 钢轨扣件减振形式 (6)2.2.2 弹性支承块轨道结构 (7)2.2.3 浮置板轨道结构 (7)3.总结 (8)参考文献 (10)1. 绪论1.1 选题背景及研究目的地铁轨道交通作为现代化城市公共交通中的运输工具，以其运量大、方便、快捷、环保、节能等优势，近几年在我国发展迅速。
由于地铁轨道交通工程一般穿行人口密集区域，它在带给人们出行快捷和方便的同时，其运行中产生的环境问题也给沿线居民生活和工作带来影响，在一定程度上制约了城市轨道交通的发展。
其中以噪声和振动为主要的影响因素。
研究和解决城市轨道交通的减振问题，对于改善沿线居民的生活环境，实现城市轨道交通可持续发展具有十分重要的现实意义[1]。
1.2 课题主要研究内容地铁运行的振动主要产生于轮轨间的作用力。
各种原因决定了车轮不是理想的几何圆形，轨道也不是绝对平直和刚性的，同时车体的结构振动也会影响轮轨问的作用力。
车辆运行时轮轨之间会出现不断变化的轮轨作用力从而产生振动。
这种振动通过结构(路基和隧道基础等)传递到周围的地层，并经过地层向四周传播，激励附近地下结构或地面建筑物产生振动并进一步诱发室内结构和家具的二次振动。
地铁交通引起的环境振动具有持续性。
据相关调查，一列地铁列车通过时在地面建筑物上引起的振动持续时间约为10s。
在一条地铁线路上，运营高峰时刻双向每小时可通过30对列车或更多。
振动的总持续时间可达到地铁总工作时同的15％～20％，其对环境产生的振动影响是不容忽视的 [2]。
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。
调液阻尼器减振效应研究的综述和展望_刘立平
调液阻尼器减振效应研究的综述和展望*刘立平1,2, 李英民1, 韩 军1, 吕 辉1(1.重庆大学 土木工程学院,重庆 400045;2.重庆交通科研设计院,重庆 400067)摘要:调频液体阻尼器(Tuned L iqu i d Da m pe r,简称TL D)作为一种被动耗能减振装置,近年来在结构减振中得到应用。
从减振原理、影响因素、分析方法、设计方法等方面对TLD近年来所取得的成果进行了总结,并探讨了TLD研究的发展趋势,指出TLD数值仿真技术、非线性分析、可控TLD研究和开发、地震下的减振效应以及TLD-结构设计方法将是下一步的研究重点。
关键词:调液阻尼器;TLD;减振效应中图分类号:TU398 文献标识码:A 文章编号:1006-7329(2006)04-0132-06R evie w of Current Research on the R educi ngV i brati on A cti on w ith Tuned L i qui d Da mperLI U L i-ping,LI Y ing-m in,HAN Jun,L¨U Hui(Coll ege o f C i v il Eng i neering,Chongqi ng U nive rsit y,Chongqing400045,China)Abst ract:The t u ned liquid da m pe r(TLD),as a passi v e energy dissi p ation sy ste m,has been app lied in struct u r a l v i-b r a ti o n abso r p tion in r ecent years.I n this pape r,the achieve m ents in t h e st u dy on the princip l e o f da mp i n g,infl u encing fac t o rs,ana l y sis and design m ethods ar e generalized.The trend o f the TLD developm en t is discussed.The r esea r ches in-cluding nu m e rical e mu lation technology o f TLD,non-linearit y ana l y sis,r esearch o f contr o l-TLD,effect o f da m ping unde r seis m ic shock and constr uction design m ethods consi d eri n g the TLD a r e the f u t u re e m phases.K eywords:Tuned Li q u i d Da m pe r;TLD;e ffec t o f da mp i n g 结构振动控制作为一种有效的手段,近年来受到重视。
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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。
知网的简单检索，相关文章39.中国知网的搜索，关于调谐减震的发展前景，只找到一篇关于此类的文章万方数据的搜素，在全库内容中进行简单检索只发现54篇相关论文，较多的研究该技术在结构中的应用，开创性的减震技术理论并未获得突破，主要还是前景和一般经验的预测。
维普网的检索，期刊上相关调谐减震技术内容也并不多见。
同样的检索内容在中国科技论文在线有7527条相关内容，但是论文相关度并不高，关于减震方面更是少之又少。
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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