[摘要] 建筑结构振动是在结构设计和使用过程中经常遇到的问题,它的成因比较复杂,并且由于每个建筑的实际情况各不相同,故没有固定的解决模式可循。但是总体来说,TMD减振技术是最佳方式,我们一起来看看它的具体措施。
工程设计中应对结构振动问题一般以结构抗振为首要措施,当结构抗振成本较高时,应当采用技术减振措施来应对结构振动问题。
目前,采用调谐振动控制技术解决结构振动问题是一个新途径,其中TMD技术是结构调谐振动控制中的一种重要型式。调谐振动控制系统是通过调节附加在主体上的子结构的自振频率实现对主结构的振动反应控制。该项技术已被广泛应用于建筑结构的减振控制工程中,目前,其在高层建筑、大跨桥梁、高耸结构等工程中应用较多,应用于工业厂房建筑解决结构振动问题的工程实例还不多。
TMD技术是利用共振原理解决振动问题的,一个TMD系统由质量块、弹簧、阻尼器等部分组成,质量块通过弹簧和阻尼器与主结构相连结。在主体结构受到干扰力作用而振动时,质量块也随即产生惯性运动,当TMD系统的自振频率与主结构的激励频率相协调时,TMD系统将通过弹簧、阻尼器向主结构施加反方向作用力来抵消振源设备传入主结构的扰动力,降低主结构的对干扰力的振动响应,TMD技术系统被动产生的消能能力大小和质量块的大小及它与主结构之间的相对运动相关。
TMD系统本身有频率相关局限性。表现在当TMD技术系统的频率与主结构的某一频率接近时,结构的该阶频率振动响应会大幅减小,而结构的其它频率对其响应则无确定性。为了克服TMD技术系统的这种与频率相关的局限性,通常可在一个结构中采用多个TMD技术系统与建筑结构串联,其中每个TMD分别调谐不同的模态频率,采用多个TMD系统能够在较宽频率范围内控制结构的振动。具体工程设计时可利用TMD原理在工程结构中将结构设计成为一个包含主、次结构的一个TMD体系:结构主体部分设计具有较大的刚度,同时设置较柔性的子结构部分,通过子结构来消能减振。
TMD技术体系的概念十九世纪初首次由西方人Frahm提出,后经多次演变改进已基本完善。国内对TMD技术的研究相对较晚,基本上是在20世纪初才开始引入该技术,目前,国内大部分高校对此都进行了较深入的研究。
TMD技术以往的研究主要是应对风和地震对建筑结构的影响,其在西方的应用实例较多、应用效果比较明显,除风与地震荷载之外,国内对它的研究应用也在往更宽的范围探索:如人的活动对大跨轻质楼盖的激励振动影响、设备振动对工业建筑结构激励振动的影响等。现今该技术在国内还处于推广起步期。
TMD减震技术应用于实际工程中需进行详细的时程分析计算。根据具体工程情况考虑质量块的增设问题、质量块相对建筑结构的行程问题、系统支承面与质量块间摩擦阻尼问题。目前工业建筑应对设备振动引发的结构振动问题的减振措施主要是通过设备基座减震技术实现,具体地说,通过在设备基座与建筑结构主体之间设置柔性弹簧、橡胶垫等一般措施,该项减震措施具有相对的局限性,减震效果也受到一定的限制,采用TMD调谐振动控制技术解决厂房结构与设备共振问题的实例还不多。
在这方面有很大的探索空间,可以通过移植、改进把这一先进技术应用到工业建筑领域内,尤其是在一些超大型工业厂房工程建设中的应用更具有广阔的前景。
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