調諧質量阻尼器
關注創建者：姜講蔣醬 創建時間：2023-03-01
調諧質量阻尼器的實例教程
故此，被譽為"定樓神球"的調諧質量阻尼器廣泛應用開來。
調諧質量阻尼器是超高層建筑應對風致振動，在強風時降低加速度響應、降低大樓晃動幅度，提高建筑內部人員舒適度的一種裝置。一般由幾百上千噸的質量塊、吊索、常規阻尼器、限位阻尼器組成。
一般說，在正常的風壓狀態下，距地面高度為10米處，如風速為5米/秒，那么在90米的高空，風速可達到15米/秒。若高達300-400米，風力將更加強大，即風速達到30米/秒以上時，摩天大樓會產生晃動。
簡單的說就是一般的摩天大樓都會在有風的情況下搖晃，阻尼器裝置就是減輕摩天大樓產生的晃動。
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臺北101大廈
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臺北101大廈（2003年10月竣工）設置有世界最大的風阻尼器，其外觀為金色球體，直徑達5.5米，重680公噸（等于680000千克）。此風阻尼器不僅為全球最大，也是全球唯一外露式的，可供游客參觀。
臺北101大廈的風阻尼器從92層吊下來，像鐘擺一樣抵消臺風的風力，用巨大的液壓式活塞緊緊系在大樓結構上。
一旦大樓移動，阻尼器也跟著動，只不過方向相反，就靠這股抵抗力緩和風勢，活塞讓阻尼器不會過度擺蕩。
展開 關鍵詞： MTMD 被動控制 頻率響應方程 參數優化
一、概述
早在1909年，美國的Frahm[1]就提出用一個質量的運動來控制或削弱另一個質量的運動這一概念并申請了專利，在這之后，人們進行了大量的研究。Frahm當時提出調諧質量吸振器這一設備是為了減小船舶的動力反應，后來慢慢地應用于土木工程領域房屋建筑，用來減小建筑在風、地震作用下的振動和使用荷載所引起的振動（如跳舞）。對于調諧質量阻尼器的研究，在相當長的時間內，絕大多數都集中在單個調諧質量阻尼器的研究[1，2].
由于TMD發揮作用的前提是準確調頻，STMD僅為一個頻率值，由于各種各樣的原因受控振型的頻率很難準確知道，而且在振動過程中結構的頻率也會發生變化，因此STMD的準確調頻幾乎不可能實現，在實際中也就難以應用，而且在一個位置設置一個較大的質量從設計和施工的角度來看也難以實現，因此需要采用TMD的其它形式。為了解決提高TMD對主系統和TMD自身不確定因素的魯棒性（Robustness），最近幾年，一些學者開始研究 MTMD[3，4，5，6，7，8].但是，上述對 STMD、MTMD的研究實際上均是針對單自由度主結構而言的，而且真正進行TMD實橋地震分析的也很少。本文采用頻域分析法考慮TMD在多自由度結構中的位置和結構振型特征，推導了具有MTMD的MDOF結構受控振型廣義坐標的頻率響應方程，據此進行MTMD的參數優化和設計，同時還給出了一座橋的算例。
二、MDOF結構中MTMD受控報型的頻率幅值方程
設結構的自由度為m，TMD的個數n（設為奇數），MTMD的頻率以控制振型的頻率為中心已按一定的間隔等間距分布，為了便于加工和制作，每個TMD采用相同的剛度和阻尼常數，僅有質量發生變化。
展開 相關研究包括包括多調諧質量阻尼器（MTMD）、分布式多調諧質量阻尼器（DMTMD），局域共振超材料或超結構等。
（a）土木結構中的代表性寬頻振動問題
（b）航空領域的分布振子控制
（c）汽車領域的分布振子控制
圖1 寬頻振動問題的背景
問題
由于高頻密集模態的復雜性，目前評估分布阻尼振子的控制效果還主要依靠參數分析與試驗，這不便于工程應用。
后與德國公司合作安裝了12個半主動調諧質量阻尼器，用來抑制振動。
12. 2010年10月10日，法國-德國新斯特拉斯堡-凱爾鐵路橋(NewStrasbourg-KehlRailroad Bridge)開通、橋梁為沃倫式桁架橋，跨徑組合為107.28+131.12m。橋寬12.5m。
13. 2010年10月10日，瑞典烏爾佩拉-特拉薩普大橋(Vulpera/Tarasp Bridge)開通。大橋為預應力砼變截面箱梁剛構橋，跨徑組合為59+104+73m，橋寬9m，橋面距谷底水面70m。
14. 2013年10月10日，中國臺灣新竹縣竹林大橋下游側建成通車。竹林大橋橋長855.3m，主跨120m，橋寬30m，2014年11月4日，上游側通車。
15. 2014年10月10日，中國湖北武漢藏龍二橋開通。藏龍二橋采用多孔V型剛構橋，主橋跨徑組合為40+5x60+40m，橋面寬27.5m，分左右兩幅。
16. 2015年10月10日，法國克雷伊的納爾遜曼德拉步行橋(Nelson Mandela Footbridge)開通。橋梁為單塔懸索橋，主跨80m，橋寬4.0m，塔高28m。
17. 2016年10月10日，中國廣東深圳前海7號景觀橋正式通車。前海7號景觀橋又稱夢海桂灣河橋，為三跨預應力砼魚腹板連續箱梁橋，跨徑布置為50+80+50m。
來源：敦樸小兵
展開 同時，斜拉橋這類索結構橋梁其剛度與荷載是高度相關的，如果該橋使用的是調諧質量阻尼器很可能會由于剛度和頻率的改變使阻尼器效能降低。總之這樣的作法是比較危險的，希望全國其他地區的交管部門千萬不要效仿。
知乎網友B
起來看到這個回答，怎么說呢，他說的更適用于跨度幾百米的特大橋。但是現在題目里出現“跨徑為75m+45m,主塔及主梁均為預應力鋼筋混凝土結構”這座大橋，還是有針對性一點比較好。
除了針對性不強（并不是說都錯），我還特別不贊同下面這句話
這樣做顯示了交通管理部門對于橋梁結構的無知，可能會導致非常嚴重的后果。
那么多設計院做后盾呢，就算不懂，就不會去問嗎？又不難！這句話完全是這位作者一拍腦袋的結果，實在無法贊同。
希望全國其他地區的交管部門千萬不要效仿。
慎重推廣就好，不要搞的橋梁很脆弱一樣。
好了，補充點答案（沒計算過，全靠經驗，歡迎打臉）
1、為啥我不考慮風載，因為這風可能對橋影響不大。
上面也說了，這橋跨度才75m（下面那座橋也不大），寬度34m，其實按照正常設計，都不需要做斜拉橋（可能是為了景觀）。
不是說這座橋不需要斜拉索，意思是，這座橋不僅僅靠索來受力，剛度會比較大，振動類的情況不太可能出現（而且有那么多車壓重）。
2、那個回答，還搞錯了一個點，就是設計會考慮橋面處25m/s的風與車輛共同作用，不是50年一遇。
這次臺風多大呢，在余姚算12級吧（最大36.9m/s，這次臺風中心附近也才38m/s），也就是2.2倍（平方關系）設計風載，但是，這橋太小了啊，沒多少風載的，多1.2倍，也沒多多少；
3、臺風天不會出現的荷載：溫差（一般浙江正負25度）和梯度溫度。
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調諧質量阻尼器的最新內容
—EEU
11,548,626：用于飛機的調諧質量阻尼器
Steven F Griffin et al., assignors to The Boeing Company
在多旋翼飛行器（如四軸飛行器）中，通過一個柔性元件將電池懸掛在飛機結構上，從而減少彎曲振動，該柔性元件可在適當的頻率范圍內抑制結構振動。
彈簧只能在一個方向上發生變形，是典型的1維單元；同理殼單元（shell）需要XY兩個方向來定義，是2維單元；四面體，六面體是3維單元，也稱為實體單元；對象可以看做質點的為0維單元，比如稱之為“定樓神球"的調諧質量阻尼器。
五、混合控制
將主動控制與被動控制結合起來，應用或采用其它復合控制方式通常稱為混合控制，其最常用的形式是用作動器拖動調諧質量阻尼器 (HMS )。
海上風力發電機第一彎曲模態的整體阻尼包括空氣動力阻尼、由結構裝置（如調諧質量阻尼器）產生的阻尼和附加阻尼（如結構、水動力和土壤阻尼）的組合。與陸上結構相比，附加阻尼進一步受到土壤阻尼和水動力阻尼等效應的影響.現有的分析方法可用于估算靜止和旋轉風力渦輪機的氣動彈性阻尼。
相關研究包括包括多調諧質量阻尼器（MTMD）、分布式多調諧質量阻尼器（DMTMD），局域共振超材料或超結構等。
同時，斜拉橋這類索結構橋梁其剛度與荷載是高度相關的，如果該橋使用的是調諧質量阻尼器很可能會由于剛度和頻率的改變使阻尼器效能降低。總之這樣的作法是比較危險的，希望全國其他地區的交管部門千萬不要效仿。
知乎網友B
起來看到這個回答，怎么說呢，他說的更適用于跨度幾百米的特大橋。
這樣的結構往往需在結構的高層設置調諧質量阻尼器。
這座臺灣高層建筑建在一個多風且地震極活躍地區，因此大樓裝備了一個660噸的鋼鐘擺，作為一個調諧質量阻尼器以減輕因風引發的結構運動。臺風或地震引發的任何建筑物的位移都將使懸掛的平衡塊產生振蕩，從而吸收能量，使大樓得以穩定，不至于產生大幅振動。而我們這座新橋的設計方案也采用了同樣的方法。
所謂玻璃球振動阻尼，又名調諧質量阻尼器（Tuned Mass Damper），簡稱TMD，就是剛剛提到的阻礙人齊步走的大玻璃球。其實，這些玻璃球阻尼還暗藏玄機，它們里面設置有機關：鋼板彈簧和粘滯阻尼。在橋梁振動時，這些阻尼器內部就會跟著起到相反作用，產生遏制橋梁振動的作用力。
至于水箱減震法，則是在橋底下裝有四組大水箱，其在自然狀態下產生的波浪振動與橋體的振動不同步。
后與德國公司合作安裝了12個半主動調諧質量阻尼器，用來抑制振動。
12. 2010年10月10日，法國-德國新斯特拉斯堡-凱爾鐵路橋(NewStrasbourg-KehlRailroad Bridge)開通、橋梁為沃倫式桁架橋，跨徑組合為107.28+131.12m。橋寬12.5m。
