8.5 调谐质量减振器

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工程隔振设计标准 GB50463-2019

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8.5.1 调谐质量减振器可用于设备和结构在特定频率范围的振动控制。
8.5.2 调谐质量减振器可采用弹簧质量振子式（图8.5.2-1）、摆式（图8.5.2-2）和悬臂梁式（图8.5.2-3）。

图8.5.2-1 弹簧质量振子式调谐质量减振器
1—主结构；2—质量块；3—弹簧；4—阻尼器

图8.5.2-2 摆式调谐质量减振器
1—主结构；2—质量块；3—吊索；4—阻尼器；5—调频弹簧

图8.5.2-3 悬臂梁式调谐质量减振器
1—主结构；2—质量块；3—悬臂杆；4—阻尼器

8.5.3 调谐质量减振器宜布置在结构所控制振型的峰值处。
8.5.4 调谐质量减振器的设计应符合下列规定：
1 调谐质量减振器应根据工程性能要求，并应结合现场安装条件进行设计；
2 调谐质量减振器运动部分与周围结构间应预留安全距离，并宜设置缓冲装置或限位、锁定装置；
3 调谐质量减振器的调节方式应根据所要求的参数调节范围设置。
8.5.5 调谐质量减振器调谐质量的选取应综合考虑减振效果、结构强度和成本等因素。调谐质量减振器的调谐频率和阻尼比，宜根据荷载类型、评价指标、鲁棒性以及最大工作行程等因素进行优化。
8.5.6 调谐质量减振器的材料及阻尼选择应符合下列规定：
1 主要金属构件宜采用碳素结构钢，其性能应符合现行国家标准《碳素结构钢》GB/T700的有关规定，表面应进行除锈防腐处理；
2 弹簧材料的选材宜符合本标准第8.2节的规定；有防腐要求时，宜选择不锈钢弹簧钢丝或圆钢；
3 宜采用粘滞阻尼、材料阻尼、电涡流阻尼和摩擦阻尼等。

条文说明

8.5.1 调谐质量减振器（Tuned Mass absorber）通过在原系统上附加由质量和弹性元件及阻尼组成的子系统，从而减小原系统振动幅值的装置。调谐质量减振器既可以是有阻尼的，也可以为无阻尼的；既可以利用质量块平移运动的惯性力减振，也可以利用质量块旋转运动的惯性力矩减振。本标准只涉及质量块平移运动的有阻尼调谐质量减振器。

8.5.2 弹簧质量振子型式的调谐质量减振器既可以垂向工作，也可以水平向工作，可用于设备和管道以及大跨度或大悬挑结构的减振。单摆式调谐质量减振器仅能水平工作，可用于细高设备和高层建筑等高耸结构的水平振动的控制，工作频率范围在0.3Hz~3.0Hz较为合适。当调谐质量减振器工作频率较高时，可采用悬臂梁式。悬臂梁式调谐质量减振器水平放置（如图8.5.2-3）时，减振器为垂向工作模式；悬臂梁式调谐质量减振器垂直放置时，减振器为水平工作模式。

8.5.5 主结构在简谐激励力作用下，评价指标为主结构的振动位移时，调谐质量减振器的调谐频率和阻尼比，可按下列公式计算：

主结构在简谐激励力作用下，评价指标为主结构的振动加速度时，调谐质量减振器的调谐频率和阻尼比可按下列公式计算：

式中：f_TMD——最佳调谐频率（Hz）；

——主结构所控制振型的频率（Hz）；
ζ_opt——最佳阻尼比；
μ——调谐质量减振器的质量比；
m_D——调谐质量（kg）；
m_H——主结构所控制振型的等效质量（kg）。
下面根据ChristianPetersen，DynamikderBaukonstruktionen.ViewegVerlagsgesellschaft，2000，以高耸结构为例来说明主结构等效质量的计算方法：

式中：h——结构高度（m）；
ρ（x）——结构沿高度的质量分布（kg/m）；
η（x）——所控制振型的振型向量，需按调谐质量减振器安装点的振幅为1进行标准化。

图17 主结构等效质量的计算

对于等截面悬臂梁，各阶模态的等效质量均为总质量的1/4。对等截面简支梁，第一阶弯曲模态的等效质量为总质量的1/2。

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