9、调谐质量阻尼器在结构被动控制中的应用与优化

调谐质量阻尼器在结构被动控制中的应用与优化

1. 引言

结构在地震作用下可能会遭受破坏甚至倒塌，即使结构本身足够坚固能够抵抗地震产生的所有力，像博物馆中的架子、橱柜、电子设备和珍贵文物等非结构构件，也可能因强烈的地面运动而受损。因此，被动和主动控制方法被应用于土木结构中，调谐质量阻尼器（TMD）就是其中一种选择，它已被应用于各种土木结构。

例如，台北 101 大楼的球形 TMD 是比较知名的应用案例。此外，柏林电视塔添加了 1.5 吨的 TMD 以消除风致振动，洛杉矶国际机场的 Lax 主题建筑通过添加质量比为 20%的 TMD 进行了抗震改造。为了提高 TMD 的效率，需要添加一个接近结构临界振动模式的附加振动模式，因此 TMD 必须根据结构的特性进行优化调谐。

在 TMD 的优化设计中，主要有两种方法：
- 简化公式法 ：一些研究提出了简化公式，这些公式是针对单自由度主系统得出的，但仅考虑临界振动模式时也可使用。在这些公式中，提出了 TMD 与结构的频率比（fopt）和最佳 TMD 阻尼比（ξd,opt）。这些公式可以通过理论推导并做出一些假设得出，也可以使用元启发式算法，如粒子群优化和人工神经网络。
- 耦合动态分析软件法 ：将动态分析代码或软件与优化过程代码相结合。在 TMD 的优化中，最流行的方法基于元启发式算法，如遗传算法、粒子群优化、和声搜索、蝙蝠算法、蚁群优化、花授粉算法、基于教学学习的优化和 Jaya 算法等。

2. 不同方法的对比分析

2.1 ANN 相关公式