CN112326240A - 一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统及方法，属于阻尼器性能检测技术领域，建筑物主体结构上安装有调谐质量阻尼器、多个加速度传感器，加速度传感器与数据采集仪连接，用于采集振动响应，数据采集仪与工控机连接，用于分析振动加速度响应时程，确定主体结构自振频率和振动阻尼比，进而检测出调谐质量阻尼器的减振效果。工控机能够控制调谐质量阻尼器和主体结构之间的主动驱动装置，使得主体结构的振动过程经过自由振动衰减和调谐阻尼器控制下的振动衰减两个阶段，分别测量这两个阶段主体结构的振动加速度响应时程，并计算出自振阻尼比，从而实现调谐质量阻尼器对主体结构减振性能的量化评估，整个检测过程方便快捷。

Description

一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统及方法

技术领域

本发明属于阻尼器性能检测技术领域，尤其涉及一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统及方法。

背景技术

近半个世纪以来，国内外众多学者致力于结构振动调谐质量阻尼系统的研发。调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper, TMD）是通过将其自振频率调谐至主体结构自振频率附近，使其与主体结构共振并耗散主体结构振动能量的一种减振控制装置。调谐质量阻尼器特别适用于高柔结构（高层建筑、高耸结构）的风致振动控制，近年来逐渐被推广应用。

大量理论分析结果表明，调谐质量阻尼器在高柔结构风振控制中具有良好的减振效果，减振效果体现在调谐质量阻尼器对主体结构附加的阻尼比。近年来，随着社会经济水平的提高和建筑技术的进步，高柔结构越来越普遍，相应地，调谐质量阻尼器也逐渐广泛应用于烟囱、电视塔、高层建筑等高柔结构的风致振动控制中。调谐质量阻尼器的减振效果通常通过理论分析或小模型试验的方法确定，在实际工程应用中，对于部分体量较小的塔类结构，可采用冲击激励或拉索初位移激励的方法，测定调谐质量阻尼器对高柔结构的附加阻尼比；而对于体量较大的高层建筑，往往通过风荷载作用下的加速度时程响应分析来确定调谐质量阻尼器的减振效果，但风荷载下的结构阻尼比较小，阻尼比识别误差大，且由于风荷载的随机性和不可重复性，调谐质量阻尼器在实际工程应用中的减振效果难以准确量化评估。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统及方法，利用工控机控制调谐质量阻尼器与主体结构之间的主动驱动装置，使得主体结构的振动衰减过程经过自由振动衰减和调谐阻尼器控制下的振动衰减两个阶段，分别测量这两个阶段主体结构的振动加速度响应时程，并计算出自振阻尼比，即可实现调谐质量阻尼器的性能检测，检测过程方便快捷。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统，包括安装在高层建筑主体结构上方的调谐质量阻尼器，调谐质量阻尼器、主体结构均与主动驱动装置连接，主动驱动装置与工控机信号连接；主体结构上安装有多个加速度传感器，加速度传感器与数据采集仪信号连接，数据采集仪连接与工控机信号连接。

进一步地，所述调谐质量阻尼器的惯性质量块通过吊索悬吊或橡胶支座支承或导轨支承在主体结构上方。

进一步地，所述惯性质量块与主体结构一侧的连接构件之间安装有主动驱动装置。

进一步地，所述主动驱动装置为液压驱动装置或电机驱动装置。

利用上述检测系统进行高层建筑调谐质量阻尼器性能检测的方法，包括如下步骤：

步骤1：工控机控制主动驱动装置工作，驱动调谐质量阻尼器和主体结构振动，加速度传感器检测主体结构振动加速度值并通过数据采集仪传递至工控机；

步骤2：主体结构振动加速度值达到设定值时，工控机控制主动驱动装置制动，锁定调谐质量阻尼器，主体结构自由振动衰减，同时工控机实时接收从数据采集仪传递过来的主体结构加速度响应时程；

步骤3：工控机分析振动加速度响应时程，获取主体结构自振频率以及自振阻尼比；

步骤4：工控机继续控制主动驱动装置工作，驱动调谐质量阻尼器和主体结构振动，使得主体结构的振动达到与步骤1中相同的加速度值；

步骤5：工控机控制主动驱动装置关闭，不向惯性质量块施加主动驱动力，利用调谐质量阻尼器控制主体结构的振动响应；

步骤6：工控机继续接收并分析主体结构振动加速度响应时程，获取新的自振频率和振动阻尼比，计算得到调谐质量阻尼器对主体结构附加的阻尼比。

进一步地，所述步骤3和步骤6中，自振频率通过傅立叶分析和功率谱分析获取；自振阻尼比通过对数衰减率获取。

进一步地，所述工控机通过随机减量的方法获取主体结构振动加速度数据。

进一步地，改变所述工控机对主体结构的激励工况，能够获得不同工况条件下调谐质量阻尼器对主体结构的附加阻尼比。

本发明具有如下有益效果：

与现有技术相比，本发明所述的性能检测系统，在工控机的控制下，通过主动驱动装置给调谐质量阻尼器和主体结构施加确定的、可重复的驱动力，使得主体结构的振动衰减过程经过自由振动衰减和调谐阻尼器控制下的振动衰减两个阶段，实现定量检测调谐质量阻尼器对主体结构的附加阻尼比，有利于调谐质量阻尼器对主体结构减振性能的量化评估，且整个检测过程方便快捷，检测结果更加精准；通过改变幅值、频率等激励工况条件，能够很方便地检测出不同工况条件下调谐质量阻尼器对主体结构的减振效果。

附图说明

图1为本发明所述调谐质量阻尼器性能检测结构示意图；

图2为本发明所述调谐质量阻尼器性能检测流程图。

图中：1-主体结构；2-惯性质量块；3-刚度元件；4-阻尼元件；5-导轨；6-连接构件；7-主动驱动装置；8-工控机；9-数据采集仪；10-加速度传感器。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上方”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因为不能理解为对本发明的限制；术语“安装”等应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接，可以是直接相连，也可以是通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通；对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示，本发明所述的调谐质量阻尼器性能检测系统，包括高层建筑物主体结构1、调谐质量阻尼器、主动驱动装置7、加速度传感器10、数据采集仪9及工控机8。调谐质量阻尼器安装在主体结构1上方，其中，调谐质量阻尼器惯性质量块2通过吊索悬吊或橡胶支座支承或导轨支承在主体结构1上方，本实施例优选为主体结构1上方设有导轨5，用于支承调谐质量阻尼器惯性质量块2。惯性质量块2与主体结构1之间通过调谐质量阻尼器的刚度元件3、阻尼元件4连接，优选地，惯性质量块2单侧设有刚度元件3和阻尼元件4，且刚度元件3和阻尼元件4均与主体结构1一侧的连接构件6连接。惯性质量块2与主体结构1另一侧的连接构件6之间安装有主动驱动装置7，主动驱动装置7为液压驱动装置或电机驱动装置，本实施例中的主动驱动装置7优选为液压驱动装置。主动驱动装置7与工控机8信号连接，用于驱动调谐质量阻尼器和主体结构1振动。主体结构1上安装有多个加速度传感器10，加速度传感器10与数据采集仪9信号连接，用于采集主体结构1的振动响应；数据采集仪9与工控机8信号连接，用于分析主体结构1振动加速度响应时程，确定主体结构1自振频率和振动阻尼比，进而检测出调谐质量阻尼器的减振效果。

利用上述调谐质量阻尼器性能检测系统进行检测的方法如图2所示，具体包括如下步骤：

步骤1：工控机8控制主动驱动装置7工作，驱动调谐质量阻尼器和主体结构1振动，加速度传感器10将实时检测到的主体结构1振动加速度值传递给数据采集仪9，由数据采集仪9传递给工控机8进行分析处理。

步骤2：当主体结构1的振动加速度值达到设定值时，工控机8控制主动驱动装置7制动，此时调谐质量阻尼器锁定，主体结构1处于无控状态，即主体结构1实现自由振动衰减；与此同时，工控机8实时接收从数据采集仪9传递过来的主体结构1加速度响应时程。

步骤3：工控机8接收并分析主体结构1振动加速度响应时程，通过傅立叶分析和功率谱分析确定主体结构1的自振频率，通过对数衰减率得到主体结构1的自振阻尼比。

步骤4：工控机8继续控制主动驱动装置工作，驱动调谐质量阻尼器和主体结构1振动，使得主体结构1的振动达到与步骤1中相同的加速度值。

步骤5：工控机8控制主动驱动装置7关闭，不向惯性质量块2施加主动驱动力，采用调谐质量阻尼器控制主体结构1的振动，即利用调谐质量阻尼器对主体结构1减振，同时，工控机8继续接收从数据采集仪9传递过来的主体结构1的加速度响应时程。

步骤6：工控机8继续接收并分析主体结构1振动加速度响应时程，计算得到新的主体结构1自振频率和振动阻尼比，进而计算出调谐质量阻尼器对主体结构1附加的阻尼比。

步骤7：工控机8改变对主体结构1的激励工况，包括幅值、频率等工况条件，接着重复上述步骤，即可获得不同工况下调谐质量阻尼器对主体结构1的附加阻尼比，从而全面判断调谐质量阻尼器的减振效果，获知调谐质量阻尼器的性能状况。

在上述性能检测过程中，工控机8在分析加速度数据时，通过随机减量的方法得到更精确的主体结构1振动加速度数据。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统，其特征在于，包括安装在高层建筑主体结构（1）上方的调谐质量阻尼器，调谐质量阻尼器、主体结构（1）均与主动驱动装置（7）连接，主动驱动装置（7）与工控机（8）信号连接；主体结构（1）上安装有多个加速度传感器（10），加速度传感器（10）与数据采集仪信号连接（9），数据采集仪连接（9）与工控机（8）信号连接。

2.根据权利要求1所述的高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统，其特征在于，所述调谐质量阻尼器的惯性质量块（2）通过吊索悬吊或橡胶支座支承或导轨支承在主体结构（1）上方。

3.根据权利要求1所述的高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统，其特征在于，所述惯性质量块（2）与主体结构（1）一侧的连接构件（6）之间安装有主动驱动装置（7）。

4.根据权利要求1所述的高层建筑调谐质量阻尼器性能检测系统，其特征在于，所述主动驱动装置（7）为液压驱动装置或电机驱动装置。

5.利用权利要求1至4中任一项所述的检测系统进行高层建筑调谐质量阻尼器性能检测的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：工控机（8）控制主动驱动装置（7）工作，驱动调谐质量阻尼器和主体结构（1）振动，加速度传感器（10）检测主体结构（1）振动加速度值并通过数据采集仪（9）传递至工控机（8）；

步骤2：主体结构（1）振动加速度值达到设定值时，工控机（8）控制主动驱动装置（7）制动，锁定调谐质量阻尼器，主体结构（1）自由振动衰减，同时工控机（8）实时接收从数据采集仪（9）传递过来的主体结构（1）加速度响应时程；

步骤3：工控机（8）分析振动加速度响应时程，获取主体结构（1）自振频率以及自振阻尼比；

步骤4：工控机（8）继续控制主动驱动装置工作，驱动调谐质量阻尼器和主体结构（1）振动，使得主体结构（1）的振动达到与步骤1中相同的加速度值；

步骤5：工控机（8）控制主动驱动装置（7）关闭，不向惯性质量块（2）施加主动驱动力，利用调谐质量阻尼器控制主体结构（1）的振动响应；

步骤6：工控机（8）继续接收并分析主体结构（1）振动加速度响应时程，获取新的自振频率和振动阻尼比，计算得到调谐质量阻尼器对主体结构（1）附加的阻尼比。

6.根据权利要求5所述的高层建筑调谐质量阻尼器性能检测方法，其特征在于，所述步骤3和步骤6中，自振频率通过傅立叶分析和功率谱分析获取；自振阻尼比通过对数衰减率获取。

7.根据权利要求5所述的高层建筑调谐质量阻尼器性能检测方法，其特征在于，所述工控机（8）通过随机减量的方法获取主体结构（1）振动加速度数据。

8.根据权利要求5所述的高层建筑调谐质量阻尼器性能检测方法，其特征在于，改变所述工控机（8）对主体结构（1）的激励工况，能够获得不同工况条件下调谐质量阻尼器对主体结构（1）的附加阻尼比。

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