[00139560]超高层摆式电涡流调谐质量阻尼器研发及工程应用

1、总体目标 本项目研究新型摆式电涡流调谐质量阻尼器的减振机理;进行电涡流阻尼系统的性能试验;通过必要的理论分析和数值计算,对超高层建筑中摆式电涡流调谐质量阻尼器的减振控制进行参数优化;选择适当的加设摆式电涡流调谐质量阻尼器的结构模型,进行振动台试验验证效果;对超高层中采用的摆式电涡流调谐质量阻尼器进行细化设计,制定安装方案;从而实现摆式电涡流调谐质量阻尼器在上海中心大厦工程中的应用,并为今后类似案例提供借鉴。 2、创新点 （1）采用电涡流阻尼系统的TMD常用于机械控制方面,近年来在土木工程领域的应用也多局限在桥梁减振和高压输电塔减振,在高层建筑尤其是上海中心这样的重大结构中还很少见。上海中心能够运用电涡流TMD系统可以充分体现上海特色,反映上海的科技水平。 （2）国内外关于电涡流TMD的试验,大多规模小且主体结构集中在单自由度体系,应用于高层结构的电涡流TMD的大型振动台试验为数不多。 （3）阻尼系统与质量块的柔性连接 电涡流阻尼系统通过一定间距下的永磁体和导体相对运动提供阻尼;而摆式调谐质量阻尼器中,质量块作钟摆运动,质量块的高度会发生变化,使永磁体和导体的间距发生变化;此外由于竖向载荷的作用,质量块竖向也会发生位移,导致间距的增大或减小而影响阻尼系统的性能;正因为如此,电涡流阻尼系统无法在摆式调谐质量阻尼器中得到应用。我们设计了柔性连接装置,保证永磁体和导体的间距在任何工况下均能维持恒定,使电涡流阻尼系统可在摆式调谐质量阻尼器中得到应用。 （4）大幅提高摆式调谐质量阻尼器的阻尼性能,提升了阻尼系统的响应、增强了阻尼比的稳定性与耐久性、提高了持续耗能能力、实现了阻尼比的灵活调节,并通过有限元分析及振动台试验的关键技术研究,有效提高了电涡流TMD系统应用在超高层结构的减振效果。 3、研发内容 （1） 电涡流阻尼力分析方法及磁路优化设计 当非磁性导体在磁场中切割磁力线运动时,穿过导体的磁通量就会发生连续的变化,根据法拉第电磁感应定律,导体内就会产生相应的感生电动势,在块状导体中形成类似旋涡的电流,这就是所谓的电涡流。根据楞次定律,导体在磁场中运动时,由于其感生电动势的作用,磁场总是阻碍导体运动。当块状导体在磁场中运动时,由于内部感应电涡流的存在,阻碍作用更加明显,产生的机械阻尼效应具有强烈的制动作用。这种机械阻尼效应我们称之为电涡流阻尼。为深入了解摆式电涡流TMD的减振机理,深入研究了电涡流阻尼的精确计算、磁路优化与设计、强磁场对摆式阻尼器频率的影响分析与实验验证。 （2）电涡流阻尼系统的性能试验 1)小型摆式电涡流TMD试验 考察阻尼比与速度的关系、阻尼比在不同间隙下的变化、不同摆动角度下阻尼比的差异、阻尼比与永磁体面积的关系、疲劳测试及电涡流阻尼系统对摆式TMD频率的影响。 2)中试模型试验 在小型模型的基础上,进行更大尺寸的中试研究,进一步考察影响阻尼性能的各项参数之间的关系。同时,在中试模型中将设计柔性连接装置,既实现永磁体在质量块摆动时平面内的平动与转动,又实现阻尼系统与质量块竖向的自由移动,使永磁体与导体的间距维持恒定,从而保证阻尼系统性能的稳定 （3）有限元分析及振动台试验 进行上海中心摆式电涡流TMD系统风振控制的参数优化、上海中心设置摆式电涡流TMD系统的有限元模拟及摆式电涡流TMD系统连接主体结构的振动台模型试验研究。 （4）工程化应用研究 根据理论和试验结果,结合上海中心大厦工程的主体结构,进行摆式电涡流TMD的构造设计,包括拉索、调频框架、质量块、阻尼系统、限位系统以及相关的预埋板等;并根据现场的施工条件,制定施工方案。