【導(dǎo)讀】

阻尼器減振的原理是質(zhì)量塊的慣性會產(chǎn)生一個反作用力，使得阻尼器在建筑受到風(fēng)的作用力搖晃時，發(fā)生反向擺動。據(jù)悉，昨天“上?；垩邸币呀?jīng)開始擺動。無論是2019的臺風(fēng)利奇馬，還是本次登陸的臺風(fēng)煙花，因為有了這樣的鎮(zhèn)樓神器擺動減振，上海中心這座中國第一高樓才能“穩(wěn)如泰山”。

這臺鎮(zhèn)樓神器的學(xué)名叫做“電渦流擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（簡稱“TMD”）

TMD系統(tǒng)的思想來源是Frahm在1909年研究的動力吸振器,當(dāng)時主要用于控制機械的振動，如圖1所示。在簡諧荷載作用下，當(dāng)所連接的吸振器的固有頻率被確定為激勵頻率時，主質(zhì)量M能保持完全靜止。

TMD系統(tǒng)是一個由剛度元件（彈簧)、阻尼元件（阻尼器）和慣性質(zhì)量組成的單自由度子結(jié)構(gòu)振動系統(tǒng)。

TMD系統(tǒng)對結(jié)構(gòu)進行振動控制的機理是:當(dāng)結(jié)構(gòu)在外激勵作用下產(chǎn)生振動時，帶動TMD系統(tǒng)一起振動，TMD系統(tǒng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)上，調(diào)諧這個慣性力，使其對主結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生調(diào)諧作用，從而達到減少結(jié)構(gòu)振動反應(yīng)的目的。為了說明TMD系統(tǒng)的減振原理，將其和主結(jié)構(gòu)簡化為兩自由度的質(zhì)量、彈簧、阻尼體系，如圖2所示。

當(dāng)所在高樓在外力的作用下（比如風(fēng)吹），首先大樓本身就會產(chǎn)生一個抖動，畢竟世界上不存在絕對剛體，因此常識中看上去堅固無比的鋼筋混凝土大樓，實際上就是一個超大型的彈性體，雖說如此，但從大樓自身安全以及內(nèi)部人員的體驗感來講，大樓不能有大幅度的晃動，由于TMD的自身振動頻率與大樓的主體結(jié)構(gòu)頻率相近，因此在遇到外部大風(fēng)的情況下，TMD的振動就會比較劇烈（相比于大樓振動而言），因為原本屬于大樓振動的部分能量都被轉(zhuǎn)移到TMD上面來了。

因此這時候TMD的振動行為就顯得非常關(guān)鍵，在質(zhì)量塊以及彈性元件（如彈簧）的與作用下，會產(chǎn)生一個大廈主體反向的共振行為，說到這大部分朋友應(yīng)該都明白了，既然都是反向振動了，那大廈本身的抖動自然也就被減弱了。

看到這，也許部分朋友有疑問了，你剛才提到了這個TMD的三個組成部分，其中就有一個彈簧，但是我看臺北101大樓的那個金屬球以及上海中心大廈的鎮(zhèn)樓神器，可都是那吊索吊著的啊，好像沒有彈簧吧？

沒錯，能觀察到這一點的朋友很細心。但實際上這并不是什么大疑問，因為所謂的彈簧，其實提供的是一個回復(fù)力，而這種回復(fù)力也可以通過擺動方式達到，畢竟重力會迫使金屬球趨于最低點。

雖然大樓在TMD的幫助下，主體本身不會明顯晃動，但是這個振動能量卻是一直存在著的，只是轉(zhuǎn)移到TMD身上了，因此這時候我們也要考慮如何消耗掉這些能量才行。那么如何才能使一顆擺動的大金屬塊靜止下來呢？

靠空氣阻力？沒錯，一般情況下，單擺在失去外部動力下，依靠空氣阻力最終就能停下來，但你要知道如果讓一顆上千噸重的物體吊在大樓里就那么晃著，顯然不是辦法，這時候阻尼器就派上用場了。

然后阻尼器也是分好多種類的，比如油阻尼、黏滯阻尼、電渦流阻尼等等，比如臺北101大廈的阻尼器就是油壓阻尼器，而上海中心大廈的就是電渦流阻尼，這是比較先進的一種阻尼方式，因為我們知道，所謂阻尼，其實就是阻止運動繼續(xù)進行，因此最簡單的方式就是利用直接接觸，讓擺動的質(zhì)量塊停下來。

然而長時間的直接接觸使用，就不得不面臨機械摩擦、還需要定期潤滑、維修等等。但是電渦流阻尼不存在這樣突出的弊端，因為它依靠的電磁效應(yīng)，所以不必直接接觸。

其核心原理只需要中學(xué)物理水平就能理解。當(dāng)一個金屬導(dǎo)體在磁場中運動，或者處于變化的磁場中，那么金屬導(dǎo)體內(nèi)部就會產(chǎn)生感應(yīng)電流，并且這種電流會在導(dǎo)體內(nèi)部形成回路，也就是渦流狀的電流。

時由楞次定律，我們可以輕易知道，如果這個導(dǎo)體在磁場中運動時，會存在一股阻尼力，也就是阻礙運動進行（類似于阻尼擺）。

以“電渦流擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器”為例，其質(zhì)量塊會與一個永磁體固定在一起，之后通過上述過程，質(zhì)量塊的巨大動能轉(zhuǎn)為了電阻熱能，如此一來，也就很好的實現(xiàn)了耗能減振的目的。

除了擁有先進的電渦流擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器之外，上海中心大廈之所以的穩(wěn)如泰山的原因還有一個，那就是它獨特的外形，每升高一層，就會扭曲近1度，而這樣的構(gòu)形也能夠?qū)Φ钟_風(fēng)影響起到一定幫助。