Lavfrekvent Massedemper (Low Frequency – Tuned Mass Damper)

Beskrivelse:

En TMD er en ekstra dempingsanordning som brukes i ulike konstruksjoner.Mange bygninger som; fotgjengerbroer, skorsteiner, lettvekts- og lange tregulv. trapper etc. har kritiske egenfrekvenser i samme område som eksitasjonskreftene, samtidig som de har lav intern demping. For denne typen av bygninger kan en TMD med fordel brukes til å forbedre enten; gangkomforten på en bro (ved økt demping av egenfrekvensen), eller for å øke den strukturelle sikkerheten for bygninger og konstruksjoner etc.

En typisk TMD består av en konstruksjonsmasse som hviler på stålfjærer og en viskøs demper. En TMD kan også utformes som en pendeldemper for applikasjonstyper som vindturbintårn etc.

En TMD kan utformes for å fungere enten; vertikalt, horisontalt eller i torsjonsretninger.

Produktspesifikasjon:

En TMD er et tilpasset produkt og er designet og produsert i henhold til de oppgitte spesifikasjonene. I hvert tilfelle er TMD utformet til en tuningsfrekvens Ft, som kan bli funnet når egenfrekvensen til hovedstrukturen er kjent. TMD Mass, TMD-dempingskoeffisient og fjærkonfigurasjon estimeres ved å optimalisere og finne minumumresponsen for et hovedsystem + TMD, ved å løse de relaterte differensiallikningene.

Finitiv elementanalyse kan også brukes til å forutsi det globale  svaret med en TMD implementert i FE-modellen.

 

TMD:                            Område fra 50 kg-
TMD:                            Område fra 0,5 Hz-30 Hz
TMD frekvens:         ± 10 %
Farge og overflatebehandling: acc. krav
Installasjonstype: acc. krav

tmdlowfig1

Bilde 1. Vertikal TMD for bro

Eksempel: Fotgjengerbro i Malmö

Under konstruksjonen av fotgjengerbroen ved Bagers Plats i Malmö, ble det åpenbart at det ville kreve en TMD, da den laveste vertikale egenfrekvensen ble beregnet til 1,85 Hz. En TMD-løsning ble designet. I alt ble 2 TMD med en vibrasjonsmasse på hver 340 kg installert i midten av broen.

tmdlowfig2

Bilde 2. FE modell av bro, av Grontmij A/S

tmdlowfig3

Bilde 3. Bagers Bro i Malmö

Dempingsforhold for bro med blokkert TMD: 1,5%
Dempingsforhold for bro med TMD: 9,0%
På grunn av den økte dempingen av det første vertikale stykket har bevegelsene for gående personer blitt dempet, og komfortkriteriene blir oppfylt.

Applikasjoner og Generell teori om TMD

Tuned massedempere blir vanligvis implementert i følgende typiske applikasjoner:

• Fotgjengerbroer og trapper etc., som kan bli beveget når det hoppes eller går på de. Dette er først og fremst et komfortproblem og ikke et strukturelt problem.

• Kontorgulv og lignende blir beveget enten ved å hoppe/gå eller av maskiner. Kan forårsake både komfort- og/eller strukturelle problemer.

• Undervanns olje- og gassrørledninger. Eksitasjoner av bølgetrykk.

• Høye og smale bygninger, som; broer, skorsteiner og tårn, som lett kan beveges av vind som forårsaker farlige situasjoner for konstruksjonen.

Eksempel: TMD under kontorgulv

Dette er en ikke klassisk TMD-løsning, da den består av en sandwichplate med begrensende demperlag. Plassering av støttepunkter, dimensjoner på platen resulterer i en frekvens som ligner den faktiske bøyemodusen til gulvet.

En vanlig TMD med fjærer og demper kan også brukes.

Ettersom gulvet er en 2D-struktur, må flere TMD-er installeres for å redusere responsene ved et gitt tilfelle.

 

tmdlowtakbild

 

Den foreløpige utformingen av en TMD til en fotgjengerbro er basert på klassisk teori ved bruk av SDOF-metoden (single degree-of-freedom), da den dynamiske oppførselsen av konstruksjonen er beskrevet av en lineær kombinasjon av flere forskjellige harmoniske svingninger. Konstruksjonen kan derfor omdannes til forskjellige ekvivalente massefjær-oscillatorer, hver med en SDOF (single degree-of-freedom)enkelt grad av frihet.

tmdlowsdof

tmdlowcurves