Luận văn thạc sĩ kỹ thuật xây dựng đánh giá hiệu quả giảm chấn của nhiều hệ cản khối lượng multi tuned mass dampers trong kết cấu chịu động đất

Luận văn kỹ thuật xây dựng: Đánh giá hiệu quả giảm chấn động đất của hệ cản khối lượng (MTMD) trong các kết cấu. Nghiên cứu chuyên sâu cho kỹ sư xây dựng.

• Tác giả: Hồ Thị Như Hiền
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Trọng Phước
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Xây Dựng Dân Dụng - Công Nghiệp
• Đề tài: Đánh Giá Hiệu Quả Giảm Chấn Của Nhiều Hệ Cản Khối Lượng (Multi-Tuned Mass Dampers) Trong Kết Cấu Chịu Động Đất
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Đánh Giá Hiệu Quả Giảm Chấn Động Đất

Động đất là một trong những thảm họa thiên nhiên gây ra những thiệt hại to lớn về người và của. Việc nghiên cứu và ứng dụng các giải pháp giảm chấn động đất cho công trình xây dựng là vô cùng quan trọng. Một trong những giải pháp hiệu quả là sử dụng Hệ Cản Khối Lượng (MTMD). MTMD, hay còn gọi là Mass Tuned Mass Damper, là một thiết bị cơ khí được thiết kế để giảm thiểu dao động công trình khi xảy ra động đất. Hiệu quả giảm chấn của MTMD đã được chứng minh qua nhiều nghiên cứu và ứng dụng thực tế. Mục tiêu của bài viết này là đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD một cách toàn diện, từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế, giúp các kỹ sư và nhà quản lý đưa ra quyết định đúng đắn trong việc bảo vệ kết cấu công trình khỏi động đất.

1.1. Tầm quan trọng của việc giảm chấn động đất cho công trình

Động đất gây ra những hậu quả khôn lường, từ thiệt hại về người và tài sản đến ảnh hưởng kinh tế - xã hội. Việc ứng dụng các giải pháp giảm chấn động đất là vô cùng quan trọng để bảo vệ công trình xây dựng và đảm bảo an toàn cho cộng đồng. Các biện pháp thiết kế kháng chấn và sử dụng các thiết bị giảm chấn như MTMD giúp giảm thiểu phản ứng công trình và giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra. Theo số liệu thống kê, các công trình được trang bị hệ thống giảm chấn có khả năng chịu đựng động đất tốt hơn và giảm thiểu đáng kể thiệt hại so với các công trình không có hệ thống này.

1.2. Giới thiệu chung về Hệ Cản Khối Lượng MTMD

MTMD là một hệ thống giảm chấn thụ động bao gồm một khối lượng, lò xo và bộ giảm chấn được gắn vào kết cấu công trình. Nguyên lý hoạt động của MTMD là hấp thụ năng lượng dao động công trình khi xảy ra động đất, từ đó giảm thiểu phản ứng công trình. MTMD được tính toán MTMD và thiết kế sao cho tần số dao động của nó gần với tần số dao động tự nhiên của công trình, giúp tối ưu hóa hiệu quả giảm chấn. Các thông số quan trọng của MTMD bao gồm khối lượng, độ cứng và hệ số cản.

II. Thách Thức Trong Giảm Chấn Động Đất Cho Công Trình Xây Dựng

Mặc dù MTMD mang lại nhiều lợi ích trong việc giảm chấn động đất, việc triển khai và ứng dụng nó vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những thách thức lớn nhất là tính toán MTMD và thiết kế sao cho phù hợp với đặc điểm riêng của từng công trình xây dựng. Việc xác định vị trí lắp đặt MTMD tối ưu và lựa chọn thông số MTMD phù hợp đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về phân tích động đất và dao động công trình. Ngoài ra, chi phí MTMD và vấn đề bảo trì MTMD cũng là những yếu tố cần được cân nhắc kỹ lưỡng. Bài viết này sẽ đi sâu vào các thách thức này và đề xuất các giải pháp để vượt qua.

2.1. Khó khăn trong việc tính toán và thiết kế MTMD hiệu quả

Việc tính toán MTMD hiệu quả đòi hỏi các kỹ sư phải nắm vững kiến thức về phân tích động đất, dao động công trình và thiết kế kháng chấn. Việc xác định chính xác tần số dao động tự nhiên của công trình xây dựng và lựa chọn thông số MTMD phù hợp là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu quả giảm chấn. Sai sót trong quá trình tính toán và thiết kế có thể dẫn đến việc MTMD hoạt động không hiệu quả, thậm chí gây ra những tác động tiêu cực đến kết cấu công trình. Do đó, cần có các phần mềm mô phỏng động đất và công cụ hỗ trợ tính toán chính xác để đảm bảo chất lượng thiết kế MTMD.

2.2. Vấn đề chi phí lắp đặt và bảo trì hệ thống MTMD

Chi phí MTMD là một trong những rào cản lớn đối với việc ứng dụng rộng rãi MTMD trong công trình xây dựng. Chi phí này bao gồm chi phí thiết kế, chế tạo, lắp đặt và bảo trì MTMD. Mặc dù hiệu quả giảm chấn của MTMD đã được chứng minh, nhiều chủ đầu tư vẫn e ngại về chi phí ban đầu. Tuy nhiên, cần xem xét chi phí MTMD trong mối tương quan với giảm thiểu thiệt hại do động đất gây ra. Việc đầu tư vào MTMD có thể giúp tiết kiệm chi phí sửa chữa và tái thiết sau động đất, đồng thời bảo vệ tính mạng con người. Cần có các chính sách hỗ trợ tài chính và khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào MTMD.

III. Hướng Dẫn Chi Tiết Thiết Kế và Lắp Đặt Hệ MTMD Hiệu Quả

Để đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD một cách chính xác, cần tuân thủ quy trình thiết kế và lắp đặt nghiêm ngặt. Quy trình này bao gồm các bước như thu thập dữ liệu về kết cấu công trình, phân tích động đất, tính toán MTMD, lựa chọn vị trí lắp đặt MTMD, kiểm tra độ tin cậy MTMD và thực hiện các thử nghiệm để đảm bảo MTMD hoạt động đúng theo tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn. Việc tuân thủ quy trình này giúp đảm bảo MTMD có thể phát huy tối đa hiệu quả giảm chấn và bảo vệ công trình xây dựng khỏi động đất.

3.1. Phương pháp phân tích động đất và lựa chọn thông số MTMD

Việc phân tích động đất là bước quan trọng đầu tiên trong quy trình thiết kế MTMD. Các kỹ sư cần thu thập dữ liệu về đặc điểm địa chất, lịch sử động đất và các tiêu chuẩn thiết kế kháng chấn hiện hành. Dựa trên kết quả phân tích động đất, các kỹ sư sẽ lựa chọn thông số MTMD phù hợp, bao gồm khối lượng, độ cứng và hệ số cản. Các phần mềm mô phỏng động đất có thể được sử dụng để mô phỏng động đất và đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD trong các điều kiện khác nhau. Việc lựa chọn thông số MTMD cần đảm bảo rằng tần số dao động của MTMD gần với tần số dao động tự nhiên của công trình xây dựng.

3.2. Xác định vị trí lắp đặt MTMD tối ưu trong công trình

Vị trí lắp đặt MTMD có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả giảm chấn. Thông thường, MTMD được lắp đặt ở những vị trí có dao động lớn nhất, chẳng hạn như tầng trên cùng của nhà cao tầng hoặc các vị trí gần với nguồn gây ra dao động. Tuy nhiên, việc xác định vị trí lắp đặt MTMD tối ưu cần xem xét đến nhiều yếu tố, bao gồm kết cấu công trình, phân bố khối lượng và đặc điểm dao động. Các kỹ sư có thể sử dụng phần mềm mô phỏng để mô phỏng động đất và đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD ở các vị trí khác nhau. Việc lựa chọn vị trí lắp đặt cần đảm bảo rằng MTMD có thể hấp thụ tối đa năng lượng dao động và giảm thiểu phản ứng công trình.

3.3. Kiểm định và đánh giá độ tin cậy của hệ thống MTMD

Sau khi thiết kế và lắp đặt, cần tiến hành kiểm định MTMD để đảm bảo độ tin cậy MTMD và độ bền MTMD của hệ thống. Quá trình kiểm định có thể bao gồm các thử nghiệm trên mô hình hoặc trên công trình thực tế. Các thử nghiệm này có thể sử dụng các nguồn gây dao động nhân tạo hoặc dữ liệu động đất thực tế. Kết quả kiểm định sẽ được sử dụng để đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD và điều chỉnh các thông số nếu cần thiết. Việc kiểm định định kỳ cũng cần được thực hiện để đảm bảo MTMD hoạt động ổn định và hiệu quả trong suốt thời gian sử dụng.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Đánh Giá MTMD Trong Các Công Trình

Để minh họa hiệu quả giảm chấn của MTMD, bài viết sẽ trình bày các ví dụ về ứng dụng MTMD trong các công trình xây dựng thực tế. Các ví dụ này sẽ tập trung vào việc đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD trong các điều kiện động đất khác nhau, cũng như so sánh hiệu quả của MTMD với các phương pháp giảm chấn khác. Các kết quả nghiên cứu và phân tích sẽ cung cấp bằng chứng thuyết phục về ưu điểm MTMD trong việc bảo vệ công trình xây dựng khỏi động đất.

4.1. Nghiên cứu điển hình Đánh giá hiệu quả MTMD cho nhà cao tầng

Nhà cao tầng là một trong những loại công trình xây dựng dễ bị ảnh hưởng bởi động đất. Việc thiết kế MTMD cho nhà cao tầng cần xem xét đến các yếu tố như chiều cao, hình dạng và vật liệu xây dựng. Nhiều nghiên cứu đã chứng minh rằng MTMD có thể giảm đáng kể dao động và phản ứng của nhà cao tầng khi xảy ra động đất. Các nghiên cứu này thường sử dụng phần mềm mô phỏng để mô phỏng động đất và đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD trong các điều kiện khác nhau. Kết quả cho thấy rằng MTMD có thể giảm từ 20% đến 50% dao động của nhà cao tầng.

4.2. Ứng dụng MTMD trong giảm chấn động đất cho cầu và công trình giao thông

Ngoài nhà cao tầng, MTMD cũng được ứng dụng MTMD trong việc giảm dao động cho cầu và các công trình giao thông khác. Thiết kế MTMD cho cầu cần xem xét đến các yếu tố như nhịp cầu, tải trọng giao thông và điều kiện địa chất. MTMD có thể giúp giảm thiểu dao động do động đất, gió và các nguồn khác gây ra, từ đó tăng độ bền MTMD và độ tin cậy MTMD của cầu. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng MTMD có thể giảm từ 15% đến 40% dao động của cầu.

V. Phân Tích Ưu Nhược Điểm và So Sánh Với Giải Pháp Khác

MTMD là một giải pháp hiệu quả để giảm chấn động đất, nhưng nó cũng có những nhược điểm MTMD cần được xem xét. So với các phương pháp giảm chấn khác, MTMD có những ưu điểm MTMD và nhược điểm riêng. Bài viết này sẽ phân tích một cách khách quan ưu nhược điểm MTMD và so sánh MTMD với các giải pháp giảm chấn khác, giúp các kỹ sư và nhà quản lý đưa ra quyết định lựa chọn phù hợp với nhu cầu và điều kiện cụ thể.

5.1. Ưu điểm nổi bật của Hệ Cản Khối Lượng MTMD

MTMD có nhiều ưu điểm so với các phương pháp giảm chấn khác. MTMD là một hệ thống giảm chấn thụ động, không cần nguồn điện bên ngoài để hoạt động, giúp tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí. MTMD có thể được thiết kế để giảm thiểu dao động trong một phạm vi tần số rộng, giúp bảo vệ công trình xây dựng khỏi nhiều loại động đất. MTMD có thể được lắp đặt trên các công trình xây dựng hiện có mà không cần thay đổi lớn về kết cấu.

5.2. Những nhược điểm và hạn chế cần lưu ý của MTMD

Bên cạnh những ưu điểm, MTMD cũng có những nhược điểm cần được lưu ý. MTMD có thể chiếm một phần không gian trong công trình xây dựng. Việc tính toán và thiết kế MTMD đòi hỏi kiến thức chuyên môn và kỹ năng cao. MTMD cần được bảo trì định kỳ để đảm bảo hoạt động ổn định và hiệu quả. Hiệu quả giảm chấn của MTMD có thể bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi về tần số dao động của công trình xây dựng.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Nghiên Cứu Về Hệ MTMD

MTMD là một giải pháp hiệu quả để giảm chấn động đất cho công trình xây dựng. Việc đánh giá hiệu quả giảm chấn của MTMD cần được thực hiện một cách toàn diện, từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế. Các nghiên cứu và phân tích cho thấy rằng MTMD có thể giảm đáng kể dao động và phản ứng của công trình xây dựng khi xảy ra động đất. Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu về MTMD để nâng cao hiệu quả giảm chấn, giảm chi phí và mở rộng ứng dụng MTMD trong các loại công trình xây dựng khác nhau.

6.1. Tóm tắt đánh giá hiệu quả giảm chấn của Hệ MTMD

Bài viết đã trình bày một cách tổng quan về MTMD và đánh giá hiệu quả giảm chấn của nó trong việc bảo vệ công trình xây dựng khỏi động đất. MTMD là một giải pháp hiệu quả, có nhiều ưu điểm so với các phương pháp giảm chấn khác. Tuy nhiên, việc thiết kế, lắp đặt và bảo trì MTMD cần được thực hiện một cách cẩn thận để đảm bảo MTMD hoạt động ổn định và hiệu quả.

6.2. Hướng phát triển nghiên cứu và ứng dụng MTMD trong tương lai

Trong tương lai, cần có thêm nhiều nghiên cứu về MTMD để nâng cao hiệu quả giảm chấn và giảm chi phí. Các nghiên cứu có thể tập trung vào việc phát triển các vật liệu mới cho MTMD, tối ưu hóa thiết kế MTMD, nghiên cứu về hệ thống giảm chấn chủ động kết hợp với MTMD, và mở rộng ứng dụng MTMD trong các loại công trình xây dựng khác nhau. Ngoài ra, cần có các chính sách hỗ trợ và khuyến khích các doanh nghiệp đầu tư vào MTMD để thúc đẩy ứng dụng rộng rãi giải pháp này trong thực tế.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 Giới thiệu Hình 1.7 Động đất ở New Zealand 2011 Tại Việt Nam, từ năm 2005 đến nay đã xảy ra nhiều trận động đất với cường độ tương đối lớn. Theo thống kê của Trung tâm Báo tin động đất và Cảnh báo sóng thần (Viện Vật lý địa cầu), chỉ trong 9 tháng đầu năm 2014, cả nước xảy ra 27 trận động đất có độ lớn từ 2,5 đến 4,7 độ mô men. Huyện Bắc Trà My (Quảng Nam) là khu vực có tần xuất động đất nhiều nhất với 11 trận; Sơn La 9 trận; Điện Biên 2 trận; các địa phương Thừa Thiên - Huế, Lào Cai, Nghệ An, Quảng Ngãi mỗi tỉnh một trận. Mặc dù thiệt hại gây ra bởi các trận động đất gây ra ở Việt nam chưa thật sự lớn nhưng điều đó chứng tỏ rằng vỏ trái đất ở Việt Nam cũng không hoàn toàn ổn định.

Các nhà địa chấn học ở trong nước cũng quan tâm nhiều và lập nên bản phân vùng động đất, dãy đứt gãy động đất trên các vùng địa lý của Việt nam. Tiêu chuẩn Xây dựng cũng có ban hành cho công tác thiết kế các công trình của nước ta, đặc biệt là những công trình cao tầng tập trung số lượng người nhiều hay các công trình có tầm quan trọng lớn. Bộ Xây Dựng Việt Nam cũng đã ban hành tiêu chuẩn xây dựng: TCXDVN 375:2006 hướng dẫn cụ thể các trường hợp phải xét đến tác động của động đất, các biện pháp thiết kế kết cấu cho công trình xây dựng, được nghiên cứu, biên soạn trên cơ sở Tiêu chuẩn châu Âu và đồng bộ hóa hệ thống tiêu Đánh giá hiệu quả giảm chấn của nhiều hệ cản khối lượng 6 trong kết cấu chịu động đất Chương 1 Giới thiệu chuẩn xây dựng Việt Nam. Mặt khác, tốc độ đô thị hóa của nước ta đang tăng nhanh nên việc xảy ra những trận động đất trong tương lai có thể gây ra những tổn thất nghiêm trọng về nhân mạng và tài sản.

Từ đây, có thể thấy rằng lĩnh vực nghiên cứu về ứng xử của kết cấu công trình xây dựng chịu động đất đã và đang được quan tâm của rất nhiều nghiên cứu về kỹ thuật kết cấu cả trên thế giới và Việt nam. Trong đó, những nghiên cứu về ứng xử động lực học cũng khá nhiều trong lĩnh vực này. Phương trình chuyển động của hệ kết cấu khi có động đất xảy ra được mô tả như sau: .1) Chi tiết phương trình này sẽ đề cập đến trong các chương tiếp sau, tuy nhiên có thể hiểu đơn giản là ngoại lực tác động chính là lực quán tính do động đất (vế phải của phương trình) sẽ phân chia cho môi trường xung quanh chịu một phần và chính bản thân hệ phải chịu một phần. Nếu phần do bản thân hệ chịu càng lớn thì sinh ra nội lực lớn và nguy hiểm.

Bài toán ứng xử động lực học của kết cấu chịu động đất luôn là đề tài có tính thời sự, thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Việc tìm ra các giải pháp kết cấu mới để chúng ứng xử tốt hơn với động đất, làm giảm bớt tổn thất do động đất gây ra cũng là một hướng nghiên cứu thu hút nhiều sự quan tâm. Giải pháp kết cấu truyền thống để chịu được tải trọng lớn là tăng độ cứng và khả năng chịu lực của kết cấu bằng cách tăng tiết diện các cấu kiện chịu lực như dầm, cột, vách cứng. Tuy nhiên giải pháp này tỏ ra không thực sự hiệu quả lắm vì đã làm tăng giá thành, tăng trọng lượng kết cấu góp phần tăng thêm tải (vế phải phương trình 1.1) do lực quán tính gây ra khi có động đất.

Một trong những hướng nghiên cứu có tính thời sự và cũng có ý nghĩa đó là gắn thêm các thiết bị lên kết cấu để thiết bị này hấp thụ bớt một phần năng lượng do động đất tác động, nhờ vậy mà năng lượng tác động vào kết cấu chính được giảm đi phần nào và vì vậy kết cấu chính sẽ bớt nguy hiểm hơn. Luận văn này theo hướng thứ 2, đó là gắn thêm thiết bị để làm giảm chuyển vị của hệ khi chịu động Đánh giá hiệu quả giảm chấn của nhiều hệ cản khối lượng 7 trong kết cấu chịu động đất Chương 1 Giới thiệu đất. Trong các thiết bị gắn thêm này, hệ cản khối lượng (TMD-Tuned Mass Damper) được chứng minh là có hiệu quả nhất định và cũng đã được ứng dụng.2 MỤC TIÊU CỦA LUẬN VĂN Luận văn phân tích hiệu quả giảm chấn trong kết cấu chịu động đất có lắp đặt nhiều hệ cản khối lượng.  Tìm hiểu về mô hình ứng xử của kết cấu có lắp đặt đồng thời nhiều hệ cản khối lượng M-TMD.

Các hệ cản khối lượng được gắn trên các tầng và thông số được xác định dựa trên các đặc tính động lực học của kết cấu chính và chính thiết bị TMD.  Xây dựng mô hình kết cấu có gắn nhiều hệ cản khối lượng MTMD, thiết lập phương trình chuyển động và phương pháp giải; viết chương trình máy tính để phân tích ứng xử động lực học của hệ khi chịu gia tốc nền của động đất.  Thực hiện việc tính toán số, kết quả số gồm có chuyển vị và nội lực ở các tầng của kết cấu cho thấy hiệu quả giảm chấn của các hệ cản khối lượng khi lắp đặt đồng thời trong kết cấu chịu động đất. Trong luận văn này, hệ kết cấu được mô tả như một hệ hữu hạn bậc tự do động lực học là các chuyển vị ngang của các tầng có gắn thêm hệ cản khối lượng tại mỗi tầng sàn.

Thực ra thì hệ kết cấu thật thường có khá nhiều bậc tự do, chuyển vị đứng, ngang và góc xoay cho mỗi nút; tuy nhiên trong bài toán động đất lực quán tính phương ngang chính là lực nguy hiểm nhất với kết cấu nên mô hình kết cấu với bậc tự do là chuyển vị ngang có độ chính xác vừa phải mà không phải phân tích quá nhiều bậc tự do. Thiết lập phương trình chuyển động của cả hệ khi chịu gia tốc nền của động đất. Bài toán động lực học được giải bằng phương pháp Newmark trong từng bước thời gian của gia tốc nền trên toàn miền thời gian bằng chương trình máy tính được viết bằng ngôn ngữ lập trình MATLAB. Gia tốc nền cũng được lựa chọn từ những trận động đất với phổ tần số trội tương đối gần so với tần số riêng của kết cấu.

Đánh giá hiệu quả giảm chấn của nhiều hệ cản khối lượng 8 trong kết cấu chịu động đất Chương 1 Giới thiệu 1.3 CẤU TRÚC LUẬN VĂN Cấu trúc luận văn gồm 5 chương như sau: - Chương 1 nêu vấn đề, mục tiêu luận văn và cấu trúc luận văn. - Chương 2 Giới thiệu tổng quan một số nghiên cứu đã có trong và ngoài nước liên quan đến đề tài, sơ lược về hệ cản khối lượng MTMD. - Chương 3 Trình bày cơ sở lý thuyết và đưa ra mô hình tính toán, phương pháp số để phân tích ứng xử động lực học của hệ khi chịu động đất. - Chương 4 gồm các ví dụ tính toán để đánh giá hiệu quả của nhiều hệ cản khối lượng.

- Chương 5 Nêu các kết luận và hướng phát triển của đề tài. - Phần cuối là các tài liệu tham khảo sử dụng trong luận văn, mã nguồn chương trình MATLAB. Đánh giá hiệu quả giảm chấn của nhiều hệ cản khối lượng 9 trong kết cấu chịu động đất Chương 2 Tổng quan CHƯƠNG 2.1 GIỚI THIỆU Chương này giới thiệu tổng quan về tình hình nghiên cứu liên quan đến Luận văn. Cụ thể là những nghiên cứu của các tác giả trong và ngoài nước về thiết bị cản khối lượng TMD.

Các nghiên cứu này phần lớn được trích dẫn từ các tài liệu tham khảo và có đánh giá để làm cơ sở để đưa ra hướng thực hiện Luận văn.2 HỆ CẢN KHỐI LƯỢNG TMD Hệ cản TMD (hình 2.1) là thiết bị hấp thu năng lượng được sử dụng trong nhiều kết cấu, được mô tả bao gồm một khối lượng thứ cấp, một lò xo và một cản nhớt, TMD được gắn vào kết cấu chính để tiếu tán một phần năng lượng có hại.1 Hệ cản điều chỉnh khối lượng (TMD) Đánh giá hiệu quả giảm chấn của nhiều hệ cản khối lượng 10 trong kết cấu chịu động đất Chương 2 Tổng quan Tần số của hệ cản được điều chỉnh (tuned) đến một tần số riêng của kết cấu để khi tần số này được kích động thì hệ cản sẽ cộng hưởng lệch pha với chuyển động của kết cấu và năng lượng sẽ tiêu tán do lực quán tính của hệ cản tác dụng vào kết cấu. TMD được đề xuất lần đầu tiên bởi Hermann Frahm (1909), đề xuất này liên quan đến ý nghĩa của việc giảm dao động cộng hưởng phát sinh trong thân vật thể chịu những tác động mang tính chu kỳ mà cụ thể là làm giảm chuyển động của con tàu chịu tác động của bộ truyền động. Một kết cấu chỉ thực sự nguy hiểm khi tần số của lực kích thích xấp xỉ với tần số dao động riêng của vật thể (vì xảy ra cộng hưởng). Do đó, hiệu quả của TMD phụ thuộc vào tần số riêng của vật thể và tần số của lực tác động.

Việc lựa chọn các thông số tối ưu cho TMD lần đầu tiên được Den Hartog (1985) đưa ra, kể từ đó các thông số tối ưu cho TMD được nghiên cứu rộng rãi. Sau đó lý thuyết về TMD được nghiên cứu và phát triển mạnh. Có rất nhiều nhà khoa học đã nghiên cứu về TMD. McNamara đã công bố nghiên cứu trong bài báo Tuned Mass Damper for Buildings.

Trong nghiên cứu này, TMD được gắn vào hệ kết cấu một bậc tự do đại diện cho những nhà cao tầng đã được nghiên cứu. Phương trình hệ thống được xây dựng và giải quyết cho các tác động đầu vào khác nhau. Thông số thiết kế của hệ cản được đa dạng để nghiên cứu trong việc giảm phản ứng. Những kết quả trong hầm thí nghiệm gió được giới thiệu và ứng dụng thực tế của hệ cản theo tỉ lệ được minh họa.

Warburton (1981) nghiên cứu các thông số tối ưu của TMD với kết cấu hai bậc tự do. Thông số tối ưu được xác định cho thiết bị hấp thu năng lượng khi gắn hệ cản khối lượng vào hệ kết cấu chính có hai bậc tự do, thực hiện cực tiểu hóa đối với phản ứng điều hòa của khối lượng đó.