CN101806104B - 一种悬吊式的调频质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种悬吊式的调频质量阻尼器，包括弹簧、质量块和粘滞流体阻尼器，所述质量块通过弹簧和粘滞流体阻尼器悬吊在上悬梁或顶板上，所述粘滞流体阻尼器主要由密封的缸筒、穿过所述缸筒可上下滑动的导杆和固定在导杆上的活塞构成，所述粘滞流体阻尼器的阻尼系数随着粘滞流体阻尼器位移的变化而变化。本发明装置能够对竖向振动进行控制，装置结构简单，占用体积比较小，空间利用率高。

Description

一种悬吊式的调频质量阻尼器

技术领域

本发明涉及一种大跨桥梁和楼(屋)盖竖向振动响应的减振装置，尤其涉及一种悬吊式的质量阻尼器。

背景技术

随着经济和城市建设发展的需要，建筑物和桥梁的跨度和规模越来越大，其中有代表性的是体育、会议展览和机场建筑以及大跨桥梁。近几年建筑设计施工技术发生了很大变革，计算方法的进步、轻质高强材料的使用使得结构体系变得更轻、更柔、阻尼更小，而设计趋势是用最小重量的结构系统来跨越较长的跨度，这样就降低了结构的刚度和阻尼，使得大跨桥梁和楼(屋)盖的自振频率与风和人行活动荷载频率比较接近，导致竖向振动响应较大，影响结构的安全和正常使用，也容易导致结构的耐久性降低。此外，振动往往超过人体舒适度的要求，常常会给人们带来不适感，导致使用者出现紧张甚至恐慌心理，降低了工作环境质量，影响了工作效率。这些问题的存在，将直接导致结构适用性能的降低。传统的设计方法，基本上通过改变结构的刚度和结构型式，提高结构的频率降低结构的振动；但从技术经济、美观和空间利用的角度看，在很多情况下这是不合理的。相反采用调频质量阻尼器的减振方法来解决上述问题，则是一种经济和合理的解决方法。

调频质量阻尼器式应用最早的结构被动控制装置之一，是由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动系统。当主结构在外激励作用下产生振动时，带动调频质量阻尼器一起振动，其产生的惯性力反作用到结构上，其阻尼也发挥消能作用，使主结构的振动反应衰减并受到控制。其优点是简洁、可靠、有效以及低成本。

目前，利用调频质量阻尼器对结构进行减振控制进行了大量的理论分析和试验研究，同时调频质量阻尼器已被广泛地应用土木工程的结构振动控制中。但是，这些研究和应用主要集中在利用调频质量阻尼器控制结构在地震和风作用下的水平振动，控制结构的竖向振动的研究和应用较少；而且所应用的调频质量阻尼器均为被动装置，不可调节，无法调节自身的频率，耗能能力较差，也无法完全消除阻尼器内摩擦力的不利影响。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种能够高效耗能并能消除阻尼器内摩擦力的悬吊式的可控型调频质量阻尼器。

技术方案：本发明所述的悬吊式的调频质量阻尼器，包括弹簧、质量块和粘滞流体阻尼器，所述质量块通过弹簧和粘滞流体阻尼器悬吊在悬梁或上顶板上，所述粘滞流体阻尼器的阻尼系数随着粘滞流体阻尼器位移的变化而变化。

本发明中所述粘滞流体阻尼器的阻尼系数变化，可以通过如下方案实现：所述粘滞流体阻尼器主要由密封的缸筒、穿过所述缸筒可上下滑动的导杆和固定在导杆上的活塞构成，所述活塞上设置有半径不变的阻尼通道，阻尼长棒设置在所述缸筒内，并穿过所述活塞上的阻尼通道，所述活塞移动到不同位移时，对应的阻尼长棒的半径不等，从而调整阻尼孔半径R大小变化，进而导致阻尼系数变化。

本发明通过活塞和特别设计的阻尼棒共同控制阻尼孔的大小：在活塞运动的行程中，距离中心点一定距离范围内，阻尼孔设置的比较大；当活塞运动到距离中心点该距离范围以外时则变化为另一种小孔径。在两段行程内各需要多大的阻尼力，均可通过预先设定每段行程范围内的孔径大小，从而可控制该段行程内的阻尼及最大阻尼力。

所述粘滞流体阻尼器的导杆上端为耳环，所述耳环通过外罩法兰和轴球头与所述上顶板连接；所述粘滞流体阻尼器的导杆下端插入质量块中，并可自由滑动；套在导杆外部的缸筒的下端与所述质量块固定连接。

所述弹簧的两端分别通过螺栓与所述悬梁(或上顶板)和所述质量块连接。为了防止受到侧向力时弹簧出现的左右摇摆，甚至发生失控和倾覆等现象，在所述弹簧内部设置导向装置，所述导向装置由导向杆和导向套组成。

为了可以任意改变弹簧的工作圈数，调整弹簧的刚度，消除由于计算或施工等方面的原因所造成的结构实际频率与计算频率不一致的影响，在所述弹簧上设置刚度调节板，所述刚度调节板通过定位螺栓固定在所述导向套上。

有益效果：本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明装置中的粘滞流体阻尼器被设计成变系数的阻尼器，即在小位移下产生小阻尼系数甚至为零，大位移下产生大阻尼系数，能够消除阻尼器内摩擦力造成系统启动灵敏度较差而出现滞后现象，同时可以提高阻尼器的耗能能力；2、本发明装置能够对竖向振动进行控制，装置结构简单，占用体积比较小，空间利用率高；3、本发明装置通过在弹簧装置内设置中双向导向定位装置，可以有效防止受到侧向力时出现的左右摇摆，甚至发生失控和倾覆等现象；4、本发明装置通过定位螺栓和刚度调节压板，可以根据现场动力特性实测结果来改变弹簧的工作圈数，调整系统的刚度，消除由于计算或施工等方面的原因所造成的结构实际频率与计算频率不一致的影响，提高系统的实际控制效果。

附图说明

图1为本发明装置的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为图1的A-A剖视图；

图4为本发明装置中的粘滞流体阻尼器的结构示意图；

图5为本发明装置中的阻尼长棒的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例的方式，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1～3所示，一种悬吊式的调频质量阻尼器，包括弹簧1、质量块2和粘滞流体阻尼器3，所述质量块2通过弹簧1和粘滞流体阻尼器3悬吊在上悬梁或顶板4上，所述粘滞流体阻尼器3主要由密封的缸筒7、穿过所述缸筒7可上下滑动的导杆8和固定在导杆8上的活塞9构成，所述活塞9上设置有半径不变的阻尼通道11，阻尼长棒10设置在所述缸筒7内，并穿过所述活塞9上的阻尼通道11，所述活塞9移动到不同位移时，对应的阻尼长棒10的半径不等，从而调整阻尼孔半径R大小变化，进而导致阻尼系数变化。

用u表示活塞距离中心点的位移，阻尼器的阻尼系数为Ci(i＝1，2)，Z1为阻尼系数变化分界点距离中心点的距离，Z2表示阻尼器的最大行程；则两段式可控阻尼可表述为：

当|u|≤Z1时，阻尼孔径为R1，阻尼系数为C1；

当Z1＜|u|≤Z2时，阻尼孔径为R2，阻尼系数为C2；

当然，也可以根据需要设置个多段的阻尼系数。

所述粘滞流体阻尼器3的导杆8上端为耳环16，所述耳环16通过外罩法兰17和轴球头15与所述上顶板4连接；所述粘滞流体阻尼器3的导杆8下端插入质量块2中，并可自由滑动；套在所述导杆8的缸筒7的下端与所述质量块2固定连接。

所述弹簧1的两端分别通过螺栓14与所述上顶板4和所述质量块2连接；所述弹簧1内部设置导向装置，所述导向装置由导向杆5和导向套6组成；所述弹簧1上设置有刚度调节板12，所述刚度调节板12通过定位螺栓13固定在所述导向套6上。

本发明所述的悬吊式的调频质量阻尼器的具体装配方法为：

在安装前需将所有准备装配的零件进行退磁、去毛刺、清洗和晒干，具体安装步骤如下：

1、将导向套6和导向杆5分别装入弹簧1，装配要求两端平齐；

2、在质量块2上的孔内穿入六角螺栓14，并配上弹簧垫圈，然后旋上弹簧系统由弹簧1、导向套6和导向杆5组成并固定；

3、在质量块2上安装粘滞流体阻尼器3，用内六角螺钉拧紧固定，然后在粘滞流体阻尼器3上安装外罩兰17和轴球头15并旋紧；

4、安装上顶板4，检查并控制轴球头15与轴球头外罩法兰17以及轴球头15与上顶板4的间隙和配合状态，将内六角螺钉穿入轴球头外罩法兰17上的连接孔中并紧固。然后在上顶板4背面穿入内六角螺钉14，与弹簧系统由弹簧1、导向套6和导向杆5组成旋紧固定；

5、最后在弹簧1下部并圈之上的起始圈的1/4、1/2、3/4和1圈处分别安装弹簧调节板12、六角头定位螺栓13和弹簧垫圈，通过固定、放松或取消来调整弹簧刚度的大小。

Claims (5)

1.一种悬吊式的调频质量阻尼器，包括弹簧(1)、质量块(2)和粘滞流体阻尼器(3)，所述质量块(2)通过弹簧(1)和粘滞流体阻尼器(3)悬吊在上悬梁或顶板(4)上，其特征在于：所述粘滞流体阻尼器(3)主要由密封的缸筒(7)、穿过所述缸筒(7)可上下滑动的导杆(8)和固定在导杆(8)上的活塞(9)构成，所述活塞(9)上设置有半径不变的阻尼通道(11)，阻尼长棒(10)设置在所述缸筒(7)内，并穿过所述活塞(9)上的阻尼通道(11)，所述活塞(9)移动到不同位移时，对应的阻尼长棒(10)的半径不等，从而调整阻尼孔半径R大小变化，进而导致阻尼系数变化。

2.根据权利要求1所述的悬吊式的调频质量阻尼器，其特征在于：所述粘滞流体阻尼器(3)的导杆(8)上端为耳环(16)，所述耳环(16)通过外罩法兰(17)和轴球头(15)与所述顶板(4)连接；所述粘滞流体阻尼器(3)的导杆(8)下端插入质量块(2)中，并可自由滑动；套在所述导杆(8)上的缸筒(7)的下端与所述质量块(2)固定连接。

3.根据权利要求1所述的悬吊式的调频质量阻尼器，其特征在于：所述弹簧(1)的两端分别通过螺栓(14)与所述顶板(4)和所述质量块(2)连接。

4.根据权利要求1～3中任一权利要求所述的悬吊式的调频质量阻尼器，其特征在于：所述弹簧(1)内部设置导向装置，所述导向装置由导向杆(5)和导向套(6)组成。

5.根据权利要求4所述的悬吊式的调频质量阻尼器，其特征在于：所述弹簧(1)上设置有刚度调节板(12)，所述刚度调节板(12)通过定位螺栓(13)固定在所述导向套(6)上。

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