CN102817423A - 缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，包括阻尼器腔体、颗粒群、缓冲材料、钢索和限位装置。阻尼器腔体为长方体或圆柱体，可以为单个，也可以在水平或/和竖直方向设立多个，单个腔体内部平铺一层颗粒群，钢索将结构内设置的预埋件与阻尼器腔体铰接，并在阻尼器外部设置限位装置，以防止其振动过大撞坏结构。在风或/和地震等作用下，该装置能够在水平方向上，沿着多个方向振动，一方面通过调谐结构自振频率，另一方面通过颗粒群的滚动、滑动、摩擦、碰撞转移和耗散结构的动能，加入缓冲材料后尤其可以增加碰撞所耗散的能量。由于该装置在阻尼器腔体内加入了缓冲材料，且采用钢索悬吊，故其不但比不加缓冲材料的装置减振效果更好，且比采用单向铰悬吊的装置具有更多方向的减振效果。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过钢索与主体结构铰接，在一个或多个腔体内部填充颗粒并附加缓冲材料的缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，通过调谐和摩擦碰撞来耗能，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。
背景技术
近年来调谐质量阻尼器（TMD）或调谐液体阻尼器（TLD）减振控制技术以其对原结构改动小、施工简单、减振效果显著等特点而广受重视，并在国内外土木工程中得到应用。颗粒阻尼器作为一种新型的消能减振控制技术，具有对原系统改动小、减振频带宽、耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感，易于用在恶劣环境等优点，逐渐成为土木工程研究人员的研究热点。
属于被动控制装置的调谐质量减振系统目前存在以下不足：首先，调谐质量阻尼器系统需设置昂贵的阻尼器，不利于广泛应用。其次，调谐质量系统减振频带窄，往往只能对其调谐的频率产生较好的减振效果，对于偏离该频率的振动区域控制效果不佳。属于被动控制装置的颗粒阻尼器减振系统目前存在以下不足：首先，颗粒与腔体的碰撞多为弹性碰撞，耗能能力有限。其次，传统颗粒阻尼器多采用一定堆叠高度的颗粒群，极大地限制了底层区域颗粒的滑动和碰撞耗能。此外，传统颗粒阻尼器仅依靠颗粒自身滑动摩擦碰撞对结构调频往往导致调频效果不佳。因此，将调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器结合起来，使其优势互补，并进行改进开发，形成一种构造形式更加简单、价格低廉、耗能能力好、调频能力强的新型颗粒调谐质量阻尼器具有重大的工程意义。
发明内容
为了解决传统调谐质量阻尼器调谐频带窄，设置耗能阻尼器价格昂贵的问题，以及传统颗粒阻尼器由于颗粒堆叠以及弹性碰撞导致的耗能能力有限，调谐能力差的问题，本发明的目的在于提出一种缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，该装置结合调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器各自优点，并加以改进，即通过钢索与主体结构铰接，在一个或多个腔体内部填充颗粒并附加缓冲材料，形成缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器。本阻尼器构造简单、碰撞耗能能力好、调频能力强、水平方向上多维控制效果好。在风或/和地震作用下，一个或多个腔体内的颗粒群可以伴随阻尼器腔体通过钢索系统沿着振动输入的方向提供调谐结构振动频率的作用，同时通过颗粒间、颗粒与阻尼器腔体间的摩擦、碰撞耗散能量，颗粒只设置一层和附加缓冲材料，均能够增加耗能能力。限位装置的设置可以保证阻尼器在超强风或/和地震下，不至于摆动幅度过大而撞击结构产生破坏。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
本发明的一种缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，包括：阻尼器腔体1、颗粒群2、缓冲材料3、钢索4和限位装置5，阻尼器腔体1为长方体或圆柱体结构，阻尼器腔体1为一个或多个，多个阻尼器腔体1为水平或竖直方向设置，每个阻尼器腔体1内部平铺一层颗粒群2，阻尼器腔体1内壁上覆盖有缓冲材料3，钢索4将预埋件与阻尼器腔体1铰接，一个或多个阻尼器腔体1外部设置有限位装置5，以防止其振动过大撞坏结构；在风或/和地震等作用下，该装置能够在水平方向上，沿着多个方向振动，一方面通过调谐结构自振频率，另一方面通过颗粒群2的滚动、滑动、摩擦、碰撞转移和耗散结构的动能，通过缓冲材料3增加碰撞所耗散的能量。
本发明中，所述颗粒群2由若干个圆形颗粒组成，圆形颗粒直径为2mm~50mm的钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中一种以上。
本发明中，颗粒群2在水平面占用面积为阻尼器腔体1水平面积的40%~80%，颗粒群2的体积应为阻尼器腔体1体积的5%~20%。
本发明中，所述缓冲材料3包括橡胶、泡沫塑料或珍珠棉中一种以上，以增加碰撞所耗散的能量。
本发明中，钢索将结构内设置的预埋件与阻尼器腔体铰接，使得阻尼器能够在水平方向上，沿着多个方向振动，以抵抗不同方向作用的风或/和地震荷载。
本发明中，在阻尼器腔体的外部设置限位装置，以防止其在巨大的强风或/和地震作用下产生过大的位移，撞击结构而造成破坏。
本发明采用钢索将主体结构内设置的预埋件与阻尼器腔体铰接，在一个或多个腔体内部填充颗粒并附加缓冲材料，并在阻尼器外部设置限位装置，形成缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器。在风或/和地震等作用下，该装置能够在水平方向上，沿着多个方向振动，一方面通过调谐结构自振频率，另一方面通过颗粒群的滚动、滑动、摩擦、碰撞转移和耗散结构的动能，加入缓冲材料后尤其可以增加碰撞所耗散的能量。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）本发明颗粒群可以伴随阻尼器腔体通过钢索系统沿着振动输入的方向提供调谐结构振动频率的作用，能够在水平向的多个振动方向减振。
2）本发明采用附加缓冲材料的方法，增加颗粒与阻尼器腔体碰撞所消耗的能量，提高其耗能效率。
3）本发明构造形式简单，采用可靠耐久廉价的颗粒作为附加阻尼的提供载体，结合调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器的优点，通过调谐质量和颗粒摩擦碰撞耗能，降低了设置传统阻尼器的造价，从而适用性和经济性更强。
附图说明
图1为本发明的缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器的正立面示意图；
图2为本发明的缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器的平面示意图；
图中标号：1——阻尼器腔体，2——颗粒群；3——缓冲材料；4——钢索；5——限位装置。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，为本发明的一种缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器实施例，其主要包括阻尼器腔体1、在腔体内平铺一层的颗粒群2、缓冲材料3、钢索4和弹簧限位装置5。
阻尼器腔体1是由5mm~10mm厚的钢板焊接而成的长方体空箱，通过钢索4将阻尼器腔体1与结构内的预埋件铰接在一起，阻尼器悬吊于梁柱节点、楼面设备层或高耸结构，比如电视塔的休息平台处。颗粒群2在阻尼器腔体1内平铺一层，其尺寸以及阻尼器腔体1的尺寸和钢索4的长度应根据结构的频率依据相关理论求得。颗粒群2在水平面占用面积应为阻尼器腔体1水平面积的40%~80%，颗粒群2的体积应为阻尼器腔体1体积的5%~20%。阻尼器腔体1内壁贴上缓冲材料3（比如5mm厚的橡胶或者泡沫塑料等）。
Claims (4)
1.一种缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，包括：阻尼器腔体（1）、颗粒群（2）、缓冲材料（3）、钢索（4）和限位装置（5），其特征在于：阻尼器腔体（1）为长方体或圆柱体结构，阻尼器腔体(1)为一个或多个，多个阻尼器腔体(1)为水平或竖直方向设置，每个阻尼器腔体(1)内部平铺一层颗粒群（2），阻尼器腔体(1)内壁上覆盖有缓冲材料(3)，钢索（4）将预埋件与阻尼器腔体（1）铰接，一个或多个阻尼器腔体(1)外部设置有限位装置（5），以防止其振动过大撞坏结构；在风或/和地震等作用下，该装置能够在水平方向上，沿着多个方向振动，一方面通过调谐结构自振频率，另一方面通过颗粒群（2）的滚动、滑动、摩擦、碰撞转移和耗散结构的动能，通过缓冲材料（3）增加碰撞所耗散的能量。
2.根据权利要求1所述的缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，其特征在于：所述颗粒群（2）由若干个圆形颗粒组成，圆形颗粒直径为2mm~50mm的钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中一种以上。
3.根据权利要求1所述的缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，其特征在于：颗粒群（2）在水平面占用面积为阻尼器腔体（1）水平面积的40%~80%，颗粒群(2)体积为阻尼器腔体（1）体积的5%~20%。
4.根据权利要求1所述的缓冲型悬吊式颗粒调谐质量阻尼器，其特征在于：所述缓冲材料（3）包括橡胶、泡沫塑料或珍珠棉中一种以上。
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