CN102888904B

CN102888904B - 新型二维调谐质量阻尼器

Info

Publication number: CN102888904B
Application number: CN201210406424.9A
Authority: CN
Inventors: 鲁正; 施卫星; 李晓玮
Original assignee: Tongji University
Current assignee: Tongji University
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: CN102888904A

Abstract

本发明涉及一种新型二维调谐质量阻尼器，包括摩擦摆支座、阻尼器腔体、颗粒群、缓冲材料以及限位装置。摩擦摆支座由滑动面、滑块、连接轴组成，通过控制滑动面的曲率半径可以使该阻尼器得到预期频率，并利用滑块和滑动面间的滑动摩擦部分消耗振动能量。通过将阻尼器腔体固定在四个摩擦摆支座上，可以始终保持腔体水平运动。阻尼器腔体为长方体或圆柱体，可以为单个腔体，也可以在水平或/和竖向设立多个分区，每个分区腔体内平铺一层颗粒群，腔体内部粘贴有缓冲材料，帮助颗粒碰撞耗能。阻尼器腔体固定在底部四个摩擦摆支座上，并在摩擦摆的底座和盖板之间设置限位装置，以防止其过大的摆动。在风或/和地震等作用下该阻尼器能沿水平任意方向运动，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振动能量，加入缓冲材料后尤其可以增加耗能的效果。

Description

新型二维调谐质量阻尼器

技术领域

本发明属于土木工程领域，具体为一种固定在摩擦摆支座上，通过颗粒碰撞提供阻尼的新型二维调谐质量阻尼器，可以应用于土木结构（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

调谐质量阻尼器（TMD）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广泛应用。为了控制结构的水平向振动，通常采用悬吊式的调谐质量阻尼器，通过调整摆长使得单摆频率与结构频率调谐，达到振动控制效果。但是很多情况下，由于空间或者技术原因，单摆的应用会受到限制，而且调谐质量阻尼器自身又有减振频带窄，附加的阻尼器造价昂贵等缺点。

近来，出现了将调谐质量阻尼器与颗粒阻尼器结合的新型阻尼器，该阻尼器通过颗粒间的碰撞来消耗能量，用颗粒群取代粘滞阻尼器将大幅度降低阻尼器的造价。但颗粒阻尼器也有其自身不足的限制，比如颗粒与腔体的碰撞多为弹性碰撞，碰撞耗能能力有限；传统的颗粒阻尼器内颗粒堆叠在一起，这样极大地限制了颗粒的运动能力，减振效果不佳。

本发明新型二维调谐质量阻尼器用摩擦摆支座代替单摆的吊索，可以将阻尼器放置于结构之上，可以有效利用空间，而且将调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器结合起来，使其优势互补，并进行了改进开发，形成一种安装方便、价格低廉、耗能能力好、耐久性优良的新型阻尼器，具有重大的工程意义。

发明内容

本发明的目的在于提出一种新型二维调谐质量阻尼器，该装置结合调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器的各自优点，并加以改进，即将阻尼器空腔分隔，每个腔体内只容纳一层颗粒群，保证最大限度地发挥颗粒群的运动能力，并在空腔内部粘贴缓冲材料，增强碰撞的耗能能力。本发明抛弃了单摆调谐质量阻尼器的悬吊形式，改用摩擦摆支座，通过将阻尼器空腔体固定在四个角部的摩擦摆支座上，腔体便可以随摩擦摆支座盖板在圆弧滑道上摆动。滑块与盖板的特殊关节的设计可以保证阻尼器腔体在运动过程中始终保持水平，并且该阻尼器的运动不受方向的约束，对任意方向的振动均有减振耗能作用。同时，不仅颗粒间、颗粒与阻尼器腔体间的碰撞、摩擦可以耗散能量，摩擦摆支座摆动过程中，滑块与滑道之间的摩擦也能耗散振动能量。限位装置的设置可以保证阻尼器在超强风或/和强地震作用下，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。

本发明提出的一种新型二维调谐质量阻尼器，包括：阻尼器腔体1、颗粒群2、缓冲材料3和摩擦摆支座4；阻尼器腔体1为长方体或圆柱体空腔，阻尼器腔体1是一个或多个，多个阻尼器腔体1水平或竖直方向布置，每个阻尼器腔体1内部平铺一层颗粒群2，阻尼器腔体1内壁上粘贴有缓冲材料3；其特点在于：阻尼器腔体1底部四周固接于四个摩擦摆支座4上，使阻尼器腔体1随滑块沿球面滑动时能保持水平；每个摩擦摆支座4由盖板5、连接轴6、底座7、滑块8、滑道9和限位装置10组成，底座7上方开有下凹球形，所述下凹球形表面为滑道9，滑块8位于滑道9上方，滑块8底面涂有复合摩擦材料，当滑块8在滑道9上滑动时产生摩擦力辅助消耗能量，滑块8由位于上部的凸起的半球形关节和位于下部的柱形体连接而成一体，滑块8底面半径与滑道9半径相同，滑块8上部的凸起的半球形关节与连接轴6底部凹槽的部位对接；连接轴6顶部固定于盖板5下方，盖板5盖于底座7上方，盖板5与底座7之间设置有限位装置10，以防止其发生过大摆动，盖板5与底座7之间通过固定栓板11连接。

本发明中，所述颗粒群2由若干个球形颗粒组成，可以为直径2mm~50mm的钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的一种或多种。颗粒群2在水平面投影面积为阻尼器腔体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的一种或多种，以增加碰撞耗能能力。

本发明中，采用四个摩擦摆支座4，放置于阻尼器腔体1底部的四个角部。四个摩擦摆支座4型号完全相同，可以对水平任意方向的振动起到减振作用。摩擦摆支座4中的滑块8与连接轴6之间采用半球形的关节连接，可以保证上部盖板5以及阻尼器腔体1保持水平。

本发明中，在摩擦摆支座4的盖板5与底座7之间设置限位装置10。该限位装置10具有小位移下不工作，大位移下提供拉力防止摆动幅度过大的功能。

本发明的效果是：颗粒群的碰撞由阻尼器腔体运动而激发，阻尼器的频率主要由摩擦摆支座提供，并通过设置限位装置来调整。摩擦摆支座可以提供水平向任意方向的摆动，所以该阻尼器对水平任意方向的振动都有减振效果。本发明采用附加缓冲材料的方法，增加颗粒与腔体碰撞所消耗的能量，提高耗能效率。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，通过调频质量、颗粒碰撞与摩擦、摩擦摆支座的摩擦来消耗能量，降低了传统阻尼器的造价，从而适用性和经济性更强。

附图说明

图1为新型二维调谐质量阻尼器的正立面示意图；

图2为新型二维调谐质量阻尼器的平面示意图；

图3为摩擦摆支座的半剖平面示意图；

图4为摩擦摆支座的立面示意图；

图中标号： 1—阻尼器腔体，2—颗粒群，3—缓冲材料，4—摩擦摆支座，5—盖板，6—连接轴，7—底座，8—滑块，9—滑道，10—限位装置，11—固定栓板。

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。

实施例1：如图1－图4所示，阻尼器腔体1、颗粒群2、缓冲材料3和摩擦摆支座4。摩擦摆支座4由盖板5、连接轴6、底座7、滑块8、滑道9和限位装置10组成。其特点在于：摩擦摆支座4的滑道9为不锈钢材料制作的下凹球形表面，并在滑块8底面涂有复合摩擦材料，当滑块8在滑道9上滑动时产生摩擦力辅助消耗能量，摩擦材料往往采用聚四氟乙烯(PTFE)。在滑块8的上表面设置一半球形关节，滑块8底面半径与下部滑道9半径相同，上部的凸起的半球形关节与连接轴6下部凹进的部位对接。在阻尼器腔体1下四角处分别固定四个摩擦摆支座4，从而阻尼器腔体1随滑块沿球面滑动时能保持水平。阻尼器腔体1为长方体或圆柱体空腔。阻尼器腔体1可以是一个或多个，多个阻尼器腔体1可以水平或竖直方向布置，每个腔体1内部平铺一层颗粒群2，阻尼器腔体1内壁上粘贴有缓冲材料3。阻尼器腔体1固接于四个摩擦摆支座4的盖板5上，盖板5与底座7之间设置有限位装置10，以防止其发生过大摆动。在风或/和地震作用下，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，粘贴缓冲材料3可以增加碰撞所耗散的能量。而且对于摩擦摆支座，当滑块8在滑道9上滑动时产生的摩擦力也可以帮助消耗能量。

阻尼器腔体1是由5mm~10mm厚的钢板焊接而成的长方体空腔，在空腔的内壁和底面粘贴缓冲材料3。缓冲材料3可以用橡胶、泡沫塑料或者珍珠棉等材料制作，厚度在5mm左右。阻尼器空腔1固定在四个摩擦摆支座4的盖板5上，盖板5上的连接轴6通过半球形关节搁置在滑块8上，并随滑块8一起沿着圆弧形滑道9摆动，连接轴6与滑块8的半球形关节可以保证盖板5摆动时始终保持水平。按照要求的频率设计滑道9的曲率半径，使得阻尼器频率与结构频率协调。限位装置10是在小位移下不工作，大位移时提供较高拉力的限位索。在一个或多个阻尼器空腔1内摆放一层颗粒群2，颗粒群2在水平面投影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%。在运送阻尼器过程中，可以通过安装固定栓板11防止阻尼器的摆动，固定栓板11要求具有一定的弯曲刚度，在使用过程中将固定栓板11拆除便可以实现摆动。

Claims

1.一种新型二维调谐质量阻尼器，包括：阻尼器腔体（1）、颗粒群（2）、缓冲材料（3）和摩擦摆支座（4）；阻尼器腔体（1）为长方体或圆柱体空腔，阻尼器腔体（1）是一个或多个，多个阻尼器腔体（1）水平或竖直方向布置，每个阻尼器腔体（1）内部平铺一层颗粒群（2），阻尼器腔体（1）内壁上粘贴有缓冲材料（3）；其特点在于：阻尼器腔体（1）底部四周固接于四个摩擦摆支座（4）上，使阻尼器腔体（1）随滑块沿球面滑动时能保持水平；每个摩擦摆支座(4)由盖板（5）、连接轴（6）、底座（7）、滑块（8）、滑道（9）和限位装置（10）组成，底座(7)上方开有下凹球形，所述下凹球形表面为滑道（9），滑块(8)位于滑道(9)上方，滑块（8）底面涂有复合摩擦材料，当滑块（8）在滑道（9）上滑动时产生摩擦力辅助消耗能量，滑块(8)由位于上部的凸起的半球形关节和位于下部的柱形体连接而成一体，滑块（8）底面半径与滑道（9）半径相同，滑块（8）上部的凸起的半球形关节与连接轴（6）底部凹槽的部位对接；连接轴(6)顶部固定于盖板(5)下方，盖板(5)盖于底座(7)上方，盖板（5）与底座（7）之间设置有限位装置（10），以防止其发生过大摆动，盖板（5）与底座（7）之间通过固定栓板(11)连接。

2.根据权利要求1所述的新型二维调谐质量阻尼器，其特征在于所述颗粒群（2）由若干球形颗粒组成，是钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的一种或多种，颗粒群（2）在水平面投影面积为阻尼器腔体（1）水平面积的40%~80%，颗粒群（2）的体积为阻尼器腔体（1）体积的5%~20%。

3.根据权利要求1所述的新型二维调谐质量阻尼器，其特征在于所述缓冲材料（3）采用橡胶、泡沫塑料或珍珠棉中任一种或多种。