CN103074947B - 一种三向可调式调谐质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于房屋建筑、桥梁工程结构减振的三向可调式调谐质量阻尼器，包括支架（2），其上部安装有吊索（1），吊索下部安装有质量块（5），质量块（5）的下部安装有弹簧（7），弹簧（7）坐落在底板（8）之上，质量块（5）与底板（8）之间安装有粘滞阻尼器（6），底板（8）上连接有导向杆（4），导向杆（4）与支架上的导向套（3）组成了导向机构，限制支架与底板之间的水平移动。该调谐质量阻尼器能够对房屋建筑、桥梁工程等结构的三个方向的振动进行调谐减振，同时三个方向的自振频率可以很方便的进行调节，三个方向的阻尼比也可以根据需要进行调节。

Description

一种三向可调式调谐质量阻尼器

技术领域

本发明属于土木工程结构减振技术领域，涉及一种可调式三向减振结构，尤其涉及一种三向调谐质量阻尼器（简称TMD）。

背景技术

传统的房屋建筑、桥梁抗震或减振方法是通过加大结构的断面、多加配筋来抵抗，其结果是断面越大，刚度越大，振动作用也越大，不仅难以保证安全，也使工程的造价大大提高，振动控制技术的引入解决了这一难题 。工程结构振动控制方法主要分为：被动控制、主动控制、半主动控制以及混合式控制，被动式控制技术主要是对被动式能量耗散装置的研究，而三向调谐质量阻尼器TMD是其中一种应用广泛的耗能减振装置，它对工程结构进行振动控制的机理是：工程结构体系由于加入了三向调谐质量阻尼器TMD，动力特征发生了变化。工程结构承受动力作用而剧烈振动时，由于三向调谐质量阻尼器TMD质量块向工程结构施加反方向的惯性作用力，并发挥阻尼耗能作用，从而使工程结构振动响应明显减弱。目前，三向调谐质量阻尼器TMD已广泛应用在高耸结构的风振控制及桥梁结构的振动控制中。

但是，三向调谐质量阻尼器TMD对工程结构的振动控制作用与被控工程结构及三向调谐质量阻尼器TMD自身的固有频率相关性很大。当三向调谐质量阻尼器TMD的固有频率调谐到与结构的固有频率接近时，才可达到较好的减振效果。否则，减振效果较差，甚至加剧工程结构的振动。实际应用中，工程结构的振动频率经常会因为环境的变化而改变，传统的三向调谐质量阻尼器TMD频率一般不可调，且为单向调谐减振，已很难满足减振的需要。

发明内容

本发明的目的是为房屋建筑、大跨度桥梁、港口栈桥、机场登机桥及相关工程结构减振，提供了一种三向减振装置，解决了工程结构在受到不同方向荷载下的振动问题。

本发明通过以下技术方案来实现的：三向可调式调谐质量阻尼器，该阻尼器包括质量块、吊索、弹簧、支架、底板、粘滞阻尼器、导向机构，其特征在于：质量块由吊索悬挂于支架上，支架通过弹簧安装于底板上，底板与质量块之间连接有粘滞阻尼器，底板与支架间安装有竖直导向机构。其水平横向和纵向的减振通过质量块与吊索组成的单摆进行调谐减振，竖直方向上的减振通过由上述质量块、吊索和支架组成的质量系统与其下的弹簧组成，通过底板与支架之间的导向机构来限制支架与底板之间的水平运动。水平方向上的频率调节主要通过改变吊索的长度进行调节。 竖直上的自振频率主要通过调节质量块的重量进行。同时该三向调谐质量阻尼器TMD三个方向上的阻尼比可以通过改变粘滞阻尼器的安装角度进行调节。

本发明还通过以下技术方案来实现的：一种三向可调式调谐质量阻尼器的应用，该三向可调式调谐质量阻尼器设置在斜拉索桥的梁的1/4处、梁的跨中位置和/或主塔的上部。

本发明的优点在于该三向调谐质量阻尼器TMD可以对结构三个方向的振动进行调谐减振，同时三个方向的自振频率可以很方便的进行调节，三个方向的阻尼比也可以根据需要进行调节。为房屋建筑、桥梁工程结构减振，提供了一种横向、纵向和竖向共三个方向减振功能的装置，解决了工程结构三个方向上的共振问题，保证了工程结构的安全性，能够产生巨大的经济效益和明显的社会效益。

附图说明

图1为本发明实施例一的三向可调式调谐质量阻尼器的结构示意图；

图2为图1的三向可调式调谐质量阻尼器的前视图；

图3为图1的三向可调式调谐质量阻尼器的侧视图；

图4为本发明实施例二的三向可调式调谐质量阻尼器的前视图结构示意图；

图5为本发明的三向可调式调谐质量阻尼器在斜拉索桥梁上的安装布置示意图。

图中：1吊索，2支架，3导向套，4导向杆，5质量块，6粘滞阻尼器，7弹簧，8底板，9球铰，10调节螺母。 

具体实施方式

下面，参照附图1-3对本发明优选实施例一的三向可调式调谐质量阻尼器进行说明。

如图1-3所示：三向可调式调谐质量阻尼器包括支架（2），支架（2）为框架结构，支架（2）顶部安装有吊索（1），吊索下部安装有质量块（5），质量块（5）设置在支架（2）的框架结构的内部，支架（2）的框架结构的底部安装有弹簧（7），弹簧（7）坐落在底板（8）之上，质量块（5）与底板（8）之间安装有粘滞阻尼器（6），底板（8）上连接有导向杆（4），导向杆（4）与支架（2）上的导向套（3）组成了导向机构，限制支架与底板之间的水平移动。其中吊索（1）的长度可以调节，质量块（5）可由多块组合而成以便调节质量块（5）的总质量，阻尼器的空间安装角度可以调节。粘滞阻尼器（6）的两端可以通过球铰与质量块（5）和底板（8）相连接。上述三向可调调谐质量阻尼器可安装在工程结构的顶部和振动较为敏感的薄弱部位。

下面基于附图1-3对三向可调调谐质量阻尼器的工作过程进行说明：三向可调调谐质量阻尼器安装设置在斜拉索桥等工程结构上，当工程结构发生水平方向振动时，引起三向可调调谐质量阻尼器的底板（8）和支架（2）的水平振动，进而引起吊索（1）下的质量块（5）的摆动共振，通过共振来减小工程结构的振动，质量块（5）的摆振通过带动粘滞阻尼器（6）将振动动能转化为热能而耗散。当工程结构发生竖直方向的振动时，引起三向可调调谐质量阻尼器的底板（8）的竖直振动，进而引起弹簧（7）上的支架（2）及质量块（5）的上下共振来减少结构的振动响应，同样通过粘滞阻尼器（6）进行耗能。

参照图4，对优选实施例二的三向可调式调谐质量阻尼器的进行说明。如图4所示：三向可调式调谐质量阻尼器包括支架（2），支架（2）为平板结构，吊杆（1）穿过支架（2）通过顶部的球铰（9）固定连接在支架（2）上，吊杆（1）下部还通过球铰（9）与质量块（5）相连，支架（2）底部安装有弹簧（7），弹簧（7）坐落在底板（8）之上，粘滞阻尼器（6）通过两端的球铰（9）与质量块（5）与底板（8）连接，底板（8）上连接有导向杆，导向杆（4）与支架上的导向套（3）组成了导向机构，限制支架与底板之间的水平移动。其中吊杆（1）的长度可以通过其上端的调节螺母（10）进行调节，质量块（5）可由多块组合而成以便调节质量块（5）的总质量，阻尼器的空间安装角度可以通过其下端球铰的位置进行调节。

如图5所示的拉索桥示意图，由于拉索桥相对柔性较大，其水平方向的振动和竖直方向上的振动都不可忽略。传统的三向调谐质量阻尼器TMD减振器频率一般不可调，且为单向调谐减振，减振效果较差。本发明专利可以弥补上述不足。该调谐质量阻尼器装置的安装位置可以是梁的1/4（A、C）处、梁的跨中位置（B）和主塔的上部（D、E），为防止调谐阻尼力的不均衡，调谐质量阻尼器应沿横桥向对称布置，桥梁施工时可以先根据理论计算估计出桥梁的水平方向和竖直方向大概自振频率，同时通过设计计算估计出了三向调谐质量阻尼器TMD阻尼器的固有频率、所需粘滞阻尼力、质量块质量。施工后将三向调谐质量阻尼器TMD安装与桥梁之上并通过实际检测桥梁的相关振动参数来调节三向调谐质量阻尼器TMD固有频率和阻尼比，才可达到较好的减振效果。其中水平方向的固有频率通过改变吊索的长度来实现调节，竖直方向的固有频率通过改变质量块的质量或弹簧的刚度来实现调节。

以上所述仅为本发明专利的优选实施例，并不用于限制发明专利，对于本领域的技术人员来说，本发明专利可以有各种更改和变化。凡在本发明专利的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种三向可调式调谐质量阻尼器，该阻尼器包括质量块、吊索、弹簧、支架、底板、粘滞阻尼器、导向机构，其特征在于：质量块由若干吊索悬挂于支架上，支架通过若干弹簧安装于底板上，底板与质量块之间沿质量块的侧面对称地连接有若干粘滞阻尼器，底板与支架问安装有竖直导向机构。

2.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述吊索对称地设置在质量块的两侧，所述吊索为长度可调节的钢索或两端连有球铰的连杆。

3.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述质量块由多块钢板或其他有一定质量的材料块叠加而成，支架的质量根据需要也可调节。

4.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述粘滞阻尼器为油压阻尼器。

5.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述粘滞阻尼器的两端通过球铰分别与底板和质量块相连。

6.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述底板与所述支架之间平行地设置有若干弹簧，所述弹簧为螺旋弹簧、板簧、碟簧和/或刚度可调的智能弹簧。

7.按照权利要求6所述的阻尼器，其特征在于：所述底板与支架之间采用弹性材料代替弹簧。

8.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述支架为框架结构，所述质量块通过所述吊索设置在框架结构的内部。

9.按照权利要求1所述的阻尼器，其特征在于：所述支架为板状结构，所述质量块通过所述吊索设置在板状结构的下部。

10.一种对权利要求1-9所述的阻尼器的应用方法，其特征在于：将该阻尼器设置在斜拉索桥的梁的1/4处和/或梁的跨中位置和/或主塔的上部用于斜拉索桥的减振。