CN103233529B - 一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器装置 - Google Patents

一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器，它包括外部套筒、外部底板、上部卡板、上部可调质量块、下部可调质量块、上部卡槽外环、上部卡槽内环、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈、水平弹簧、竖向弹簧、水平阻尼器和竖向阻尼器，通过调节质量块个数来调节阻尼器质量，从而实现阻尼器的频率调节，由于三向的限位装置使得各方向的频率不受影响，从而实现三维减震/振的目的。该发明的带卡槽的三维调谐质量阻尼器可控制风振作用对结构的影响，减小地震对结构的作用。本该装置可以用于桥梁工程、海洋平台及大跨悬挑结构等建筑结构的振动控制。

Description

一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器装置
技术领域
    本发明涉及一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器，属于风振控制和抗震、减震技术领域。
背景技术
结构被动控制是国内外研究最早应用最多的一种振动控制方式。从目前的状况来看，结构被动控制在理论上和应用上都取得了很多成果。被动控制不需要外部能源，它的原理是在结构某些部位安装隔震或其他消能装置，通过自身耗能来降低地震反应的控制方式。由于被动控制具有造价低廉，构造简单，易于维护且无需外部能源支持等优点，在土木工程界得到了广泛的关注且广泛应用在实际工程中。被动控制主要包括基础隔震、消能减震和被动调谐减震。
调谐质量阻尼器作为一种发展成熟的被动控制技术，当结构在外激励作用下产生振动时，带动调谐质量阻尼器系统一起振动，调谐质量阻尼器系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，调谐这个惯性力，使其对结构振动产生控制作用，从而达到减小振动反应的目的。由于调谐质量阻尼器其构造简单，易于维护和无需外界能量支持等特点，己经成功的在房屋建筑及大跨桥梁中用于减小风振及地震作用。
目前工程调谐质量阻尼器控制多为一个调谐质量阻尼器控制一个频率且在一个方向。即为有多少个方向振动用多少种类型调谐质量阻尼器，工程应用不太方便，调谐质量阻尼器系统造价高。多调谐质量阻尼器系统振动控制，只是将调谐质量阻尼器系统多个化，增加了控制频率的宽度，而控制方向还是同一方向。能否设计一种装置系统代替多个调谐质量阻尼器、节省造价、方便快捷的实现多个方向的振动控制一直是一个工程难题。
发明内容
本发明的目的在于针对已有技术存在的缺陷，提供一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器，使阻尼器能控制结构多个方向振动，充分发挥阻尼器的控制作用。
为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器，包括外部套筒、外部底板、上部卡板、上部可调质量块、下部可调质量块、上部卡槽外环、上部卡槽内环、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈、水平弹簧、竖向弹簧、水平阻尼器和竖向阻尼器；所述的水平弹簧和水平阻尼器以径向安置而两端分别与外部套筒和上部卡槽外环螺栓连接；上部卡板在上部卡槽外环的下面，上部卡槽外环与上部卡槽内环为光滑接触；上部卡槽内环与上部可调质量块螺栓连接；上部卡槽外环与上部卡板光滑接触；上部可调质量块与下部卡槽内圈螺栓连接；下部卡槽内圈与下部卡槽外圈光滑接触；下部可调质量块与下部卡槽外圈螺栓连接；竖向弹簧和竖向阻尼器竖直安置而两端分别与下部可调质量块和外部底板螺栓连接。
所述所述上部卡槽外环是一个外环内有四个竖直方向弧形卡片与上部卡槽内环上的四个竖直方向弧形卡槽光滑接触插配。
所述下部卡槽外圈的内壁上有两个环形的凹槽，与下部卡槽内圈的外壁上的环形凸环相光滑接触插配。
所述四个竖向弹簧周向均布而中心处为一个竖向阻尼器。
本装置工作原理如下：
地震或振动方向为水平任意方向时，上部可调质量块、上部卡槽内环、上部卡槽外环一起在水平任意方向运动，上部卡槽外环带动水平弹簧与水平阻尼器产生水平运动，上部可调质量块带动下部卡槽内圈在下部卡槽外圈的槽道内光滑运动，从而实现对此方向的振动控制。
地震或振动方向为竖向时，下部可调质量块、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈一起在竖向运动，下部可调质量带动竖向弹簧与竖向阻尼器产生竖向运动，下部卡槽内圈带动上部可调质量块及上部卡槽内环在上部卡槽外环的槽道内光滑运动，从而实现对此方向的振动控制。
由以上各种情况，当建筑结构产生某一方向振动时，装置会相应的某一方向的调谐质量阻尼器装置工作，各方向质量块可重复利用，而且不会对其他方向产生附带影响，从而达到对建筑结构的多向振动的准确控制。
带卡槽的三维调谐质量阻尼器工作状态:设上部可调质量块与上部卡槽内环总质量为M1，上部卡槽外环质量为M1 '；下部可调质量块及下部卡槽外圈总质量为M2，下部卡槽内圈质量为M2 '。
当装置受水平任意方向激励时：下部平台板、下部可调质量块、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈一起在竖向运动，下部平台板带动竖向弹簧与竖向阻尼器产生竖向运动，下部卡槽内圈带动上部可调质量块及上部卡槽内环在上部卡槽外环的槽道内光滑运动，装置运动方向与激励方向一致，整个装置有效质量为M1＋M1 '＋M2 '；当装置受竖向激励时：下部可调质量块、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈一起在竖向运动，下部平台板带动竖向弹簧与竖向阻尼器产生竖向运动，下部卡槽内圈带动上部可调质量块及上部卡槽内环在上部卡槽外环的槽道内光滑运动，装置运动方向与激励方向一致，整个装置有效质量为M1＋M2＋M2 '。
    与现有技术相比较，本发明具有如下显而易见的突出实质性特点和显著的技术进步：
    本发明利用一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器，使结构多个方向振动得到控制，充分发挥阻尼器的控制作用，并且各方向相互不干扰。本带卡槽的三维调谐质量阻尼器装置可以用于桥梁工程、海洋平台及大跨悬挑结构等建筑结构的振动控制。
附图说明
    图1为带卡槽的三维调谐质量阻尼器装置示意图。
    图2是外部套筒整体装置图。
    图3是内部装置带卡槽的三维图。
    图4是内部装置正立面图。
    图5是上部环形卡槽装置图。
    图6是上部卡槽零件图。
    图7是下部圆形卡槽装置图。
具体实施方式
    本发明的优选实施例结合附图说明如下：
实施例一：
参见图1～图7，本带卡槽的三维调谐质量阻尼器，其特征在于：包括外部套筒1、上部卡板2、上部卡槽内环3、水平弹簧4、上部可调质量块5、上部卡槽外环6、水平阻尼器7、下部卡槽外圈8、下部可调质量块9、下部卡槽内圈10、竖向弹簧11、竖向阻尼器12和外部底板13。所述的水平弹簧（4)和水平阻尼器7相间周向均布，并以径向安置而两端分别与外部套筒1和上部卡槽外环6螺栓连接；上部卡槽外环6与上部卡槽内环3为光滑接触；上部卡槽内环3与上部可调质量块5螺栓连接；上部卡槽外环6与上部卡板2光滑接触；上部可调质量块5与下部卡槽内圈10螺栓连接；下部卡槽内圈10与下部卡槽外圈8光滑接触；下部可调质量块9与下部卡槽外圈10螺栓连接；竖向弹簧11和竖向阻尼器12竖直安置而两端分别与下部可调质量块9和外部底板13螺栓连接。
实施例二：
本实施例与实施例一相同，特例之处如下：所述上部卡槽外环6是一个外环内有四个竖直方向弧形卡片与上部卡槽内环3上的四个竖直方向弧形卡槽光滑接触插配。下部卡槽外圈8的内壁上有两个环形的凹槽，与下部卡槽内圈10的外壁上的环形凸环相光滑接触插配。四个竖向弹簧11周向均布而中心处为一个竖向阻尼器12。
实施例三：
如图1所示，本带卡槽的三维调谐质量阻尼器装置，包括外部套筒1、上部卡板2、上部卡槽内环3、水平弹簧4、上部可调质量块5、上部卡槽外环6、水平阻尼器7、下部卡槽外圈8、下部可调质量块9、下部卡槽内圈10、竖向弹簧11、竖向阻尼器12、外部底板13。
如图2所示，所述外部套筒整体装置，包括外部套筒1、上部卡板2、外部底板13。
如图3和图4所示，所述内部装置，包括上部卡槽内环3、水平弹簧4、上部可调质量块5、上部卡槽外环6、水平阻尼器7、下部卡槽外圈8、下部可调质量块9、下部卡槽内圈10、竖向弹簧11、竖向阻尼器12。所述的水平弹簧4、水平阻尼器7分别与外部套筒1、上部卡槽外环6螺栓连接；上部卡槽外环6与上部卡槽内环8为光滑接触；上部卡槽内环3与上部可调质量块5螺栓连接；上部卡槽外环6与上部卡板2光滑接触；上部可调质量块5与下部卡槽内圈10螺栓连接；下部卡槽内圈10与下部卡槽外圈8光滑接触；下部可调质量块9与下部卡槽外圈10螺栓连接；竖向弹簧11、竖向阻尼器12分别与下部可调质量块9、外部底板13螺栓连接。
如图5与图6所示，上部环形卡槽装置，包括上部卡槽内环3、上部卡槽外环6，上部卡槽外环6与上部卡槽内环8为光滑接触。
如图7所示，下部圆形卡槽装置，包括下部卡槽内圈10、上部卡槽外圈8，下部卡槽内圈10与下部卡槽外圈8光滑接触。
当装置受水平任意方向激励时：下部平台板、下部可调质量块、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈一起在竖向运动，下部平台板带动竖向弹簧与竖向阻尼器产生竖向运动，下部卡槽内圈带动上部可调质量块及上部卡槽内环在上部卡槽外环的槽道内光滑运动，装置运动方向与激励方向一致，整个装置有效质量为M1＋M1 '＋M2 '；
当装置受竖向激励时：下部可调质量块、下部卡槽外圈、下部卡槽内圈一起在竖向运动，下部平台板带动竖向弹簧与竖向阻尼器产生竖向运动，下部卡槽内圈带动上部可调质量块及上部卡槽内环在上部卡槽外环的槽道内光滑运动，装置运动方向与激励方向一致，整个装置有效质量为M1＋M2＋M2 '。

Claims (2)

1.一种带卡槽的三维调谐质量阻尼器，其特征在于：包括外部套筒（1）、上部卡板（2）、上部卡槽内环（3）、水平弹簧（4）、上部可调质量块（5）、上部卡槽外环（6）、水平阻尼器（7）、下部卡槽外圈（8）、下部可调质量块（9）、下部卡槽内圈（10）、四个竖向弹簧（11）、竖向阻尼器（12）和外部底板（13）；所述的水平弹簧（4)和水平阻尼器（7）相间周向均布，并以径向安置而两端分别与外部套筒（1）和上部卡槽外环（6）螺栓连接；上部卡槽外环（6）与上部卡槽内环（3）为光滑接触；上部卡槽内环（3）与上部可调质量块（5）螺栓连接；上部卡槽外环（6）与上部卡板（2）光滑接触；上部可调质量块（5）与下部卡槽内圈（10）螺栓连接；下部卡槽内圈（10）与下部卡槽外圈（8）光滑接触；下部可调质量块（9）与下部卡槽外圈（10）螺栓连接；竖向弹簧（11）和竖向阻尼器（12）竖直安置而两端分别与下部可调质量块（9）和外部底板（13）螺栓连接；所述上部卡槽外环（6）是一个外环内有四个竖直方向弧形卡片与上部卡槽内环（3）上的四个竖直方向弧形卡槽光滑接触插配；所述下部卡槽外圈（8）的内壁上有两个环形的凹槽，与下部卡槽内圈（10）的外壁上的环形凸环相光滑接触插配。
2.根据权利要求1所述的带卡槽的三维调谐质量阻尼器，其特征在于：所述四个竖向弹簧（11）周向均布而中心处为一个竖向阻尼器（12）。
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