CN103255850B - 一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器 - Google Patents

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Abstract

一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器属于结构工程的抗震减震技术领域。本发明包括颗粒阻尼箱体、颗粒阻尼、限位弹簧、竖向隔振弹簧、粘弹性材料、钢混支座、第一球面形钢板、第二球面形钢板、滚轮、挡板。阻尼器内部滚轮之上的颗粒阻尼箱体及颗粒阻尼构件作为水平向调谐进行减震耗能；竖向隔振弹簧之上的所有构件作为竖向和摇摆向调谐质量进行减震耗能；粘弹性材料铅、钢混支座和弧形钢板所形成的转动体系作为扭转向调谐质量进行减震耗能。从而最终实现阻尼器在所有方向内的减震耗能功能。阻尼器具有多维减震、制作简单、布置方便灵活等特点。在地震作用下，该阻尼器能够实现水平各个方向、竖直方向以及水平扭转的耗能减震。

Description

一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器
技术领域
本发明涉及一种在结构所有方向（水平各向、竖向以及扭转）均能进行调谐耗能减震的阻尼器，属于结构工程的抗震减震技术领域。
背景技术
随着人们生活水平的提高，人们对于建筑结构的抗震要求也越来越高，同时人们也越来越注意生活在里面的舒适度。地震动是一种复杂的多维运动，地震来临时地面各质点的运动也是复杂多维的，而地震波也是各个方向复杂多样的，地震的多维动力作用导致在地震作用下建筑物结构的动力特性也是多维复杂的，包括建筑物结构的水平各个方向运动、建筑物的上下不规则运动以及建筑物结构的扭转等。
今年来我国及世界各地强震频频发生，而我国及世界有些地区对于建筑物的抗震是远远不够的，结果是造成人类的巨大损失。现在人们研究的用于建筑物结构的阻尼器更注重单个方向的抗震减震，例如水平单方向或两个方向的质量调谐阻尼器，以及颗粒阻尼器等等。然而这些单向或两向阻尼器并不能满足地震多维振动下建筑物结构各个方向的动力减震抗震。一般的调谐系统只针对结构在某一个方向的振动进行独立的减振设计，多维振动控制尤其是竖向和扭转振动控制效果不佳。此外，调谐系统的造价较昂贵，不利于广泛应用。所以开发研制全方位多维的调谐阻尼系统就变得更有工程实际意义。
发明内容
为了改善目前阻尼器只是针对结构在某一个方向的振动进行独立的减振设计，多维振动控制尤其是竖向和扭转振动控制效果不佳的特点和缺陷，本发明提出了一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，本阻尼器具有多维减震、制作简单、布置方便灵活等特点。在地震作用下，该阻尼器能够实现水平各个方向、竖直方向以及水平扭转的耗能减震。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，其特征在于：包括：颗粒阻尼箱体1、颗粒阻尼2竖向隔振弹簧4、粘弹性材料5、钢混支座6、第一球面形钢板7、第二球面形钢板8和滚轮9；底面为球面的圆柱体颗粒阻尼箱体1通过滚轮9与下部的第二球面形钢板8连接；阻尼箱体1内部有颗粒阻尼；2第二球面形钢板8与其下部的第一球面形钢板7之间通过竖向隔振弹簧4进行竖向连接；第一球面形钢板7与最下部的钢混支座6之间由粘弹性材料5进行连接。其中，第一球面形钢板7的上下表面、第二球面形钢板8的上下表面以及钢混支座6上表面曲率相同。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，其特征在于：还包括限位弹簧3和挡板10；挡板10位于颗粒阻尼箱体1的外围，限位弹簧3位于挡板10的内侧。
阻尼器内部滚轮之上的颗粒阻尼箱体及颗粒阻尼构件作为水平向调谐进行减震耗能；竖向隔振弹簧之上的所有构件作为竖向和摇摆向调谐质量进行减震耗能；粘滞性材料铅、钢混支座和弧形钢板所形成的转动体系作为扭转向调谐质量进行减震耗能。从而最终实现阻尼器在所有方向内的减震耗能功能。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，特征在于：所述的颗粒阻尼箱体、颗粒阻尼、滚轮和挡板构成水平调谐，所述的颗粒阻尼的级配颗粒包含主体颗粒和细颗粒其中主体颗粒粒径为50mm～100mm，材料为钢珠，细颗粒粒径为主体颗粒粒径的1/200～1/10，材料为铁粉、铅粉、铜粉。颗粒阻尼在颗粒阻尼箱体内，通过颗粒阻尼自身以及与颗粒阻尼箱体的相互碰撞，实现水平方向的减震耗能。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，特征在于：第二球面形钢板上表面为光滑内球面，滚轮位于颗粒阻尼箱体下部与球面形钢板之间能灵活运动，实现颗粒阻尼箱体在球面形钢板上来回灵活运动，保证在水平方向的减震功能。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，特征在于：挡板内侧的限位弹簧可以保证适当减小挡板的刚度，保证在颗粒阻尼箱体在第二球面形钢板上水平方向来回运动时不至于脱离弧形钢板实现地震时水平方向减震。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，特征在于：所述的竖向隔振弹簧与球面形钢板和球面形钢板之间均为固结，具有足够的刚度和强度，保证地震时竖向减震。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，其特征在于：第一球面形钢板和钢混支座之间通过环形的粘弹性材料的粘弹性以及粘弹性材料与第一球面形钢板及钢混支座的摩擦，确保提供阻尼器的水平抗扭转功能。
所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，特征在于：阻尼器底部的钢混支座可焊接于楼顶，实现圆锅式全向质量减震阻尼器与楼房等建筑物固结，保证一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器进行全方位多维减震。
本发明通过钢混支座与建筑物结构的固结使其成为建筑物的附属结构，改善原结构的动力特性，实现在地震作用下能够调谐结构自振特性、转移和耗散结构本应该承受的部分外部动能的功能。另外本发明能够实现建筑物结构的水平各个方向、竖直方向及水平抗扭转的多维抗震减震。通过全面耗能，保证减少建筑物结构的损伤。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）本发明中的调谐质量可以在水平各向、竖向及扭转均实现运动，从而转移和耗散地震中结构主体的动能，实现了全向减震的功能，能够有效提高减振控制效果。
2）本发明采用较为简单灵活的层状结构便于安装，另外，颗粒阻尼箱体在光滑的圆弧行面上运动灵活，更易于实现水平抗震耗能。
3）本发明需要成本较低，就能实现建筑物结构的全方位多个方向的多维抗震减震，工程实际意义较大。
附图说明
图1为本发明的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器正面示意图；
图2为本发明的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器正剖面三维示意图；
图3为本发明的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器的颗粒阻尼俯视示意图；
图4为本发明的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器的竖向隔振弹簧所在的球面俯视示意图；
图5为本发明的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器粘弹性材料所在球面俯视示意图；
图中：1-颗粒阻尼箱体，2-颗粒阻尼，3-限位弹簧，4-竖向隔振弹簧，5-环形粘弹性材料，6-钢混支座，7-第一球面形钢板，8-第二球面形钢板，9-滚轮，10-挡板
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
某办公楼在八度抗震设防区，需要考虑应用减震措施提高抗震减震能力。该建筑的平面尺寸为28m*40m，基本周期为0.25s。根据实际需要来安置本颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器。
首先，根据实际建筑物结构的平面尺寸、估算的质量、转动惯量和刚度等选取最优的调谐质量及阻尼比，设定合适的颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器的总体数量，假定要设定阻尼器的数量2个。
其次，确定每个颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器的质量、半径大小、球面形钢板7球面形钢板8的质量和大小、需要的颗粒阻尼的数量及需要抗扭粘弹性材料5的面积以在钢混支座6和球面形钢板7合理布置。选定需要定做的每个阻尼器的质量大小为500kg，初步设定半径大小为1m，高0.6m。设定颗粒阻尼箱体采用半径0.6m，厚度为0.3m。颗粒阻尼箱体1中的颗粒阻尼采用球形钢珠，具体材料为直径0.04m和0.02m两种钢珠，采用0.06m的钢珠与0.03m的钢珠的采用1:2质量级配比。粘弹性材料5采用铅，环形的粘弹性材料的宽度设定为0.05m。
然后，对于单体阻尼器的制作，根据设计方案，加工制作各个部件。在保持球面形钢板7和球面形钢板8的刚度的前提下，保持球面形钢板8内表面的光滑，保证滚轮9的来回灵活运动。钢混支座6与办公楼顶层之间通过焊接等方式进行固结，使本颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器成为建筑物的附属结构。
最后，在建筑物的其他部位合理布置阻尼器，以实现共同抗震减震。办公楼为长方形，办公楼的中线两侧四分之一处分别各安放一个阻尼器，阻尼器与楼层之间采用固结，锚固与楼顶层。
利用有限元软件模拟，在不设颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器时，八度地震下该办公楼的水平加速度大约为0.8m2/s；在向上述实例中设置颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器时，在相同地震级数下，该办公楼的的水平加速度约为0.6m2/s。其水平抗扭转以及竖向抗震也得到了加强。所以该颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器对于建筑物的全方位多维抗震具有一定的效果。
以上为本发明的一个典型实施例，单本发明的实施不限于此。

Claims (2)

1.一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，其特征在于：包括：颗粒阻尼箱体(1)、颗粒阻尼(2)、竖向隔振弹簧(4)、粘弹性材料(5)、钢混支座(6)、第一球面形钢板(7)、第二球面形钢板(8)和滚轮(9)；底面为球面的圆柱体颗粒阻尼箱体(1)通过滚轮(9)与下部的第二球面形钢板(8)连接；阻尼箱体(1)内部有颗粒阻尼(2)；第二球面形钢板(8)与其下部的第一球面形钢板(7)之间通过竖向隔振弹簧(4)进行竖向连接；第一球面形钢板(7)与最下部的钢混支座(6)之间由粘弹性材料(5)进行连接；其中，第一球面形钢板(7)的上下表面、第二球面形钢板(8)的上下表面以及钢混支座(6)上表面曲率相同。
2.根据权利要求1所述的一种颗粒调谐质量式圆底形全向减震阻尼器，其特征在于：还包括限位弹簧(3)和挡板(10)；挡板(10)位于颗粒阻尼箱体(1)的外围，限位弹簧(3)位于挡板(10)的内侧。
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