CN103306395A - 多维可调式减振控制装置 - Google Patents

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马瑞升
王骞
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本发明具体公开了一种多维可调式减振控制装置,包括矩形底座,所述的底座内侧设有一个矩形的导轨,所述的矩形导轨上设有能沿其滑动的滑块,在底座上设置能沿其纵向滑动的纵向小车,纵向小车上设置有能沿其横向滑动的横向小车,纵向小车的前端和后端分别设置弹性装置I,弹性装置I与底座的前后两端的滑块相连;横向小车的左端和右端分别设置弹性装置II,置弹性装置II与底座的左右两端的滑块相连,且在横向小车的上部设有质量块,所述的质量块通过弹性装置III与横向小车相连。本发明可适用于大跨、高耸、体型复杂和安全要求高的建筑结构,能够产生较好的经济效益和社会效益。

Description

多维可调式减振控制装置
[0001]
技术领域
[0002] 本发明涉及一种多维可调式减振控制装置,具体说就是针对大跨、高耸、体型复杂等相关结构的多维可调式减振控制装置。
背景技术
[0003] 改革开放以来,建筑产业进入快速的发展时期,建筑的高度和复杂程度不断增加。地震灾害中惨痛的伤亡代价以及人们安全意识的提高,确保建筑结构地震作用下的安全运行成为一项重大的研究课题。在地震作用下,建筑结构顶端的位移、速度和加速度等响应会很大,严重影响结构的安全性。理论研究与震害经验表明,地震时的地面运动是一个复杂的多维运动,结构在单维和多维地震作用下的反应是不同的,对于复杂或者重要的结构(如海洋平台、高层、网壳以及输电塔-线体系等大跨度空间结构)只考虑单分量地震作用是不够的,应当考虑多分量地震作用对结构的影响。因此必须对建筑结构的多维振动进行控制。
[0004] 调谐质量阻尼器(TMD)是一种经典的减振控制装置,它是由弹簧、阻尼器和质量块所组成的振动系统。当结构在地震作用下产生振动,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,使其对结构的振动控制产生控制作用,从而达到减小结构振动响应的目的。
[0005] TMD对结构振动的控制作用与结构及TMD本身的频率有很大的相关性。当TMD的频率与结构的自振频率一致时 ,减振效果十分明显;当TMD的频率与结构的自振频率不一致时,减振效果较差,甚至会加剧振动。实际工程中结构的频率可能会随着环境状况的变化而发生改变,传统调谐质量阻尼器的频率安装后无法改变,具有很大的局限性。目前关于建筑结构减振控制装置大多针对结构的一个方向或者某两个方向的振动进行控制,考虑到地震动的多维性,忽略任何一个方向的振动控制,都有可能造成严重的后果,如果采用传统的多个调谐质量阻尼器对结构进行多维振动控制,会对结构带来很大的负担,以致产生不利影响。
发明内容
[0006] 本发明的目的是为建筑结构提供一种减振控制的装置,主要对结构在多维地震作用下水平双向和竖向的振动进行控制。
[0007] 为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
多维可调式减振控制装置,包括矩形底座,所述的底座内侧设有一个矩形的导轨,所述的矩形导轨上设有能沿其滑动的滑块,在底座上设置能沿其纵向滑动的纵向小车,纵向小车上设置有能沿其横向滑动的横向小车,纵向小车的前端和后端分别设置弹性装置I,弹性装置I与底座的前后两端的滑块相连;横向小车的左端和右端分别设置弹性装置II,置弹性装置II与底座的左右两端的滑块相连,且在横向小车的上部设有质量块,所述的质量块通过弹性装置III与横向小车相连。
[0008] 所述的纵向小车的上面均设有导轨。
[0009] 所述的纵向小车底部设有四个卡在底座导轨上且能沿底座导轨滑动的轮子。
[0010] 所述的横向小车底部设有四个卡在纵向小车上且能沿纵向小车导轨滑动的轮子。
[0011] 所述的质量块是由铁板通过螺栓连接而成。
[0012] 所述的质量块套设在竖向的导向杆上,通过导向杆限制其水平方向的移动。
[0013] [0013]所述的弹性装置1、弹性装置I1、弹性装置III各自均包括两根弹簧和一个粘滞油阻尼器,所述的粘滞油阻尼器设置于两根弹簧的中间。
[0014] 所述的导向杆穿过质量块和设置于质量块底部的弹簧,固定在横向小车上。
[0015] 所述的弹性装置III的上端焊接在质量块的底部,下端焊接在横向小车上。
[0016] 本发明的有益效果如下:
该减振装置工作原理为调谐质量阻尼器(TMD),属于被动控制的范畴。与其他减振控制技术相比,本减振装置的优点:(1)可以实现多个方向上的减振控制,效果较好;(2)多个方向上的减振控制共用一个质量块,有效地减轻了结构的负担;(3)可以通过改变质量块中钢板的数量,对调谐质量阻尼器的频率进行调节;(4)构造简单,便于加工,无需外部能量的输入,更容易实现且安全性较高;(5)不仅适用于新建建筑结构的减振,也适用于已有建筑结构的减振控制。
[0017] 本发明的多维可调式减振控制装置能够减小结构水平双向和竖向的地震响应,避免共振效应,充分的保证建筑结构的安全性。可适用于大跨、高耸、体型复杂和安全要求高的建筑结构,能够产生较好的经济效益和社会效益。
附图说明
[0018] 图1是多维可调式减振控制装置示意图。
[0019] 图2是多维可调式减振控制装置的A-A剖面示意图。
[0020] 图3是多维可调式减振控制装置的B-B剖面示意图。
[0021] 图中:1滑块导轨,2第一滑块,3第一粘滞阻尼器,4第一弹簧,5轮子,6第二弹簧,7第二粘滞阻尼器,8第二滑块,9纵向小车,10锚固螺栓,11导向杆,12横向小车,13质量块,14第三弹簧,15底座,16第三粘滞阻尼器,17垫板,19轴承。
具体实施方式
[0022] 以下结合技术方案和附图详细叙述本发明最佳的实施方式。
[0023] 本发明提出的多维可调式减振控制装置如图1,图2,图3所示。每个减振控制装置包括一个箱型结构,竖向四根弹簧,横向两根弹簧,纵向两根弹簧,以及竖向纵向横向各一个粘滞油阻尼器,横向与纵向的导轨和小车,竖向的两根导向杆等。该装置可以安装在建筑结构的顶层。具体结构如下:包括矩形底座15,所述的底座15内侧设有一个矩形的滑动导轨I,所述的滑动导轨上设有能沿其滑动的第一滑块2和第二滑块8,在底座15上设置能沿其纵向滑动的纵向小车9,纵向小车9上设置有能沿其横向滑动的横向小车12,纵向小车9的前端和后端分别设置弹性装置I,弹性装置I与底座15的前后两端的第二滑块8相连;横向小车12的左端和右端分别设置弹性装置II,置弹性装置II与底座15的左右两端的第一滑块2相连,且在横向小车12的上部设有质量块13,所述的质量块13通过弹性装置III与横向小车12相连。所述的纵向小车9的上面均设有导轨。
[0024] 纵向小车9底部设有四个卡在底座15导轨上且能沿底座15导轨滑动的轮子5,所述的轮子通过轴承19固定。横向小车12底部设有四个卡在纵向小车上且能沿纵向小车导轨滑动的轮子。质量块13是由铁板通过锚固螺栓10连接而成。质量块13通过穿过其的竖向的导向杆11限制水平向的移动。
[0025] 弹性装置1、弹性装置I1、弹性装置III各自均包括两根弹簧和一个粘滞油阻尼器,所述的粘滞油阻尼器设置于两根弹簧的中间。导向杆11穿过质量块13和设置于质量块13底部的弹簧,固定在横向小车12上。弹性装置I包括第一弹簧4和第一粘滞阻尼器3。弹性装置II包括第二弹簧6和第二粘滞阻尼器7。弹性装置III包括第三弹簧14和第三粘滞阻尼器16,其上端焊接在质量块13的底部,下端焊接在横向小车12上。
[0026] 具体的实施方法如下:在所述的箱型结构15内设有一个能沿其纵向运动的纵向小车9,纵向小车9前后两端通过第二弹簧6和第二粘滞阻尼器7与容器15侧壁上的滑块2焊接在一起,轮子5通过箱型结构中的导轨限制其运动轨迹。在小车9的上部设置可以横向运动小车12,小车12前后两端通过第一弹簧4和第一粘滞阻尼器3与底座15侧壁上的第二滑块8焊接在一起,轮子5通过箱型结构中的导轨限制其运动轨迹。然后将质量块13预先开设螺栓孔和导向杆穿孔,将第三弹簧14和第三粘滞阻尼器16的上端焊接在质量板的下部的垫板17上,再将第三弹簧14和第三粘滞阻尼器16的下端与横向小车12通过焊接固定。最后将其余钢板通过导向杆11的上端穿插进来,用锚固螺栓10将所有的钢板固定起来,构成了 TMD减振系统中的质量块。
[0027] 弹簧和钢板的设计保证多维可调式减振控制装置的频率与结构的振动频率一致,当环境的改变导致结构的振动频率改变时,可以通过增减叠合钢板的数量(改变质量块的质量)即可改变该装置的频率,保证最大的减振效果。导向杆11的作用只允许质量块竖向的运动,进而实现竖向的减振作用。

Claims (9)

1.多维可调式减振控制装置,包括矩形底座,其特征在于:所述的底座内侧设有一个矩形的导轨,所述的矩形导轨上设有能沿其滑动的滑块,在底座上设置能沿其纵向滑动的纵向小车,纵向小车上设置有能沿其横向滑动的横向小车,纵向小车的前端和后端分别设置弹性装置I,弹性装置I与底座的前后两端的滑块相连;横向小车的左端和右端分别设置弹性装置II,置弹性装置II与底座的左右两端的滑块相连,且在横向小车的上部设有质量块,所述的质量块通过弹性装置III与横向小车相连。
2.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的纵向小车的上面均设有导轨。
3.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的纵向小车底部设有四个卡在底座导轨上且能沿底座导轨滑动的轮子。
4.如权利要求2所述的装置,其特征在于:所述的横向小车底部设有四个卡在纵向小车上且能沿纵向小车导轨滑动的轮子。
5.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的质量块是由铁板通过螺栓连接而成。
6.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的质量块套设在竖向的导向杆上,通过导向杆限制其水平方向的移动。
7.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的弹性装置1、弹性装置I1、弹性装置III各自均包括两根弹簧和一个粘滞油阻尼器,所述的粘滞油阻尼器设置于两根弹簧的中间。
8.如权利要求6所述的装置,其特征在于:所述的导向杆穿过质量块和设置于质量块底部的弹簧,固定在横向小车上。
9.如权利要求1所述的装置,其特征在于:所述的弹性装置III的上端焊接在质量块的底部,下端焊接在横向小车上。
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