CN103335057B - 带有框架的调谐质量减振器 - Google Patents

Abstract

本发明属于带有框架的调谐质量减振器。其包括弹性元件和质量块，特征是还包括至少一个联接框架，联接框架中包含至少一个吸振腔，质量块至少局部设置在联接框架的吸振腔内，质量块与吸振腔的腔壁之间设有弹性元件。本发明结构简单，减振降噪效果好，性能稳定，适用频域范围更广，使用寿命长，对建筑结构的外观影响小，性价比十分优越，可以广泛应用于控制轨道交通、大型回转设备、机场登机桥、大跨度人行天桥、港口栈桥、高层建筑及相关结构振动，市场前景十分广阔。

Description

带有框架的调谐质量减振器

技术领域

本发明属于土木工程结构和机械结构减振技术领域，具体涉及一种用于控制交通运输工具、机器设备运转等原因引发的结构振动的调谐质量减振器。

背景技术

近年来，我国轨道交通飞速发展，给人们提供了快捷、安全的出行方式的同时，其产生的振动和噪声问题也严重影响了周边居民的生活质量，危及周边建筑安全，并且使轨道本身的稳定性、安全性和使用寿命也受到影响。

随着城市建设的发展，各种高层、超高层建筑和细高结构、大跨度建筑物日益增多，同时，城市交通网络越来越发达，各种大跨度的机场登机桥、人行天桥、港口栈桥等桥梁结构得到了广泛的应用，为人们的出行带来了极大的便利。但是，此类细高建筑物及桥梁虽然强度和刚度比较容易满足设计要求，其竖向振动的频率却普便都比较低（例如大跨度人行天桥的竖向频率通常只有2赫兹左右），在强风激励或行人、车辆等动载作用下容易发生共振，给行人带来不舒服的感觉，造成结构物自身结构损坏，甚至严重威胁到人和车辆的安全。如何防止这类大跨度、低频结构物发生破坏性共振成为工程建设中不得不着手解决的现实问题。实践证明，调谐质量减振器（也有文献中称质量调谐阻尼器，或称质量调谐减振器，本文中也简称减振器或TMD）是一种有效的振动控制装置，将它的固有频率调整到接近结构的自振频率，然后安装在结构上。当结构受到激振力干扰发生振动时，引起调谐质量减振器的共振，利用调谐质量的振动惯性力反作用于结构本身，从而抵消激振力，达到减小结构反应的目的，例如申请号为200410087664.2之中国专利所公布的定向垂直可调式调谐质量减振器。但是，现有调谐质量减振器产品中弹性元件主要依赖螺旋钢弹簧，弹性元件的品种比较单一；另一方面，弹性元件直接与外部环境接触，容易产生锈蚀、落入杂物等问题，影响产品的减振性能；再有，现有的调谐质量减振器多附加在建筑结构上，受建筑结构的加工误差及设计变更影响较大，有时还会影响建筑结构的美观；第四，受现有产品结构和弹性元件特点的限制，产品的固有频率较低，不适于控制15Hz以上的高频振动，适用范围受限。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种减振降噪效果好、性能稳定、对建筑结构的外观影响小、使用寿命长的带有框架的调谐质量减振器。

本发明带有框架的调谐质量减振器是这样实现的，包括弹性元件和和质量块，其特征在于还包括至少一个联接框架，联接框架中包含至少一个吸振腔，质量块至少局部设置在联接框架的吸振腔内，质量块与吸振腔的腔壁之间设有弹性元件。

所述弹性元件可以由橡胶、弹性聚氨酯或金属弹簧中的至少一种构成。其中，金属弹簧包括碟簧、板簧和螺旋弹簧等；橡胶具体可以是氯丁橡胶、丁腈橡胶等。为了保证弹性元件在使用过程中始终对质量块保持有效的弹性支承，可以使质量块与吸振腔腔壁之间设置的弹性元件处于预压缩状态，并且弹性元件的预压缩位移大于质量块工作时相对于吸振腔腔壁的振幅。特别是对于金属弹簧，在本发明加工制造的过程中与质量块及联结框架进行组装时都需要实施预压缩。

本发明带有框架的调谐质量减振器还可以包括阻尼元件，阻尼元件设置在质量块与吸振腔腔壁之间。阻尼元件可以由弹性固体阻尼材料构成；阻尼元件也可以由液体阻尼材料构成，增设液体阻尼时，吸振腔的开口处设有密封件，密封件将吸振腔完全封闭，液体阻尼材料填充在质量块与吸振腔腔壁之间的部分空隙中。为了进一步提高系统阻尼，还可以在质量块上设置动叶片，吸振腔腔壁上设有静叶片与动叶片交错配合，相邻的静叶片与动叶片之间的部分空隙内设有液体阻尼材料。此外，还可以在动叶片或/和静叶片上设置扰流孔或扰流凸凹结构。当然，还可以在质量块上设置扰流孔或扰流凸凹结构。

为了增加弹性元件与联接框架及质量块之间连接的可靠性，还可以在吸振腔与弹性元件配合的腔壁表面或/和质量块与弹性元件的配合表面上设有连接加强结构。所述的连接加强结构包括表面凸凹结构、表面滚花结构或表面拉毛结构。

联接框架中吸振腔的数量超过一个，吸振腔沿联接框架的轴向并列设置，或/和沿联接框架横截面的垂向并列设置，或/和沿联接框架横截面的水平向并列设置。

与现有技术相比，本发明带有框架的调谐质量减振器，将质量块和弹性元件构成的质量——弹簧系统设置在联接框架内，其具有如下优点：

（1）联接框架对质量块、弹性元件和阻尼元件形成有效的保护，耐候性好，防止水、油、灰尘进入，特别当使用高分子弹性材料时，防止臭氧和紫外线损坏高分子材料，弹性材料不易发生老化，可大大延长产品的使用寿命；

（2）除了质量调谐减振外，当质量块和联接框架大于一个模态频率的1/2波长时，质量块和联结框架会对弹性元件及阻尼元件产生约束作用，二者之间的相对变形会剪切二者之间的阻尼材料，实现额外的剪切变形耗能，因此减振效果更显著；

（3）本发明带有框架的调谐质量减振器在结构上实现突破，对弹性元件的限制更少，弹性元件的选材范围广，因此其适用的频率更宽；

（4）本发明带有框架的调谐质量减振器结构紧凑，占用空间较小，对建筑结构外观的影响小，其甚至可以集成在建筑结构的柱或梁中，不占用额外空间，同时对建筑结构的外观无影响；

（5）弹性元件在质量块上下、左右独立设置，同一个质量块在联接框架垂向和联接框架横向的频率可以独立调整，在两个方向实现调谐质量减振。

（6）对质量块与联接框架之间设置的弹性元件实施预压缩后，一方面即使构成弹性元件的材料开裂、有内部裂缝，弹性元件的刚度和调谐质量减振器的工作频率不会发生变化；另一方面，当用于控制高频振动时，质量块的振幅较小，经预压缩后，弹性元件的刚度呈线性变化，更容易准确设计调控；第三，由于实施了预紧，弹性材料万一开裂，质量块也不会脱落，安全可靠。

综上，本发明带有框架的调谐质量减振器的结构简单，减振降噪效果好，性能稳定，适用频域范围更广，使用寿命长，对建筑结构的外观影响小，性价比十分优越，可以广泛应用于控制交通运输工具、机器设备运转等原因引发的结构振动，其市场应用前景十分广阔。

附图说明

图1为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之一。

图2为图1的H-H剖视图之一。

图3为图1的H-H剖视图之二。

图4为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之二。

图5为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之三。

图6为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之四。

图7为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之五。

图8为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之六。

图9为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之七。

图10为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之八。

图11为图10中的A部放大图之一。

图12为图10中的A部放大图之二。

图13为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之九。

图14为图13的B-B剖视图之一。

图15为图13的B-B剖视图之二。

图16为图13的B-B剖视图之三。

图17为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十。

图18为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十一。

图19为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十二。

图20为图19的C-C剖视图。

图21为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十三。

图22为图21中的D部放大图。

图23为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十四。

图24为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十五。

图25为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十六。

图26为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十七。

图27为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十八。

图28为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之十九。

图29为图28中的E部放大图。

图30为本发明带有框架的调谐质量减振器的结构示意图之二十。

具体实施方式

实施例一

如图1和图2所示本发明带有框架的调谐质量减振器，包括弹性元件4和质量块3，此外还包括联接框架2，联接框架2中包含一个吸振腔100，质量块3设置在联接框架2的吸振腔100内，质量块3与吸振腔100的腔壁之间设有弹性元件4。具体的，弹性元件4设置在质量块3的上下表面与吸振腔100腔壁之间，联接框架2由铝合金材料制成，弹性元件4由橡胶材料制成，由于橡胶材料具有良好的阻尼特性，是常用的弹性固体阻尼材料，因此弹性元件4同时也是阻尼元件，质量块3为铁块，其中，弹性元件4通过硫化工艺分别与质量块3和联接框架2固连在一起。为了增加弹性元件与联接框架及质量块之间连接的可靠性，在吸振腔腔壁与弹性元件的部分配合表面以及质量块与弹性元件的部分配合表面上分别设有连接加强结构，所述的连接加强结构具体为吸振腔100腔壁相应表面上设置的凸凹结构30及质量块3相应表面上设置的凸凹结构31。

下面以应用于建筑结构为例对本发明的应用进行说明。应用时，可以直接将本发明带有框架的调谐质量减振器直接固定在建筑结构表面。建筑结构受到外部激励下发生振动时，质量块与弹性元件构成的质量——弹簧调谐系统，产生反作用力作功耗能使得建筑结构的振动迅速得以衰减，趋于静止，此外，联接框架、弹性体及质量块之间还构成约束阻尼耗能结构，当质量块和联接框架大于一个模态频率的1/2波长时，质量块压缩弹性元件向联接框架移动的过程中，质量块和联结框架会对橡胶材料产生约束作用，二者之间的相对变形会剪切二者之间的橡胶材料，实现额外的剪切变形耗能，因此可以进一步提高减振耗能的效果，实现延长建筑结构使用寿命的目的。需要指出的是，本例中，虽然仅在质量块3上、下表面与联接框架1之间设置了弹性元件4，但由于弹性元件4在横向也具有一定的弹性，因此本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器可以实现同时控制建筑结构在垂向及横向的振动。实际应用中，可以通过优化弹性元件4的弹性以及质量块3的总重量，实现对不同频率振动的控制。除桥梁等建筑结构外，本发明带有框架的调谐质量减振器还可以应用于轨道交通、大型回转设备的振动控制中，例如，可以将本发明带有框架的调谐质量减振器固定设置在钢轨的非工作表面，用于控制钢轨的振动；也可以设置在摆放大型回转设备的楼板上，用于控制楼板的共振，都能实现很好的效果。

本发明中弹性元件、质量块及联接框架的选材可以多种多样，例如，弹性元件可以采用橡胶、弹性聚氨酯或金属弹簧中的至少一种构成；质量块可以采用钢、铁等比重高的材料制成；联接框架可以采用不锈钢、铝合金、玻璃钢等高强度、耐腐蚀的材料制成。当然根据弹性元件、质量块及联接框架的具体材料不同，弹性元件与质量块及联接框架的具体连接工艺可以有所不同，例如可以采用硫化、热贴合、粘接或焊接等，只要能将三者牢固连接在一起，都能起要同样的效果，都在本发明要求的保护范围之中。此外，根据弹性元件、质量块及联接框架的具体材料不同，也可以仅在联接框架与弹性元件的配合表面设置连接加强结构，或者是仅在质量块与弹性元件的配合表面上设置的连接加强结构，表面凸凹结构的具体结构可以是凸起、凹坑、连续凸棱或连续凹槽等各种形式，表面凸凹结构的截面形状可以是矩形、梯形、圆弧形、三角形、T字形等各种形状，连接加强结构除了已提到的表面凸凹结构外，还可以是表面滚花结构或表面拉毛结构等结构形式，也都可以实现很好的效果，无法一一附图说明，在此仅以文字进行说明，都在本发明要求的保护范围之中。

与现有技术相比，本发明带有框架的调谐质量减振器，将质量块和弹性元件构成的质量——弹簧系统设置在联接框架内，其具有如下优点：

（1）联接框架对质量块、弹性元件和阻尼元件形成有效的保护，耐候性好，防止水、油、灰尘进入，特别当使用高分子弹性材料时，防止臭氧和紫外线损坏高分子材料，弹性材料不易发生老化，可大大延长产品的使用寿命；

（2）除了质量调谐减振外，当质量块和联接框架大于一个模态频率的1/2波长时，质量块和联结框架会对弹性元件及阻尼元件产生约束作用，二者之间的相对变形会剪切二者之间的阻尼材料，实现额外的剪切变形耗能，因此减振效果更显著；

（3）本发明带有框架的调谐质量减振器在结构上实现突破，对弹性元件的限制更少，弹性元件的选材范围广，因此其适用的频率更宽，可以适用于控制15Hz以上的高频振动；

（4）本发明带有框架的调谐质量减振器结构紧凑，占用空间较小，对建筑结构外观的影响小，其甚至可以集成在建筑结构的柱或梁中，不占用额外空间，同时对建筑结构的外观无影响；

（5）长度尺寸容易修正，对于设计变更及施工误差等，便于进行调整修正，另外，产品的通用性也更好。

（6）需要指出的是，如果在本发明带有框架的调谐质量减振器的装配过程中对质量块与联接框架之间设置的弹性元件实施预压缩后，还可以获得如下优点：一方面即使构成弹性元件的材料开裂、有内部裂缝，弹性元件的刚度和调谐质量减振器的工作频率不会发生变化；另一方面，当用于控制高频振动时，质量块的振幅较小，经预压缩后，弹性元件的刚度始终呈线性变化，更容易准确设计调控；第三，由于实施了预紧，弹性材料万一开裂，质量块也不会脱落，安全可靠。本发明中弹性元件可以预紧，也可以不预紧，不预紧时需要考虑弹性元件的限位或固定，这些特点适用于本发明所有实施例，在此一并说明，后面实施例中不再一一重复。一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

综上所述，本发明带有框架的调谐质量减振器的结构简单，减振降噪性能好，成本低，使用寿命长，性价比十分优越，有利于延缓建筑结构的磨损，延长建筑结构的使用寿命，其市场应用前景十分广阔。

特别要指出的是，本发明中的弹性元件除了如图2中所示沿吸振腔100的轴向连续设置以外，还可以如图3所示，沿吸振腔100的轴向间隔设置，只要优化好弹性元件的刚度参数，都可以实现同样的效果，间隔设置弹性元件有利于缩减弹性元件的材料投入，进而降低产品成本，也在本发明要求的保护范围之中。

实施例二

如图4所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例一的区别在于，弹性元件4设置在质量块3左右侧面与吸振腔100腔壁表面之间，联接框架2由玻璃钢材料制成，弹性元件4由高阻尼弹性聚氨酯材料制成，质量块3由钢材料制成，其中，弹性元件4通过化学粘接工艺分别与质量块3和吸振腔100腔壁固连在一起。为了增加弹性元件与联接框架及质量块之间连接的可靠性，在联接框架与弹性元件的配合表面以及质量块与弹性元件的配合表面上分别设有连接加强结构，所述的连接加强结构具体为吸振腔100腔壁相应表面上设置的表面拉毛结构32及质量块3相应表面上设置的表面滚花结构33。由于弹性元件4采用的高阻尼弹性聚氨酯材料也具有良好的阻尼特性，也是常用的弹性固体阻尼材料之一，因此弹性元件4同时也是阻尼元件。此外，弹性元件4在与质量块3及联接框架2进行装配时被预压缩，处于预压缩状态，并且弹性元件4的预压缩位移大于质量块3工作时相对于吸振腔100腔壁的振幅。

本例所述的技术方案的应用方法及优点与实施例一基本相同，在此不再重复。需要指出的是，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器中，仅在质量块3左右侧面与联接框架1之间设置了弹性元件4，因此本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器主要用于控制建筑结构在横向的振动，当然其对垂向振动也有一定的控制作用。与实施例一相比，本例所述技术方案中，因为对弹性元件实施了预压缩，即使弹性元件中的高阻尼弹性聚氨酯材料开裂，有内部裂缝，弹性元件的刚度和本发明带有框架的调谐质量减振器的工作频率不会发生变化，其减振性能更加稳定可靠。当然，基于实施例一中所述的技术原理，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器的装配过程中，也可以不对质量块与联接框架之间设置的弹性元件实施预压缩，也可以实现同样的技术效果，也在本发明要求的保护范围之中，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实际应用中，可以通过优化弹性元件4的弹性以及质量块3的总重量，实现对不同频率振动的控制。使用时，可以针对建筑结构的多个主要振动频率，将控制相应振动频率的本发明带有框架的调谐质量减振器交替设置在建筑结构中即可。

实施例三

如图5所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例一的区别在于，联接框架2由钢材制成，弹性元件4采用金属弹簧，本例中具体为螺旋钢弹簧，螺旋钢弹簧的两端分别焊接固定在联接框架2及质量块3上。此外，为确保使用过程中，弹性元件4始终对质量块3形成有效的支承，弹性元件4在与质量块3及联接框架2进行装配时被预压缩，处于预压缩状态，并且弹性元件4的预压缩位移大于质量块3工作时相对于吸振腔100腔壁的振幅。

本例所述技术方案与实施例一的应用方法相同，在此不再重复。此外，与实施例一相比，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器还具有如下优点：由于采用螺旋钢弹簧作为弹性元件，螺旋钢弹簧除了在垂向具有很好的弹性外，其在横向也具有良好的弹性，因此通过控制螺旋钢弹簧的垂向刚度和横向刚度之间的关系，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器可以同时控制建筑结构的横向及垂向振动，其物理性能受温湿度等环境因素影响小，减振性能更高效稳定，使用寿命更长。另外，可以作为弹性元件的金属弹簧除了已经提到的金属螺旋弹簧外，还可以是碟簧或板簧，都可以实现很好的效果，都在本发明要求的保护范围之中。当然，为了保证弹性元件在使用过程中始终对质量块保持有效的弹性支承，对于单独采用金属弹簧构成的弹性元件，在本发明加工制造的过程中，优选的，弹性元件与质量块及联结框架进行组装时实施预压缩，这一点也适用于本发明其他应用金属弹簧构成弹性元件的技术方案，在此一并给予说明。

当然，本发明也不排斥弹性元件未被预压缩的技术方案，根据不同需要，弹性元件也可以不预压缩，例如本例中可以将金属螺旋弹簧两端分别与质量块及联接框架焊接固定在一起，不对弹性元件实施预压缩。一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例四

如图6所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例三的区别在于，螺旋钢弹簧构成的弹性元件4同时设置在质量块3的上、下、左、右表面与吸振腔100的腔壁表面之间。

与实施例三相比，本例所述的技术方案中，弹性元件在质量块上下、左右独立设置，设置在建筑结构中后，同一个质量块在建筑结构垂向和建筑结构横向的频率可以独立调整，在两个方向实现调谐质量减振，其相互干扰小，控制精度更高。此外，由于弹性元件支承着整个质量块四周，使用过程中质量块的运动更加稳定，不容易产生摆动和倾覆力矩。

基于本例所述的技术原理，及实施例一和实施例二所述的技术原理，如图7所示，弹性元件4也可以采用橡胶或弹性聚氨酯材料等弹性阻尼材料制成，这种弹性元件同时也可以作为阻尼元件使用，可以有效提高系统阻尼。与实施例一和实施例二相比，图7所示技术方案中，弹性元件在质量块上下、左右独立设置，便于对质量块上下及左右设置的弹性元件独立调整频率参数，参数精度更高，并且相互干扰小，可以在两个方向实现调谐质量减振，也在本发明要求的保护范围之中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例五

如图8所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例四的区别在于，联接框架2采用圆形钢管制成，吸振腔100的横截面为圆形，沿吸振腔的水平向及垂向在吸振腔100腔壁与质量块3之间分别设有弹性元件4，弹性元件4为橡胶及金属螺旋弹簧构成的复合弹簧，在此弹性元件4中的橡胶材料同时还构成阻尼元件。为了对弹性元件进行有效限位，质量块3及联接框架2上分别设置限位凸起151及150。

与实施例四相比，本例所述技术方案中，弹性元件4由橡胶及金属螺旋弹簧的复合弹簧构成，采用橡胶—金属复合弹簧，既可以充分发挥金属螺旋弹簧的高弹性、长寿命，又可以利用橡胶材料有效抑制金属螺旋弹簧在使用过程中的共振，有利于进一步提升产品的减振性能和使用寿命。当然，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器，在应用时具有一定的方向性，使用时应该给予注意。

另外，基于本例所述的技术原理，联接框架2的横截面形状也可以多种多样，除了四边形以外，还可以是圆形、五边形、六边形等其他形状，其选材范围大，适应性好，都可以实现良好的效果，都在本发明要求的保护范围中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例六

如图9所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例四的区别在于，弹性元件4由金属碟簧与弹性聚氨酯材料制成的复合弹簧构成。

与实施例四相比，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器利用金属碟簧与弹性聚氨酯材料制成的复合弹簧作为弹性元件4，可以充分利用碟簧承载力强，使用寿命长，占用空间小等优点。此外，可以充分利用有限的安装空间，有利于留出空间设置更大的质量块，进一步提升减振性能。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例七

如图10、图11所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例四的区别在于，弹性元件4由板簧构成，所述板簧由弹簧钢制成的金属弹片11及其表面包覆的橡胶层12共同组成，相应的在质量块3上设置容纳板簧的限位槽。需要指出的是，弹性元件4中，金属弹片11主要提供弹性，橡胶层12主要提供阻尼，因此橡胶层12在此作为阻尼元件使用。

本例所述带有框架的调谐质量减振器与实施例四的应用方法完全相同，在此不再重复。与实施例四相比，本例所述的本发明带有框架的调谐质量减振器，除了质量块与弹性元件构成的调谐系统可以实现耗能减振以外，弹性元件中的金属弹片11在工作过程中还在联接框架的约束下不断剪切二者之间橡胶层12，实现剪切耗能，因此耗能更快，减振效果也更好。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例八

如图10和图12所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例七的区别在于，弹性元件4由板簧构成，所述板簧由二片弹簧钢制成的金属弹片14及其中间夹设的橡胶层13共同组成。与实施例七相似，橡胶层13在此也作为阻尼元件使用。

本例所述技术方案的应用方法及优点均与实施例七基本相同，要说明的是，本例中，金属弹片14与橡胶层13直接构成约束阻尼结构，在工作过程中也会实现持续的耗能，由于金属弹片14之间剪切阻尼材料的有效面积更大，因此其剪切阻尼耗能更多，衰减建筑结构振动能量更快，减振效果更好。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例九

如图13和图14所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与图7所示带有框架的调谐质量减振器的区别在于，联接框架2沿其自身轴向被隔板48分隔成四个吸振腔，每个吸振腔中均设有质量块及弹性元件，其中，吸振腔104中设有质量块40和弹性元件41，弹性元件41环绕质量块40设置在质量块与吸振腔腔壁之间；吸振腔105中设有质量块42和弹性元件43，弹性元件43环绕质量块42设置在质量块与吸振腔腔壁之间；吸振腔106中设有质量块44和弹性元件45，弹性元件45环绕质量块44设置在质量块与吸振腔腔壁之间；吸振腔107中设有质量块46和弹性元件47，弹性元件47环绕质量块46设置在质量块与吸振腔腔壁之间。质量块40、42、44和46均采用铸铁材料制成，弹性元件41、43、45和47均采用高阻尼弹性橡胶材料制成，同时也作为阻尼元件使用。

本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器与图7所示带有框架的调谐质量减振器的应用方式相同，不再重复。与图7所示带有框架的调谐质量减振器相比，本例所述技术方案的最大优势在于，由于联接框架中沿建筑结构纵向设置了四个尺寸不一的吸振腔，每一个吸振腔中的质量块尺寸有所不同，每一个吸振腔中的弹性元件厚度也有所不同，因此，分别优化每一个吸振腔中质量块与弹性元件的参数，就可以使每一个吸振腔中质量块与弹性元件构成的质量——弹簧调谐系统控制某一特定频率振动，可以同时控制四个频率的振动，使用后的减振降噪效果更好。此外，不同吸振腔中采用的质量块的材质可以不同，不同吸振腔中采用的弹性元件的材质也可以不同，只要调整好质量与弹性元件刚度，都可以有效控制某一特定的振动频率，都在本发明要求的保护范围当中。另外，基于实施例四中叙述的技术原理，位于质量块上下和左右的弹性元件也可以由不同的材料构成，这样质量块在钢轨垂向和钢轨横向的频率可以独立调整，在两个方向实现调谐质量减振，其相互干扰小，控制精度更高，这一特点也适合其他弹性元件环绕质量块设置在质量块与吸振腔腔壁之间的技术方案，在此一并用文字给予说明，也在本发明要求的保护范围之中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十

如图13和图15所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例九的区别在于，联接框架2中包含一个吸振腔，吸振腔中设置质量块40和弹性元件41，质量块40由铸钢制成，弹性元件41由高阻尼弹性橡胶制成，弹性元件41环绕质量块40四周设置在质量块与吸振腔的腔壁之间，在此，弹性元件41同时也是阻尼元件。此外，质量块40仅中间段设置在联接框架2的吸振腔内，两端分别延伸至联接框架2以外。

本例所述技术方案，除了具有图7所示本发明带有框架的调谐质量减振器的全部优点外，由于其质量块仅部分设置在吸振腔中，调整质量及弹性元件刚度等参数更加便利，除可以用于控制中高频振动外，又由于其可以设置较大的质量块，还特别适用于控制低频振动，适用范围更广。另外，由于联接框架2的长度比质量块40短，还有利于节省材料。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十一

如图13和图16所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例十的区别在于，包括二个联接框架2，二个联接框架分别设置在质量块40的端部，每个联接框架2中包含一个吸振腔，吸振腔中设置质量块40和弹性元件41，其中，质量块40仅两个端部的局部段设置于吸振腔中，中间部分裸露在二个联接框架之间。

与实施例十相比，本例所述技术方案，生产装配更加方便，质量块中间裸露段的截面尺寸甚至可以大于联接框架截面尺寸，有利于设置更大的质量块，控制更低频率的振动。同时，质量块两端与弹性元件及联接框架配合，工作时稳定性也更好。此外，还有利于进一步降低联接框架的材料使用量，节约成本。

当然，基于本例所述的技术原理，联接框架也可以设置三个甚至更多个，都在本发明要求的保护范围之中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十二

除了如图14中所示，联接框架中的多个吸振腔沿其轴向设置外，如图17所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例九的区别在于，联接框架2中包含三个吸振腔，三个吸振腔沿联接框架2的垂向设置，其中，最上方的吸振腔中设有质量块58和弹性元件59，中间的吸振腔中设有质量块60和弹性元件61，最下方的吸振腔中设有质量块62和弹性元件63。质量块58、60及62均由重混凝土材料制成，弹性元件59、61和63均由弹性聚氨酯材料制成。

与实施例九相似，通过优化质量和弹性元件刚度，本发明带有框架的调谐质量减振器可以同时控制多个频率的振动，使用起来十分方便。采用重混凝土制成质量块，不会发生锈蚀，使用寿命长，并可以大大降低成本。此外，本例中不同吸振腔中的质量块及弹性元件也可以采用不同的材料制成，例如可以分别采用金属弹簧、橡胶弹簧和弹性聚氨脂弹簧等，另外，还可以采用普通混凝土或钢筋混凝土制作质量块，也可以实现很好的效果，都在本发明要求的保护范围之中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十三

如图18所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例十二的区别在于，联接框架2中包含四个吸振腔，四个吸振腔呈“田”字型布置。其中左上方的吸振腔中设置质量块49和弹性元件50，右上方的吸振腔中设置质量块51和弹性元件52，左下方的吸振腔中设置质量块53和弹性元件54，右下方的吸振腔中设置质量块55和56及弹性元件57。所有质量块均采用铸铁材料制成，弹性元件50、52、54及57分别采用不同类型不同刚度的橡胶材料制成。

与实施例十二相似，本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器也可以同时控制多个频率的振动，特别右下方吸振腔中设置了二个质量块，优化参数后，可以实现对不同频率振动的控制，其减振效率更高。

需要指出的是，基于实施例九、实施例十二及本例公开的技术原理，当联接框架中吸振腔的数量超过一个时，吸振腔可以沿联接框架的轴向并列设置，或/和沿联接框架横截面的垂向并列设置，或/和沿联接框架横截面的水平向并列设置，其可以实现控制多个频率的振动，减振效果更好，使用十分方便。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十四

如图19和图20所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与图5所示带有框架的调谐质量减振器的区别在于，联接框架2由钢板制成，联接框架的吸振腔100中还设有阻尼元件65，所述阻尼元件65由液体阻尼材料构成，吸振腔100两端开口处设有密封件66，密封件66由钢板制成，密封件66与联接框架两端焊接固连在一起，将吸振腔100完全封闭，液体阻尼材料填充在质量块3与吸振腔100腔壁之间的部分空隙中。

本例所述本发明带有框架的调谐质量减振器的应用方法与实施例一完全相同，在此不再重复。以应用于建筑结构为例，由于吸振腔100中增设了液体阻尼材料构成的阻尼元件65，质量块3吸收建筑结构振动能量发生位移时，液体阻尼材料会产生一个阻碍质量块移动的反力，从而将质量块的能量迅速消耗掉。因此，不但能够使建筑结构的振动能量迅速衰减，还可以抑制弹性元件4的共振，使弹性元件4迅速恢复静止，从而提高弹性元件的疲劳寿命，进而延长本发明产品的使用寿命。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十五

如图21和图22所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例十四的区别在于，质量块3上设有扰流凸凹结构，扰流凸凹结构具体为质量块3表面设置的多条截面形状为三角形的凸棱67。

与实施例十四相比，由于质量块3表面设置了多条凸棱67，质量块3与液体阻尼材料构成的阻尼元件65的有效接触面积更大，液体阻尼材料对质量块产生的阻力也就更大，因此耗能更快，减振效果也更好。

基于本例所述的技术原理，凸棱67的截面形状也可以是圆弧形、矩形、梯形等多种形状。此外，扰流凸凹结构可以多种多样，例如，也可以如图23所示，扰流凸凹结构由质量块3表面设置的多条凹槽68构成；或者如图24所示，扰流凸凹结构由质量块3表面设置的多个局部凸起69构成；再或者如图25所示，扰流凸凹结构由质量块3表面设置的多个局部凹坑70构成。当然除了图示形状然，凹槽68、局部凸起69及局部凹坑70的截面形状也可以多种多样，只要能提高质量块与液体阻尼材料的有效接触面积，都可以实现很好的效果，都在本发明要求的保护范围之中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十六

如图26所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例十五的区别在于，扰流凸凹结构由质量块3上设置的多个沿联接框架横截面垂向贯通的扰流孔71构成。扰流孔71浸在液体阻尼材料构成的阻尼元件65中。

质量块3上设置的扰流孔71可以有效提高质量块与液体阻尼材料的有效接触面积。当质量块3移动时，扰流孔71中的液体阻尼材料与质量块3会发生相对移动，因此会产生阻力进行耗能，所以在质量块3上设置扰流孔71以后可以有效提高产品的减振性能。由于扰流孔71沿联接框架2横截面垂向设置，当质量块沿联接框架垂向移动时，减振效果最明显，因此该技术方案更适合控制沿联接框架垂向的振动。基于这种原理，如图27中所示，也可以在质量块上设置沿联接框架横截面水平向的扰流孔72，以控制沿联接框架横截面水平向的振动。当然，可以同时在质量块上设置沿联接框架横截面垂向的扰流孔及沿联接框架横截面水平向的扰流孔，有利于全面提高控制水平向及垂向振动的能力，也在本发明要求的保护范围之中。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十七

如图28和图29所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例十六的区别在于，质量块3上还设有动叶片73，吸振腔100腔壁上设有静叶片74与动叶片73交错配合，相邻的静叶片74与动叶片73之间的部分空隙内设有液体阻尼材料65。

与实施例十六中记录的技术原理相似，由于质量块和吸振腔的腔壁上分别设置了相互配合的动叶片和静叶片，可以显著提高质量块与液体阻尼材料之间的有效接触面积，同时动叶片和静叶片在工作过程中相互配合，还对液体阻尼材料产生挤出的效应，因此耗能更快，减振效果更好。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

实施例十八

如图30所示本发明带有框架的调谐质量减振器，与实施例十七的区别在于，动叶片73上设有扰流孔75，静叶片74上也设有扰流孔76。

由于动叶片及静叶片上分别设置了扰流孔，当动叶片靠近静叶片时，液体阻尼材料受压迫还会在扰流孔中串动，进一步提高了耗能能力，进而提升产品的减振效果。当然基于本例所述的技术原理，也可以仅在动叶片或静叶片之一上设置扰流孔，也可以起到很好的减振效果。另外，基于本例所述的技术原理以及实施例十五中所述的技术原理，也可以在静叶片或/和动叶片上设置扰流凸凹结构，例如设置凸棱、凸起、局部凸起或局部凹坑等，都可以起到相近的效果，都在本发明要求的保护范围之中，在此仅以文字给予说明，不再另外附图。

当然，根据不同需要，本例中弹性元件可以预压缩也可以不预压缩，一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

通过上述实施例可以看出，与现有技术相比，本发明带有框架的调谐质量减振器，将质量块和弹性元件构成的质量——弹簧系统设置在联接框架内，其至少具有部分如下优点：（1）联接框架对质量块、弹性元件和阻尼元件形成有效的保护，耐候性好，防止水、油、灰尘进入，特别当使用高分子弹性材料时，防止臭氧和紫外线损坏高分子材料，弹性材料不易发生老化，可大大延长产品的使用寿命；（2）除了质量调谐减振外，当质量块和联接框架大于一个模态频率的1/2波长时，质量块和联结框架会对弹性元件及阻尼元件产生约束作用，二者之间的相对变形会剪切二者之间的阻尼材料，实现额外的剪切变形耗能，因此减振效果更显著；（3）本发明带有框架的调谐质量减振器在结构上实现突破，对弹性元件的限制更少，弹性元件的选材范围广，因此其适用的频率更宽，可以适用于控制15Hz以上的高频振动；（4）本发明带有框架的调谐质量减振器结构紧凑，占用空间较小，对建筑结构外观的影响小，其甚至可以集成在建筑结构的柱或梁中，不占用额外空间，同时对建筑结构的外观无影响；（5）长度尺寸容易修正，对于设计变更及施工误差等，便于进行调整修正，另外，产品的通用性也更好。（6）需要指出的是，如果在本发明带有框架的调谐质量减振器的装配过程中对质量块与联接框架之间设置的弹性元件实施预压缩后，还可以获得如下优点：一方面即使构成弹性元件的材料开裂、有内部裂缝，弹性元件的刚度和调谐质量减振器的工作频率不会发生变化；另一方面，当用于控制高频振动时，质量块的振幅较小，经预压缩后，弹性元件的刚度始终呈线性变化，更容易准确设计调控；第三，由于实施了预紧，弹性材料万一开裂，质量块也不会脱落，安全可靠。

本发明中弹性元件可以预紧，也可以不预紧，不预紧时需要考虑弹性元件的限位或固定。一般来说，控制高频振动时，必须对弹性元件实施预紧，控制低频振动时，弹性元件可以不预紧，实际应用中，可以根据所需控制结构振动频率的特点，选择是否对弹性元件实施预压缩。

本发明带有框架的调谐质量减振器适用性强，使用寿命长，减振降噪效果好，其适用的弹性元件种类更加丰富，可以控制的频率范围更广，特别是对弹性元件实施预压缩后，可以适用于15Hz以上的高频振动控制，适用性大大加强，市场应用前景十分广阔。此外，本发明中的实施例仅为更好说明本发明的技术方案，并不应视为对本发明的限制，其中许多实施例中的技术特征也可以交叉使用。基于本发明技术原理，本领域技术人员可以对上述实施例所述技术方案重新进行组合或利用同类技术对其中某些元件进行简单替换，只要基于本发明的技术原理，都在本发明要求的保护范围内。

Claims (12)

1.一种带有框架的调谐质量减振器，包括弹性元件、质量块和一个联接框架，联接框架中包含至少一个吸振腔，质量块至少局部设置在联接框架的吸振腔内，质量块与吸振腔的腔壁之间设有弹性元件，其特征在于弹性元件由橡胶、弹性聚氨酯或金属弹簧中的至少一种构成，质量块与吸振腔腔壁之间设置的弹性元件处于预压缩状态，并且弹性元件的预压缩位移大于质量块工作时相对于吸振腔腔壁的振幅。

2.根据权利要求1所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于金属弹簧包括碟簧、板簧和螺旋弹簧。

3.根据权利要求1所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于还包括阻尼元件，阻尼元件设置在质量块与吸振腔腔壁之间。

4.根据权利要求3所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于阻尼元件由弹性固体阻尼材料构成。

5.根据权利要求3所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于阻尼元件由液体阻尼材料构成，吸振腔开口处设有密封件，密封件将吸振腔完全封闭，液体阻尼材料填充在质量块与吸振腔腔壁之间的部分空隙中。

6.根据权利要求5所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于质量块上设有动叶片，吸振腔腔壁上设有静叶片与动叶片交错配合，相邻的静叶片与动叶片之间的部分空隙内设有液体阻尼材料。

7.根据权利要求6所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于动叶片或/和静叶片上设有扰流孔或扰流凸凹结构。

8.根据权利要求1所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于质量块上设有扰流孔或扰流凸凹结构。

9.根据权利要求1所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于吸振腔与弹性元件配合的腔壁表面或/和质量块与弹性元件的配合表面上设有连接加强结构。

10.根据权利要求9所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于连接加强结构包括表面凸凹结构、表面滚花结构或表面拉毛结构。

11.根据权利要求1所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于联接框架中吸振腔的数量超过一个，吸振腔沿联接框架的轴向并列设置，或/和沿联接框架横截面的垂向并列设置，或/和沿联接框架横截面的水平向并列设置。

12.根据权利要求1所述的带有框架的调谐质量减振器，其特征在于弹性元件与质量块及吸振腔腔壁之间粘接、焊接或硫化连接固定成一体。