CN103541459A - 一种混合消能减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种混合消能减振装置,包括内外层管体，内外层管体间的缓冲材料，内层管体内置的阻尼颗粒，具有搅拌叶片的中心转轴，弹簧，连接轴承，悬吊装置与导轨及其安装装置。内外层管体通过弹簧连接，与中心转轴通过连接轴承连接。阻尼器通过悬吊装置或者导轨及其相关装置与结构相连，利用管体的转动与滚动带动搅拌叶片绕中心转轴转动，加剧内层管体空腔的内置阻尼颗粒的摩擦滚动。本发明利用固相碰撞与摩擦耗能、质量块本身的震动响应耗能等多种混合耗能机制，使本发明与传统单一耗能原理的减振阻尼器相比有更大的优势。

Description

一种混合消能减振装置

技术领域

本发明属于消能减振技术领域，涉及一种混合消能减振装置，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。

背景技术

阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。利用阻尼来吸能减震不是什么新技术，在航天、航空、军工、枪炮、汽车等行业中早已应用各种各样的阻尼器（或减震器）来减振消能。从二十世纪七十年代后，人们开始逐步地把这些技术转用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，其发展十分迅速。特别是有五十多年历史的液压粘滞阻尼器， 在美国被结构工程界接受以前，经历了一个大量实验，严格审查，反复论证，特别是地震考验的漫长过程。

调谐质量阻尼器（TMD）是由质块，弹簧与阻尼系统组成。既由将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减震作用的阻尼器。近年来在土木工程领域已有不少应用，如台北101大楼的减震装置就是一个TMD。阻尼器方面，许多早期研究局限于动力吸振器在工作频率与基本频率相协调的机械工程系统中的应用。但建筑结构所受到的如风和地震的环境荷载的作用具有许多频率分量，而通常叫做调谐质量阻尼器(TMD)的动力吸振器在复杂多自度和有阻尼建筑结构中的性能是不一样的。在过去20多年中，许多研究与开发工作因此而定位于研究TMD在这种振动环境中的效果。但TMD的最适频带较窄已是不争的事实。

颗粒阻尼器，在机械等领域已应用广泛，但在土木工程领域被应用的还寥寥无几，关于其特性的研究还在不断进行中。

而本发明就是试图通过结合TMD与颗粒阻尼器，使得产生的新型阻尼器具有更好的减震效果，并且去除单纯TMD的大质量、调谐频带窄以及单纯颗粒阻尼器效果不稳定，易老化的缺点，从而达到更好的抗震效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有混合耗能机制的混合消能减振装置。

本发明提出的一种具有混合耗能机制的混合消能减振装置，包括外层管体1、内层管体2、弹簧3、中心转轴4、叶片搅拌装置5、内置阻尼颗粒6、连接轴承7、悬吊装置8与缓冲材料10，其中：内层管体2内设有阻尼颗粒6，外层管体1和内层管体2间通过弹簧3连接组成连接管体，外层管体1和内层管体2间组成的空间填充有缓冲材料10；中心转轴4两端齿轮内侧设有连接轴承7，中心转轴4外设有叶片搅拌装置5，所述连接管体通过悬吊装置8的带齿段与中心转轴4两侧齿轮外端与结构连接，结构振动时通过齿带传动带动中心转轴4绕连接轴承7转动，连接管体随之转动，位于中心转轴4上的叶片搅拌装置5加剧内置阻尼颗粒6的在内层管体2空腔内壁的摩擦耗能；内外层管体之间的弹簧3使得其装置具有更多方向与更大程度的转动与振动，进而加剧耗能，而内外层管体之间的缓冲材料10，起着增加耗能与维持管体间稳定的双重作用。

本发明中，所述内层管体2的阻尼颗粒6可根据外层管体1和内层管体2大小来选取不同的材质钢，铜，玻璃等、大小8mm-20mm以及数量30个-150个，也可以采取多种形式颗粒的混合。

本发明中，所述装置可以通过管体自身绕中心转轴4的滚动或者转动以及叶片搅拌装置5的转动再带动与阻尼颗粒6的摩擦以达到多重的耗能方式。

本发明中，所述装置可根据结构主体的特点与具体安装难易程度来选择采用悬吊式或导轨式的安装方式。

本发明中，所述悬吊装置8采用导轨及其安装装置9代替，所述中心转轴4两端放置在导轨及其安装装置9上，所述导轨及其安装装置9通过螺栓固定在结构主体，结构响应时在中心转轴4带动下内外层管体会沿导轨滚动，进而带动管体内叶片转动与阻尼颗粒的摩擦滚动。

本发明与现有技术相比，具有以下优点与有益效果：

1.本发明构造明了，采用悬吊式或导轨式与结构主体相连，安装维护相对简单。

2.本发明混合利用颗粒阻尼装置与调谐质量阻尼装置的优点，增大了减振频带，多样的耗能方式加强了耗能减震的效果。

3.本发明所适的频带较宽，不局限在低频段，因而更具有普适性，对结构响应相比普通颗粒或质量阻尼器更具优势。

附图说明

图1是阻尼器采用悬吊装置时的主视图。

图2是阻尼器内外层管体部分的细部图。

图3是阻尼器的内部构造图，包括中心转轴4及其两端的齿轮，叶片搅拌装置5形式1。

图4是阻尼器的内部构造图，包括中心转轴4及其两端的齿轮，叶片搅拌装置5形式2。

图5是阻尼器采用导轨式安装方式时的俯视图。

图6是阻尼器采用导轨式安装方式时的主视图。

 图中标号：1为外层管体，2为内层管体，3为弹簧，4为中心转轴，5为叶片搅拌装置，6为阻尼颗粒，7为连接轴承，8为悬吊装置，9为导轨及其安装装置，10为管体间的缓冲材料。

具体实施方式

下面结合附图和实例做进一步说明。

实施例1：一种混合消能减振装置，采用悬吊式方式与结构主体固定，包括外层管体1，内层管体2，弹簧3，中心转轴4，叶片搅拌装置5，内置阻尼颗粒6，连接轴承7，悬吊装置8，与内外层管体间的缓冲材料10。内层管体2内置阻尼颗粒，其内部构造可修改，如添加螺纹使得腔体转动时颗粒的竖直方向运动加剧，提高减振效果；如图3,4叶片搅拌装置5由三部分组成，分别为滚轮、滚轴与叶片。叶片形式可变，可采取四叶形、螺旋叶形等；弹簧3为柔性弹簧，当腔体运动时弹簧产生变形从而使内部腔体产生振动，进而加剧颗粒的碰撞程度；如图1，悬吊装置8可通过改变吊绳的长度对应不同结构来起到调谐不同响应频率的作用。将一定数量的某种或多种颗粒体组成颗粒体系6置于内层管体2内，用于碰撞及摩擦耗能减振，之后将叶片搅拌装置5安装到容器内，在运动时叶片转动对颗粒体系起到搅拌的作用。此过程中颗粒体系与叶片和腔体摩擦、碰撞耗能，颗粒体系6自身组成颗粒体间相互碰撞及摩擦耗能。

实施例2：一种混合消能减振装置，采用导轨式与结构主体固定，包括外层管体1，内层管体2，弹簧3，中心转轴4，叶片搅拌装置5，内置阻尼颗粒6，连接轴承7，导轨及其安装装置9，与内外层管体间的缓冲材料10。如图5,图6，导轨通过螺栓固定在结构主体,中心转轴4两端放置在导轨上，结构响应时在中心转轴4带动下内外层管体会沿导轨滚动，进而带动管体内叶片转动与阻尼颗粒的摩擦滚动。导轨式的实施方式除用导轨及其安装装置9代替悬吊装置8外，其余与实施例1相同。

 上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种混合消能减振装置，包括外层管体（1）、内层管体（2）、弹簧（3）、中心转轴（4）、叶片搅拌装置（5）、内置阻尼颗粒（6）、连接轴承（7）、悬吊装置（8）与缓冲材料（10），其特征在于：内层管体（2）内设有阻尼颗粒（6），外层管体（1）和内层管体（2）间通过弹簧（3）连接组成连接管体，外层管体（1）和内层管体（2）间组成的空间填充有缓冲材料（10）；中心转轴（4）两端齿轮内侧设有连接轴承（7），中心转轴（4）外设有叶片搅拌装置（5），所述连接管体通过悬吊装置（8）的带齿段与中心转轴（4）两侧齿轮外端与结构连接，结构振动时通过齿带传动带动中心转轴（4）绕连接轴承（7）转动，连接管体随之转动，位于中心转轴（4）上的叶片搅拌装置（5）加剧内置阻尼颗粒（6）的在内层管体（2）空腔内壁的摩擦耗能；内外层管体之间的弹簧（3）使得其具有更多方向与更大程度的转动与振动，加剧耗能。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述内层管体（2）内的阻尼颗粒（6）采用钢、铜或玻璃中任一种、大小为8mm-20mm，数量为30个-150个，或采取多种形式颗粒的混合。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于：所述悬吊装置（8）采用导轨及其安装装置（9）代替，所述中心转轴（4）两端放置在导轨及其安装装置（9）上，所述导轨及其安装装置（9）通过螺栓固定在结构主体，结构响应时在中心转轴（4）带动下内外层管体会沿导轨滚动，进而带动管体内叶片转动与阻尼颗粒的摩擦滚动。

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