CN104264854B - 一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明属于土木工程结构的水平振动控制装置领域，具体涉及一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，包括架体和设置在架体中部的质量块，架体包括设置在两侧的竖板，竖板之间连接有上横梁和下横梁，竖板的下端设置有支座底板，下横梁中部的上方固定有直线导轨，和沿直线导轨滑动的滑块，质量块通过螺杆螺母与滑块固定连接，质量块和竖板之间连接有阻尼器和装配有套在下横梁上的压簧，在质量块的顶部固定安装有矩形永磁体，上横梁上设置有与之对应的矩形永磁体。本发明采用磁悬浮原理，减小了滑块与直线导轨的摩擦力，使得水平TMD即使在较小的振动环境下也能够正常工作，提高了TMD的灵敏度、可靠性，摩擦力小延长了滑块与直线导轨的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于适用于土木工程结构的水平振动控制装置领域，具体涉及一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器。
背景技术
近年来，随着土木工程结构向高耸、大跨度与轻柔方向的发展，结构在风、地震与人行荷载等激励下的动力响应日益得到重视。结构振动控制技术，尤其是结构被动振动控制技术在土木工程结构中已得到了较为广泛的应用。调谐质量阻尼器 (TMD) ，早期也称作动力吸振器，是振动被动控制技术中一种常见而重要的形式，在土木工程结构的振动控制领域有着广泛的应用。TMD在建筑结构中的典型工程应用有台湾101大厦顶部悬挂的570吨大球，与我国2014年刚完成的上海中心1000吨TMD。TMD在桥梁结构的典型应用有：日本东京湾通道桥应用8台TMD控制主梁涡振；巴西Rio-Niterói桥应用32台TMD控制主梁涡振等。
TMD由质量块，弹性元件（用来调谐频率），阻尼元件（用来耗散结构振动能量）三大组件组成。采用导向装置的TMD一般均存在不可避免的摩擦阻尼，特别是水平向TMD。摩擦对TMD的设计及控制效果等的主要影响有：(1) 经典而成熟的TMD阻尼参数设计，均是基于理想线性粘滞阻尼的优化设计，而摩擦阻尼具有典型的非线性特征，即其对应的等效线性粘滞阻尼系数随TMD振幅的变化而变化，从而给TMD的理论参数设计带来挑战；(2) 当外界激励较小，即结构处于微小振动时，TMD运动质量块的惯性力有可能会小于其静摩擦力，从而使TMD处于锁定状态，TMD也就暂时丧失了吸能减振的功能；(3) 当受控结构受到地震等带有冲击性质的荷载作用时，过大的摩擦会显著延缓TMD的启动时间，从而导致控制效果的下降；(4) 摩擦会造成TMD局部构件的磨损，降低TMD的耐久性。
发明内容
本发明针对现有技术存在采用导向装置的TMD一般均有不可避免的摩擦阻尼，特别是水平向TMD，摩擦对TMD的设计及控制效果下降的问题，提出一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器。
本发明的技术方案是：一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，包括架体和设置在架体中部的质量块，其中，架体包括设置在两侧的竖板，竖板之间连接有上横梁和下横梁，竖板的下端设置有支座底板，下横梁中部的上方固定有直线导轨，和沿直线导轨滑动的滑块，质量块通过螺杆螺母与滑块固定连接，质量块和竖板之间连接有阻尼器和装配有套在下横梁上的压簧，在质量块的顶部固定安装有矩形永磁体，上横梁上设置有与之对应的矩形永磁体。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，设置在质量块的矩形永磁体的个数为2个，上横梁与之对应的矩形永磁体的个数为1～2个。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，所述矩形永磁体的磁化方向一致，安装在上横梁上的矩形永磁体的长度大于等于安装在质量块上矩形永磁体的长度加上阻尼器振幅的2倍。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，所述上横梁采用槽钢制成，上横梁与竖板之间采用垫板和螺栓螺母固定连接，矩形永磁体安装在槽钢的底部。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，所述下横梁采用方形钢制成，下横梁与竖板之间设置有铁环，铁环的外径比压簧的内径略小，下横梁与竖板之间焊接或者采用螺栓螺母固定连接。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，所述压簧安装时进行预压缩，压缩距离大于阻尼器的最大振幅。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，所述上横梁与竖板采用螺栓螺母固定，竖板上设置有竖直方向的腰形孔，螺栓螺母在腰形孔内上下可调。
所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，所述阻尼器为油阻尼器或者磁流变阻尼器。
本发明的有益效果是：1、本发明的结构设计巧妙，采用永磁体提供磁场，质量块通过磁悬浮实现了滑块与直线导轨的零摩擦，使TMD的固有阻尼下降到1%以下，为附加阻尼器提供了极底的下限值，另外，永磁体提供的磁场无需外界能源，提升了系统的独立正常工作的能力，提高了TMD的可靠性，避免了由于供电中断而造成TMD使用障碍。
2、本发明采用磁悬浮原理，减小了滑块与直线导轨的摩擦力，使得水平TMD即使在较小的振动环境下也能够正常工作，提高了TMD的灵敏度、可靠性，摩擦力小延长了滑块与直线导轨的使用寿命，进而延长了装置的使用寿命，具有一定的经济效益。
3、本发明的竖板上，安装上横梁的位置设置有竖直方向的腰形孔，腰形孔使得上横梁的位置上下可调， 调整上横梁的位置，进而调节横梁上矩形永磁体的位置，改变磁悬浮的磁力，很容易实现滑块与直线导轨之间摩擦力的调整，方便装置的调整和维护。
4、现有TMD的质量块一般直接放置在导向装置上，或悬挂在导向装置下，当质量块较高时，横向稳定性较差，本发明的质量块中心设在滑块的中心高度处，与现有的相比横向稳定性更好，工作的稳定好，进而提高了整个装置的可靠性。
附图说明
图1为调谐质量阻尼器主要结构示意图；
图2为调谐质量阻尼器俯视结构示意图；
图3为调谐质量阻尼器侧面结构示意图；
图中：1为竖板，2为上横梁， 3为下横梁，4为质量块，5为压簧，6为螺栓螺母，7为支座底板，8为阻尼器，9为矩形永磁体，10为螺杆螺母，11为滑块，12为直线导轨，13—垫板。
具体实施方式
实施例1：结合图1-图3，一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，包括架体和设置在架体中部的质量块，其中，架体包括设置在两侧的竖板，竖板之间连接有上横梁和下横梁，竖板的下端设置有支座底板，上横梁采用槽钢制成，上横梁与竖板之间采用垫板和螺栓螺母固定连接，竖板上设置有竖直方向的腰形孔，螺栓螺母在腰形孔内上下可调。矩形永磁体安装在槽钢的底部；下横梁采用方形钢制成，下横梁与竖板之间设置有铁环，铁环的外径比压簧的内径略小，下横梁与竖板之间焊接；下横梁中部的上方固定有直线导轨，在直线导轨上设置有沿直线导轨自由滑动的滑块，质量块通过螺杆螺母与滑块固定连接，质量块和竖板之间连接有阻尼器和装配有套在下横梁上的压簧，压簧安装时进行预压缩，压缩距离大于阻尼器的最大振幅；在质量块的顶部固定安装有矩形永磁体，上横梁上的矩形永磁体与之对应；
固定安装在质量块的矩形永磁体的个数为2个，上横梁与之对应的矩形永磁体的个数为2个，矩形永磁体的磁化方向一致，安装在上横梁上的矩形永磁体的长度等于质量块上的矩形永磁体的长度加上阻尼器振幅的2倍；阻尼器为油阻尼器。
实施例2，无图，与实施例1相同的部分不重述，不同的是固定安装在质量块的矩形永磁体的个数为2个，上横梁与之对应的矩形永磁体的个数为1个，矩形永磁体的磁化方向一致，安装在上横梁上的矩形永磁体的长度等于质量块上的2个矩形永磁体的长度加上2个矩形永磁体之间的距离，再加上阻尼器振幅的2倍；阻尼器为磁流变阻尼器。
Claims (7)
1. 一种磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，包括架体和设置在架体中部的质量块，其中，架体包括设置在两侧的竖板，竖板之间连接有上横梁和下横梁，竖板的下端设置有支座底板，其特征在于：下横梁中部的上方固定有直线导轨，和沿直线导轨滑动的滑块，质量块通过螺杆螺母与滑块固定连接，质量块和竖板之间连接有阻尼器和装配有套在下横梁上的压簧，在质量块的顶部固定安装有矩形永磁体；上横梁上设置有与之对应的矩形永磁体，所述上横梁与竖板采用螺栓螺母固定，竖板上设置有竖直方向的腰形孔，螺栓螺母在腰形孔内上下可调。
2. 根据权利要求1所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，其特征在于：设置在质量块的矩形永磁体的个数为2个，上横梁与之对应的矩形永磁体的个数为1～2个。
3. 根据权利要求2所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述矩形永磁体的磁化方向一致，安装在上横梁上的矩形永磁体的长度大于等于安装在质量块上矩形永磁体的长度加上阻尼器振幅的2倍。
4. 根据权利要求1所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述上横梁采用槽钢制成，上横梁与竖板之间采用垫板和螺栓螺母固定连接，矩形永磁体安装在槽钢的底部。
5. 根据权利要求1所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述下横梁采用方形钢制成，下横梁与竖板之间设置有铁环，铁环的外径比压簧的内径略小，下横梁与竖板之间焊接或者采用螺栓螺母固定连接。
6. 根据权利要求5所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述压簧安装时进行预压缩，压缩距离大于阻尼器的最大振幅。
7. 根据权利要求1所述的磁悬浮式水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述阻尼器为油阻尼器或者磁流变阻尼器。
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