CN104594520A - 一种多维可调碰撞耗能减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多维可调碰撞耗能减振装置，包括：外箱体；与所述外箱体滑动连接的内箱体；所述内箱体的底部通过弹性减震组件与外箱体固定连接；内箱体内部设有一多方向连接件，该多方向连接件通过一刚性吊杆与质量球固定连接，通过质量球与内箱体的碰撞及内箱体的上下移动来减缓能耗。本方案中，通过设置能够摆动的万向球，减缓非竖直方向的能量；竖直方向的能量通过内箱体的相对位移来消耗，进而达到多方向减缓传递到建筑物上的能量的目的。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构领域，具体的说，是涉及一种多维可调碰撞耗能减振装置。
背景技术
近年来，建筑结构的高度不断增加，结构形式日趋复杂，如何使建筑物具有良好的抗震或风性能，减少地震或风荷载对建筑物造成的危害成为土木工程领域的研究热点，受到越来越多的关注。目前常用的振动控制技术可以分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。
结构被动控制一般是指在结构的某个部位附加一个子系统，或对结构自身的某些构件做构造上的处理以改变结构体系的动力特性。被动控制技术诸如调谐质量阻尼器、悬挂质量摆、调谐液体阻尼器等因其构造简单、造价低、易于维护且无需外界能源支持等优点而引起了广泛的关注，并成为当前应用开发的热点。
调谐质量阻尼器(TMD)是一种由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动系统。其工作原理：结构在外部激励(地震或风荷载)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，通过调谐这个惯性力实现对结构的振动控制。
悬挂质量摆减振装置是把质量摆悬挂在结构上，当体系在外部激励下结构产生水平振动时，带动质量摆的振动。而摆振动产生的惯性力则反作用于结构本身，当这种惯性力与结构本身的运动相反时就产生了振动控制效果，从而达到控制结构振动的目的。
申请号为201410314460.1的中国专利文献记载了一种建筑物的减震装置，包括阻尼结构，所述阻尼结构包括嵌固与建筑物某一区间的内部中央处的基座悬吊于所述基座上的摆动组件，所述摆动组件包括与所述基座转动连接的摆臂及安装在所述摆臂下端的摆锤；所述建筑物减震装置还包括一端与上述摆锤相连，另一端与地面可转动支座相连的消能结构。该方案中，在地震较小的情况下可起到平衡建筑物，能够减小建筑物左右摆动幅度。
申请号：201320013261.8的中国专利文献记载了一种建筑物减震装置，包括底衬板、螺栓、螺母、减震球、箱式球架、上衬板和橡胶减震密封套组成，在橡胶减震密封套的上部，设有水平方向且互为垂直的减震孔一和减震孔二，在橡胶减震密封套的顶部设有联结柱；箱式球架由螺栓和螺母将上球架和下球架联接在一起，在上球架和下球架上分别设置有减震球孔，将减震球定位于减震球孔内；底衬板、减震球、箱式球架和上衬板按照顺序安装在橡胶减震密封套的内部；橡胶减震密封套的底部设有凸缘，凸缘和底衬板上设有安装孔。该方案可以缓冲地震时产生垂直和水平的破坏力，减小地震对建筑物的破坏。
上述装置中，只能控制一个方向或某几个特定方向的振动，而考虑到地震或风荷载激励方向的不确定性和多维性，以及结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求。
因此，如何设计一种全新的装置，使之能够多方向的减缓地震能量和风风荷载激励能量，来有效的建筑物负载的能量，是本领域技术人员函需解决的。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种多维可调碰撞耗能减振装置。本方案所提供的减振装置，通过设计全新的结构，实现了多方向能量消耗，有效的减少的建筑物被地震能及风能的影响，达到耗能减振的效果。
为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种多维可调碰撞耗能减振装置，包括：
外箱体；
与所述外箱体滑动连接的内箱体；
所述内箱体的底部通过弹性减震组件与外箱体固定连接；内箱体内部设有一多方向连接件，该多方向连接件通过一刚性吊杆与质量球固定连接，通过质量球与内箱体的碰撞来消耗非竖直方向的能量，且内箱体和弹性减震组件构成调谐质量阻尼器结构，实现竖向耗能。
优选的，所述多方向连接件为万向铰。
优选的，所述质量球的外部包裹有粘弹性材料层。
优选的，所述弹性组件包括弹簧组与阻尼器组，弹簧组包括多个弹簧，任一弹簧的上端均与内箱体固定连接，弹簧的下端与外箱体固定连接。
优选的，所述阻尼器组包括多个液体粘滞阻尼器，任一液体粘滞阻尼器的上端均与内箱体固定连接，液体粘滞阻尼器的下端与外箱体固定连接。
优选的，所述内箱体的外壁设置有滑块，外箱体的内壁设有与所述滑块相适配的竖向导轨。
优选的，所述粘弹性材料层为橡胶、硅胶、乳胶或环氧树脂。
优选的，所述刚性吊杆的中心线与外箱体的中心线重合。
优选的，所述外箱体及内箱体均为金属材质，所述外箱体及内箱体均为圆筒状结构。
优选的，所述弹簧和液体粘滞阻尼器为间隔设置。
本发明的有益效果是：通过设置能够摆动的万向球，其在摆动过程中与筒壁发生碰撞，减缓非竖直方向的能量；内箱体、弹簧和液体粘滞阻尼器组成了竖向的调谐质量阻尼器结构，来实现竖向耗能，进而达到多方向减缓传递到建筑物上的能量的目的。
附图说明：
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的A-A向剖视图；
其中：1、万向铰，2、刚性吊杆，3、粘弹性材料层，4、质量球，5、内箱体，6、外箱体，7、液体粘滞阻尼器，8、弹簧，9、竖向导轨，10、滑块。
具体实施方式：
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：一种多维可调碰撞耗能减振装置，其结构如图1-2所示：包括：外箱体6；
与所述外箱体6滑动连接的内箱体5；
所述内箱体5的底部通过弹性减震组件与外箱体6固定连接；内箱体5内部设有一多方向连接件，该多方向连接件通过刚性吊杆2与质量球4固定连接，通过质量球4与内箱体5的碰撞及内箱体5的上下移动来减缓能耗。
所述多方向连接件为万向铰1。
所述质量球4的外部包裹有粘弹性材料层3。
所述弹性组件包括弹簧组与阻尼器组，弹簧组包括多个弹簧8，任一弹簧8的上端均与内箱体5固定连接，弹簧8的下端与外箱体6固定连接。
所述阻尼器组包括多个液体粘滞阻尼器7，任一液体粘滞阻尼器7的上端均与内箱体5固定连接，液体粘滞阻尼器7的下端与外箱体6固定连接。
万向铰1、刚性吊杆2及质量球4组成悬挂质量摆结构。
液体粘滞阻尼器7、弹簧8和内箱体5组成调谐质量阻尼器结构。
所述内箱体5的外壁设置有四个滑块10，外箱体6的内壁设有与所述四个滑块10相适配的四个竖向导轨9，以便于内箱体5上下滑动，且防止内箱体5摆动，在长时间使用后，应当在导轨内涂抹润滑油，保证滑动正常。
所述粘弹性材料层3为橡胶、硅胶、乳胶或环氧树脂的一种。
所述刚性吊杆2的中心线与外箱体6的中心线重合。
所述外箱体6及内箱体5均为金属材质，外箱体6及内箱体5均为圆筒状结构，金属材质强度高，材料广泛，易于加工实现；圆筒状的结构利于金属球水平方向与筒壁发生碰撞，起到耗能的作用。
所述弹簧8和液体粘滞阻尼器7为间隔设置。
较佳的应用场合为：将本装置固定连接于建筑物的顶部。
本方案中，质量球4为包裹有粘弹材料层3，质量球4可选择金属材质，质量球4在与内箱体5的内壁碰撞过程中，可以有效地减小结构振动的能量，起到耗能减振的效果。实际应用中，可根据不同的建筑类型，来改变弹簧的刚度及刚性吊杆的长度，来改变的频率达到最佳的效果。
本方案中通过万向铰1依次刚性吊杆2和质量球4，发生竖向振动时，质量球4不会发生竖直跳动，保证其他方向振动与竖向振动互不影响。
万向铰1可以使得质量球4可以在内箱体5内部任意方向摆动。
因此，悬挂质量摆结构和调谐质量阻尼器结构使得本装置可以在多方向上进行减振耗能，解决了现有技术中的减振装置在地震等发生时多维性较差的问题。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，包括：
外箱体；
与所述外箱体滑动连接的内箱体；
所述内箱体的底部通过弹性减震组件与外箱体固定连接；内箱体内部设有一多方向连接件，该多方向连接件通过一刚性吊杆与质量球固定连接，通过质量球与内箱体的碰撞及内箱体的相对位移来减缓能耗。
2.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述多方向连接件为万向铰。
3.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述质量球的外部包裹有粘弹性材料层。
4.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述弹性组件包括弹簧组与阻尼器组，弹簧组包括多个弹簧，任一弹簧的上端均与内箱体固定连接，弹簧的下端与外箱体固定连接。
5.根据权利要求4所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述阻尼器组包括多个液体粘滞阻尼器，任一液体粘滞阻尼器的上端均与内箱体固定连接，液体粘滞阻尼器的下端与外箱体固定连接。
6.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述内箱体的外壁设置有滑块，外箱体的内壁设有与所述滑块相适配的竖向导轨。
7.根据权利要求3所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述粘弹性材料层为橡胶、硅胶、乳胶或环氧树脂。
8.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述刚性吊杆的中心线与外箱体的中心线重合。
9.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述外箱体及内箱体均为金属材质，所述外箱体及内箱体均为圆筒状结构。
10.根据权利要求1所述的多维可调碰撞耗能减振装置，其特征在于，所述弹簧和液体粘滞阻尼器为间隔设置。
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