CN104612280A - 复合型耗能减振控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明具体公开了一种复合型耗能减振控制装置，包括一个外箱，所述外箱两个相对的内侧壁之间连接一横向导轨，横向导轨穿过一开放式内箱，开放式内箱在横向导轨上自由滑行；所述开放式内箱的后端分别设有弹性装置和粘滞阻尼器，弹性装置和粘滞阻尼器分别与外箱的一内侧壁相连；开放式内箱内部连接一圆筒；圆筒内部放置一质量球，圆筒的顶面和底面均设有挡板；圆筒及内部质量球组成了一个纵向的滚球阻尼器，滚球阻尼器的固有频率与被控结构的纵向方向的主振频率保持一致；开放式内箱、弹性装置、粘滞阻尼器和开放式内箱内的质量球组成了一个横向的调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器的固有频率与被控结构的横向方向的主振频率保持一致。
Description
技术领域
本发明涉及建筑结构振动控制领域，尤其涉及一种复合型耗能减振控制装置。
背景技术
近十年来，地震和风雨灾害频发，已经导致大量建筑结构的倒塌破坏。在地震作用或风雨等动力荷载作用下，结构将产生显著的动力响应，且由于地震作用或风雨荷载是循环荷载，结构将产生循环振动，频繁振动将缩短结构的疲劳寿命，甚至可能导致疲劳破坏引起的倒塌事故，产生不可估量的损失。如何减小自然灾害作用下建筑结构的破坏，已经成为当今研究的热点。本专利拟从减小建筑结构的响应和频繁振动这两个方面出发，开发减小结构在地震作用或风雨荷载作用下振动的装置。
在各类的减振装置中，被动控制技术由于不需要通过外界提供能量，其分析理论和设计方法较为完善，并具有构造简单、可靠性高、造价低和易于维护等优点得到广泛的运用。滚球阻尼器是一种新型的减振装置，基于调谐质量阻尼器原理，通过合理设计滚球容器的半径和滚球的直径，调节滚球的滚动频率与结构的固有频率相调谐，从而达到减振的目的。其不同于一般的TMD装置，圆球的恢复力由圆球自重及球壳对圆球反力的合力所提供，阻尼力由滚球与球壳接触面的弹性摩擦层所提供，故其构造简单紧凑。
专利201420316993.9虽然公开了双向调频碰撞耗能减振装置，但该装置质量球与小车发生碰撞过程中，粘弹性材料仅布置在质量球与小车侧壁发生碰撞的位置；而且双向调频碰撞耗能减振装置只有外部环境荷载较大时，质量球才能与金属内壁的粘弹性材料发生碰撞耗能。
发明内容
本发明的目的是为高耸建筑结构提供一种复合型耗能减振控制的装置，对高耸建筑结构在风雨荷载或地震作用下水平双向的振动进行控制。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
复合型耗能减振控制装置，包括一个外箱，所述外箱两个相对的内侧壁之间连接一横向导轨，所述横向导轨穿过一开放式内箱，开放式内箱在横向导轨上自由滑行；所述开放式内箱的后端分别设有弹性装置和粘滞阻尼器，所述弹性装置和粘滞阻尼器分别与外箱的一内侧壁相连；所述开放式内箱内部连接一圆筒；所述圆筒内部放置一质量球，圆筒的顶面和底面均设有挡板，用于防止小球横向滚动，保证质量球只做纵向滚动；所述圆筒及内部质量球组成了一个纵向的滚球阻尼器，所述滚球阻尼器的固有频率与被控结构的纵向方向的主振频率保持一致；所述开放式内箱、弹性装置、粘滞阻尼器和开放式内箱内的质量球组成了一个横向的调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器的固有频率与被控结构的横向方向的主振频率保持一致。
所述外箱与开放式内箱前端相对的内侧壁设有粘弹性材料A，防止内箱和外箱的撞击；所述圆筒内壁设有粘弹性材料B，用于提供阻尼力，起到耗能减振作用。
所述开放式内箱的后端设置两个弹性装置和一个粘滞阻尼器。
所述粘滞阻尼器位于两个弹性装置的中间位置。
所述横向导轨涂抹有润滑油，减少摩擦，用于实现开放式内箱的横向滑动。
所述内箱与圆筒三两侧面及底面固定连接在一起，以保证圆筒的稳定性。
所述滚球阻尼器的频率通过质量球的半径和圆筒半径进行调节。
所述调谐质量阻尼的频率通过弹性装置的刚度来调节。
所述弹性装置为弹簧。
本发明的有益效果是：
(1)本发明的减振控制装置属于被动控制，无需外部能量的输入，更容易实现且安全性较高；采用摩擦耗能，在外部环境荷载较小时也能通过圆球滚动起到摩擦耗能的作用，达到更好的减振效果；
(2)该减振控制装置可以减小结构风雨荷载或地震作用下双向振动响应；
(3)该减振控制装置可调节两个方向的频率，具有较强的适应性；
(4)该减振控制装置造价低、构造简单、加工方便、维护方便、性价比高；
(5)减振控制装置可适用于大跨、高耸及相关的建筑结构，能够产生较好的经济效益和社会效益。
附图说明
附图1是复合型耗能减振控制装置示意图。
附图2是复合型耗能减振控制装置A-A剖面图。
附图3是复合型耗能减振控制装置B-B剖面图。
图中：1外箱，2导轨，3粘弹性材料A，4粘弹性材料B，5弹簧，6粘滞阻尼器，7薄壁圆筒，8质量球，9横向挡板，10开放式内箱。
具体实施方式
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。
本发明提出的复合型耗能可调式减振控制装置如图1，图2和图3所示。减振控制装置由外箱1，开放式内箱10，横向两根弹簧5，一个粘滞阻尼器6，横向的导轨2，一个薄壁圆筒7和质量球8构成。该装置可以安装在建筑结构的顶层。
具体结构如下：外箱1内的两个相对的侧壁之间设置横向导轨2，横向导轨2穿过开放式内箱10，保证开放式内箱10能够沿其横向滑动，开放式内箱10的后端通过弹簧5和粘滞阻尼器6与外箱1一内侧壁相连，外箱1与开放式内箱10的前端相对的一内侧壁放置有粘弹性材料A3，防止外箱1和开放式内箱10的撞击。开放式内箱10内放置薄壁圆筒7，通过焊接与内箱三面(两侧面和底面)固结，圆筒7内放置质量球8，所述圆筒7内壁黏贴一层粘弹性材料B4。圆筒7的顶面和底面设有横向挡板9，防止小球的横向滚动。
薄壁圆筒7及内部质量球8组成了一个纵向的滚球阻尼器；开放式内箱10及其内部质量球8、弹簧5和粘滞阻尼器6组成了一个横向的调谐质量阻尼器。质量球8同时能够为横向的调谐质量阻尼器和纵向的滚球阻尼器提供质量。所述滚球阻尼器的频率通过质量球8的半径和圆筒7半径进行调节。所述调谐质量阻尼的频率通过弹簧5的刚度来调节。所述滚球阻尼器的固有频率与被控结构的纵向方向的主振频率保持一致；所述调谐质量阻尼器的固有频率与被控结构的横向方向的主振频率保持一致，以达到最优的减振效果。
为了达到最佳的减振效果，本实施方案中需要注意的是：第一、合理地选择质量球和薄壁圆筒的半径，使质量球的滚动频率尽可能接近被控结构的纵向振动频率；第二、合理选择弹簧刚度，保证质量球调谐质量阻尼器的频率接近被控结构的横向振动频率；第三、横向导轨均匀涂抹润滑油，减少摩擦，保证开放式内箱的横向滑动；第四、合理选择筒内壁的粘弹性材料，在保证能提供足够阻尼力的同时，又能将其与质量球的摩擦减到最小。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (9)
1.复合型耗能减振控制装置，其特征在于，包括一个外箱，所述外箱两个相对的内侧壁之间连接一横向导轨，所述横向导轨穿过一开放式内箱，开放式内箱在横向导轨上自由滑行；所述开放式内箱的后端分别设有弹性装置和粘滞阻尼器，所述弹性装置和粘滞阻尼器分别与外箱的一内侧壁相连；所述开放式内箱内部连接一圆筒；所述圆筒内部放置一质量球，圆筒的顶面和底面均设有挡板；所述圆筒及内部质量球组成了一个纵向的滚球阻尼器，所述滚球阻尼器的固有频率与被控结构的纵向方向的主振频率保持一致；所述开放式内箱、弹性装置、粘滞阻尼器和开放式内箱内的质量球组成了一个横向的调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器的固有频率与被控结构的横向方向的主振频率保持一致。
2.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述外箱与开放式内箱前端相对的内侧壁设有粘弹性材料A。
3.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述圆筒内壁设有粘弹性材料B。
4.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述开放式内箱的后端设置两个弹性装置和一个粘滞阻尼器；所述粘滞阻尼器位于两个弹性装置的中间位置。
5.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述横向导轨涂抹有润滑油。
6.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述内箱与圆筒三两侧面及底面固定连接在一起。
7.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述滚球阻尼器的频率通过质量球的半径和圆筒半径进行调节。
8.如权利要求1所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述调谐质量阻尼的频率通过弹性装置的刚度来调节。
9.如权利要求1或8所述的复合型耗能减振控制装置，其特征在于，所述弹性装置为弹簧。
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