CN104674968A - 一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器 - Google Patents

一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器 Download PDF

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本发明涉及一种一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，由外加劲板、TMD外壳、可调弹簧、质量活塞、粘滞流体、隔板、密封滑动板、内加劲梁组成。所述的调谐质量阻尼器通过TMD外壳与结构紧密连接，可调弹簧通过水平向铰接的弹簧节点与质量活塞和TMD外壳相连，密封滑动板的内/外滑动板能够相互滑动，腔体内充满粘滞流体；质量活塞提供质量，可调弹簧提供刚度，惯性力引起质量活塞滑动，从而使得粘滞流体流经阻尼孔产生所需的阻尼。本发明具有构造简单、体积小、耐久性好、阻尼输出稳定高效等优点。

Description

一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器
技术领域
本发明属于土木工程结构振动控制装置技术领域,本发明涉及一种用于自立式高耸结构的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器。
背景技术
自立式高耸结构是社会生产生活中广泛应用的结构形式，随着国民经济的不断发展，风力发电塔、自立式输电线塔、高耸烟囱等结构逐渐增多，并且越来越往高柔方向发展。由于断面往往为圆形或近似圆形的多边形，细长的结构形式使得它们极易发生涡激共振，从而使其长期处于往复应力的工作状态，从而在未达到其极限荷载的情况下，就极有可能发生疲劳损伤导致的破坏，造成极大的经济损失。目前，调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）已成功地应用于控制这类结构的风振响应，并逐渐成为最有效的手段之一。
常用于这类结构的调谐质量阻尼器主要有悬吊式、支承式和圆球式等。由于结构特点的限制，这些TMD往往质量块小巧、调频方式为弹簧或悬吊、阻尼形式为摩擦和粘滞两类。然而，摩擦耗能常常发生卡壳不工作的情况，粘滞阻尼器又必须有足够的空间，过大的空间往往使得自立式高耸结构局部迎风面积增大，同时不利于安装。因此，开发一种更稳定、高效、耐久且更易安装的小体积新型TMD减振装置对于调谐质量减振技术在该类结构中的推广应用具有一定的意义。
发明内容
要解决的技术问题:本发明的目的是开发一种阻尼形式合理、所需空间小、耐久性好、施工方便的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，该阻尼器由于将质量构件、刚度构件与阻尼构件在一个较小的空间内合理地整合在一起，极大地减小了TMD所需空间，且各个方向性能相同，对于风荷载引起的不同方向（顺风向和横风向）的振动均具有较好的减振效果，同时，由于采用将质量块、弹簧等元件密封于阻尼器之中，该TMD在复杂环境条件下具有较好的可靠性和耐久性。
技术方案：
本发明公开了一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，包括外加劲板、TMD外壳、可调弹簧、质量活塞、粘滞流体、隔板、密封滑动板、内加劲梁；所述的TMD外壳包括上盖板、下盖板、外挡板、内挡板；所述的可调弹簧包括弹簧圈、伸缩导杆、调节螺栓、弹簧节点；所述的质量活塞包括活塞体、阻尼孔；所述的隔板包括内隔板、外隔板；所述的密封滑动板包括外密封滑动板、内密封滑动板；所述的调谐质量阻尼器通过TMD外壳与自立式高耸结构连接；可调弹簧通过水平向铰接的弹簧节点与质量活塞和TMD外壳相连； TMD外壳与质量活塞、隔板共同构成的腔体内充满粘滞流体；外密封滑动板、内密封滑动板能够相互滑动。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，TMD外壳与质量活塞同轴，所述的调谐质量阻尼器下半部的内隔板和外隔板与下盖板连接，所述的调谐质量阻尼器上半部的内隔板和外隔板与上盖板连接。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，内密封滑动板与质量活塞连接。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，质量活塞放置于下隔板上；上盖板位于质量活塞顶部。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，所述的调谐质量阻尼器下半部的外密封滑动板与隔板连接。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，通过弹簧节点将可调弹簧与内加劲梁连接。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，质量活塞提供质量，可调弹簧提供刚度，惯性力引起质量活塞滑动，从而使得粘滞流体流经阻尼孔产生所需的阻尼。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，可调弹簧中通过去除或增加弹簧圈之间的调节螺栓，可改变弹簧的刚度，从而控制TMD的刚度。
所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，阻尼孔内壁采用普通光滑型、螺旋型、或条纹纹理型形式。
阻尼器内挡板与自立式高耸结构外侧紧密贴合，采用焊接连接或螺栓连接的形式，保证阻尼器与结构之间不发生碰撞，且具有较好的传力性能。质量活塞与可调弹簧在水平面内完全铰接，并与上/下盖板滑动接触；可调弹簧与内/外挡板同样在水平面内完全铰接；内/外隔板与上/下盖板焊接连接，并做防漏处理；密封滑动板由两块环形钢板组成，两者接触部位做防漏和滑动面处理；若需更小的空间，也可采用图5所示的单弹簧TMD腔体。
其主要原理是：质量活塞提供质量，可调弹簧提供刚度，粘滞流体流经阻尼孔从而提供必要的阻尼。当结构受风荷载等动力荷载发生振动时，在惯性力的作用下，经过设计的阻尼器的质量活塞发生往复运动，从而挤压粘滞流体使得其通过阻尼孔发生流动。由于流体流经孔隙，产生了由流体粘度引起的沿程损失导致的摩擦阻尼和孔缩引起的局部损失阻尼，从而提供了TMD所需的阻尼。
有益效果：
本发明的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器具有构造简单、体积小、耐久性好、阻尼输出稳定高效等优点。由于质量活塞兼具了一般TMD中质量块和粘滞阻尼器中活塞的功能，使得TMD所需空间有较大程度的减小，且TMD采用环形轮廓，从而特别适合于风力发电塔、自立式输电线塔、高耸烟囱、高杆路灯等自立式高耸结构；采用了封闭式设计，满足功能的同时，保证了TMD不受恶劣气候的影响，从而可用于各种地区，并提高了TMD的耐久性及其功能输出的稳定性；相较于其他已有的封闭式TMD，采用了孔隙耗能的方法提供阻尼，从而有可能为TMD提供更有效、更稳定的阻尼特性；应用了可调节弹簧作为刚度元件，使得能够在TMD安装前，根据结构实际测得的动力特性，对TMD的调谐频率进行调整，从而达到最优控制的目的。总之，该阻尼器能够在较小的空间需求下，有效抑制结构风振响应、稳定耗散振动能量，从而减小结构风致疲劳损伤的可能性，可广泛应用于自立式高耸结构的振动控制。
附图说明
图1是本发明的剖面结构示意图。
图2是本发明的A-A剖面结构示意图。
图3是本发明的B-B剖面结构示意图。
图4是本发明的弹簧对TMD腔体细节示意图。
图5是本发明的单弹簧TMD腔体细节示意图。
以上图中有：自立式高耸结构1；外加劲板2；TMD外壳3；可调弹簧4；质量活塞5；粘滞流体6；隔板7；密封滑动板8；内加劲梁9；上盖板31；下盖板32；外挡板33；内挡板34；弹簧圈41；伸缩导杆42；调节螺栓43；弹簧节点44；活塞体51；阻尼孔52；内隔板71；外隔板72；外密封滑动板81；内密封滑动板82。
具体实施方式
本发明的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器由自立式高耸结构1；外加劲板2；TMD外壳3；可调弹簧4；质量活塞5；粘滞流体6；隔板7；密封滑动板8；内加劲梁9组成。所述的TMD外壳3包括上盖板31、下盖板32、外挡板33、内挡板34；所述的可调弹簧4包括弹簧圈41伸缩导杆42、调节螺栓43、弹簧节点44；所述的质量活塞5包括活塞体51、阻尼孔52；所述的隔板7包括内隔板71、外隔板72；所述的密封滑动板8包括外密封滑动板81、内密封滑动板82；所述的调谐质量阻尼器通过TMD外壳3与自立式高耸结构1连接；可调弹簧4通过水平向铰接的弹簧节点44与质量活塞5和TMD外壳3相连； TMD外壳3与质量活塞5、隔板7共同构成的腔体内充满粘滞流体6；外密封滑动板81、内密封滑动板82能够相互滑动。
TMD外壳3与质量活塞5同轴，所述的调谐质量阻尼器下半部的内隔板71和外隔板72与下盖板32连接，所述的调谐质量阻尼器上半部的内隔板71和外隔板72与上盖板31连接。内密封滑动板82与质量活塞5连接。质量活塞5放置于下隔板32上；上盖板31位于质量活塞5顶部。调谐质量阻尼器下半部的外密封滑动板81与隔板7连接。通过弹簧节点44将可调弹簧4与内加劲梁9连接。
质量活塞5提供质量，可调弹簧4提供刚度，惯性力引起质量活塞5滑动，从而使得粘滞流体6流经阻尼孔52产生所需的阻尼。可调弹簧4中通过去除或增加弹簧圈之间的调节螺栓43，可改变弹簧的刚度，从而控制TMD的刚度。阻尼孔内壁采用普通光滑型、螺旋型、或条纹纹理型形式。
以下结合技术方案和附图详述本发明的实施步骤：
（1）对结构进行分析，计算出所需要的TMD参数，据此确定阻尼器的尺寸及参数。
（2）阻尼器为轴对称结构，TMD外壳3与质量活塞5同轴，预先在内隔板71和外隔板72上开设流体注入的灌注孔，将下半部的内隔板71和外隔板72与下盖板32进行焊接拼装，将上半部的内隔板71和外隔板72与上盖板31进行焊接拼装。
（3）将内密封滑动板82与质量活塞5连接（可采用焊接或整体成型），通过弹簧节点44将可调弹簧4与质量活塞5连接，将质量活塞5所连的整体放置于下隔板32上，并对接触面进行滑动面等处理。
（4）安装下半部的外密封滑动板81，与隔板7之间焊接，同时对外密封滑动板81和内密封滑动板82之间的接触面进行处理。
（5）将上盖板31所连整体安装于质量活塞5顶部，并作接触面的处理，再安装上半部的外密封滑动板81，与隔板7之间焊接，同样对外密封滑动板81和内密封滑动板82之间的接触面进行处理。
（6）通过内外隔板上预留的灌注孔，注入粘滞流体，通过弹簧节点44将可调弹簧4与内加劲梁9连接，最后封上外挡板33和内挡板34。
（7）经过外观的处理后，采用焊接连接或螺栓连接的形式与主体结构连接于所需位置。

Claims (9)

1. 一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，包括外加劲板（2）、TMD外壳（3）、可调弹簧（4）、质量活塞（5）、粘滞流体（6）、隔板（7）、密封滑动板（8）、内加劲梁（9）；其特征是：所述的TMD外壳（3）包括上盖板（31）、下盖板（32）、外挡板（33）、内挡板（34）；所述的可调弹簧（4）包括弹簧圈（41）伸缩导杆（42）、调节螺栓（43）、弹簧节点（44）；所述的质量活塞（5）包括活塞体（51）、阻尼孔（52）；所述的隔板（7）包括内隔板（71）、外隔板（72）；所述的密封滑动板（8）包括外密封滑动板（81）、内密封滑动板（82）；所述的调谐质量阻尼器通过TMD外壳（3）与自立式高耸结构（1）连接；可调弹簧（4）通过水平向铰接的弹簧节点（44）与质量活塞（5）和TMD外壳（3）相连； TMD外壳（3）与质量活塞（5）、隔板（7）共同构成的腔体内充满粘滞流体(6)；外密封滑动板（81）、内密封滑动板（82）能够相互滑动。
2. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：TMD外壳(3)与质量活塞(5)同轴，所述的调谐质量阻尼器下半部的内隔板（71）和外隔板（72）与下盖板（32）连接，所述的调谐质量阻尼器上半部的内隔板（71）和外隔板（72）与上盖板（31）连接。
3. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：内密封滑动板（82）与质量活塞（5）连接。
4. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：质量活塞（5）放置于下隔板（32）上；上盖板（31）位于质量活塞（5）顶部。
5. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：所述的调谐质量阻尼器下半部的外密封滑动板（81）与隔板（7）连接。
6. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：通过弹簧节点（44）将可调弹簧（4）与内加劲梁（9）连接。
7. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：质量活塞（5）提供质量，可调弹簧（4）提供刚度，惯性力引起质量活塞（5）滑动，从而使得粘滞流体（6）流经阻尼孔（52）产生所需的阻尼。
8. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：可调弹簧（4）中通过去除或增加弹簧圈之间的调节螺栓（43），可改变弹簧的刚度，从而控制TMD的刚度。
9. 根据权利要求1所述的一体式孔隙耗能环形调谐质量阻尼器，其特征是：阻尼孔内壁采用普通光滑型、螺旋型、或条纹纹理型形式。
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