CN104763070A - 悬吊式多维碰撞减振阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种悬吊式多维碰撞减振阻尼器，包括一个外部容器箱，外部容器箱内水平设置一个带圆孔的隔板将其分为两个空间，在隔板上方设置有液体粘滞阻尼器与弹簧，液体粘滞阻尼器、弹簧的上端连接一个不与外部容器箱相接触的圆板，下端连接在所述隔板上，圆板中心处设有一个穿过隔板中心的圆孔与内部圆筒箱相连接的刚性连接杆，刚性连接杆的底端连接一个内部金属箱，在内部金属箱内设置一个刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球。该减振装置可以减小结构在地震或风荷载作用下多维振动反应，可以有效的弥补荷载发生时方向不确定所带来的隐患。

Description

悬吊式多维碰撞减振阻尼器

技术领域

本发明是一种悬吊式多维碰撞减振阻尼器，主要针对某些复杂或者重要的工程结构，以及高耸建筑结构的多维碰撞减振装置。

背景技术

随着社会的发展，工程结构形式日益多样化以及轻质高强材料的应用，结构的刚度和阻尼比变小，在强风或强烈地震作用下，结构物的动力反应强烈，很难满足结构舒适性和安全性的要求。如何使建筑物具有良好的抗震和抗风性能，减少风荷载及地震作用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，结构振动控制已经成为现代工程技术减小结构动力反应的重要方法。

传统的抗风抗震设计方法，是通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用，依靠构件的弹塑性变形来耗能的，是一种“硬碰硬”式的抗震方法。它既不经济，又存在一定的安全隐患，并且高强材料自身的优势也难以得到充分的发挥。结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤，提高结构的抗震能力和抗灾性能。

结构控制的概念可以简单表述为：通过对结构附加控制机构或装置，由控制机构或装置与结构共同承受振动作用，以协调和减轻结构的震动反应，消耗外部荷载传递给结构的能量，使它在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。

本专利将调谐质量阻尼器、悬挂质量摆、碰撞阻尼三种较为成熟的减振技术相结合，研制出悬吊式多维碰撞减振装置。在地震、风荷载作用时，随着结构受力和变形的增大，耗能装置率先产生较大阻尼，大量消耗输入结构的能量，从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的动力反应，保护主体结构。

目前的减震控制设备大多数只能控制一个方向的振动或者是某几个特定方向的振动，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求；与传统悬挂摆相比，本专利中摆线由带有万向铰的刚性杆替代，可以进行任意方向上的减振，并且保证装置在竖向振动时，质量球不会发生跳动；质量球为具有粘弾材料层的金属球，外层为橡胶，制作简单，并且摆动时可以与侧壁发生碰撞，研究已经表明：碰撞可以有效地减小结构振动的能量，起到耗能减振的效果。

发明内容

本发明目的是提供一种悬吊式多维碰撞减振阻尼器，旨在减小建筑结构(尤其是高层建筑或高耸结构等)在地震、风荷载作用下的振动反应，达到耗能减振的效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

悬吊式多维碰撞减振阻尼器，包括一个外部容器箱，所述的外部容器箱内水平设置一个带圆孔的隔板将其分为两个空间，在所述的隔板上方设置有液体粘滞阻尼器与弹簧，所述液体粘滞阻尼器、弹簧的上端连接一个不与外部容器箱相接触的圆板，下端连接在所述隔板上，所述的圆板中心处连接一个穿过隔板中心的圆孔与内部金属箱相连接的刚性连接杆，在所述内部金属箱的顶部垂直设置一个刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球。

所述的质量球和刚性吊杆设置在内部圆筒箱中部，刚性吊杆上端与固定在金属箱内部上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，质量球在金属箱内部任意方向摆动，并可以与侧壁发生碰撞。

在质量球的外部贴附一层粘弹材料层，起到吸收能量、耗能减振的作用。

所述质量球通过连有万向铰的刚性吊杆与箱顶连接，保证与竖向振动互不影响。

所述内部金属箱顶部通过连接杆与位于四根弹簧与四个液体粘滞阻尼器顶部的圆板相连接，且液体粘滞阻尼器与弹簧的相间布置在隔板上。

所述隔板中心孔的刚性连接杆固结在圆板和内部金属箱上，保证内部金属箱的竖向振动并避免其摆动。

所述刚性吊杆及质量球的中心均位于金属箱的竖向中心线上，且所述质量球可沿任意方向摆动。

所述粘弹性材料层的材质为橡胶。

所述调谐质量阻尼的频率通过弹簧的刚度来调节；所述悬挂质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制。

使用时，本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与内部金属箱顶部相连，刚性吊杆的下端连接质量球，万向铰允许刚性杆沿着任意方向运动，刚性吊杆和质量块组成了一个多向的悬挂质量摆，通过质量球的摆动和碰撞，减小所在结构的振动反应，达到耗能减振的效果；刚性连接杆通过焊接固定于圆板及内部金属箱上，内部金属箱及其内部质量球、弹簧、液体粘滞阻尼器组成了一个竖向的调谐质量阻尼器。质量球同时能够为竖向的调谐质量阻尼器和水平方向的悬挂质量摆提供质量。可以通过调节刚性吊杆的长度、弹簧的刚度或者质量块的质量来保证减振器的频率于结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

本发明的有益效果是：

该减振装置可以减小结构在地震或风荷载作用下多维振动反应，可以有效的弥补荷载发生时方向不确定所带来的隐患；该减振装置可以实现任意方向的振动控制，具有较强的实用性；该减振装置中质量球与小车内壁的碰撞可以更好地耗散能量，提高减振效果；该减振装置构造简单、加工方便、性价比高、灵活性高、便于安装。

附图说明

图1是悬吊式多维碰撞减振阻尼器的主视图。

图2是悬吊式多维碰撞减振阻尼器A-A剖面图。

图中：1万向铰，2刚性吊杆，3粘弹性材料层，4质量球，5内部金属箱，6外部容器箱，7液体粘滞阻尼器，8弹簧，9隔板，10上部圆板，11刚性连接杆。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。

本发明提出的悬吊式多维碰撞减振阻尼器如图1，图2所示，该装置减振器是由调谐质量阻尼器与悬挂质量摆共同组成的。

悬挂质量摆，由一个万向铰1、一根刚性吊杆2，质量球4组成；

竖向减振器，即调谐质量阻尼器是由四根弹簧8和四个液体粘滞阻尼器7，上部圆板10和隔板9，内部金属箱5以及箱内质量球4构成。

外部容器箱6悬挂或安装于结构物的顶部，其内的内部金属箱5与弹簧8和液体粘滞阻尼器7通过刚性连接杆与上部圆板相连，刚性连杆11焊接在圆板10及内部金属箱5上。内部金属箱5内设置水平方向的悬挂质量摆。万向铰焊接于内部圆筒箱顶部中心，刚性吊杆的上端与万向铰通过销栓连接，下端通过焊接固定质量球4，并在质量球4外侧贴附粘弹性材料层3。由于万向铰的存在，刚性吊杆2和质量球4能沿任意方向摆动，并可以与内部金属箱侧壁发生碰撞，在各个方向上均能达到耗能减振的效果。

使用时，本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与内部金属箱顶部相连，刚性吊杆的下端连接质量球，万向铰允许刚性杆沿着任意方向运动，刚性吊杆和质量块组成了一个多向的悬挂质量摆，通过质量球的摆动和碰撞，减小所在结构的振动反应，达到耗能减振的效果；刚性连接杆通过焊接固定于圆板及内部金属箱上，内部金属箱及其内部质量球、弹簧、液体粘滞阻尼器组成了一个竖向的调谐质量阻尼器。质量球同时能够为竖向的调谐质量阻尼器和水平方向的悬挂质量摆提供质量。可以通过调节刚性吊杆的长度、弹簧的刚度或者质量块的质量来保证减振器的频率于结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

本实施方案中质量球、内部圆筒箱内刚性吊杆长度和弹簧刚度设置时，需要的注意是：第一，质量球4摆动频率尽可能接近被控结构的主频率；第二，合理选择弹簧刚度，确保调谐质量阻尼器的频率接近被控结构的竖向振动频率；第三，粘弹性材料仅布置在质量球表面，以降低造价。第四，内外部内部金属箱契合部分应刷涂适量的润滑油，确保竖向滑动的正常进行。

本实施方案中，应当根据结构的具体情况确定悬吊式多维碰撞减振阻尼器的安装位置和数量，以达到最佳的减振效果。

本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本专利的实施方式不限于此，凡此种种根据本专利的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利上述基本技术思想前提下，对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本专利的保护范围之内。

Claims (9)

1.悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,包括一个外部容器箱，所述的外部容器箱内水平设置一个带圆孔的隔板将其分为两个空间，在所述的隔板上方设置有液体粘滞阻尼器与弹簧，所述液体粘滞阻尼器、弹簧的上端连接一个不与外部容器箱相接触的圆板，下端连接在所述隔板上，所述的圆板中心处连接一个穿过隔板中心的圆孔与内部金属箱相连接的刚性连接杆，在所述内部金属箱的顶部垂直设置一个刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球。

2.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述的质量球和刚性吊杆设置在内部圆筒箱中部，刚性吊杆上端与固定在金属箱内部上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，质量球在金属箱内部任意方向摆动，并与侧壁发生碰撞。

3.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,在所述质量球的外部贴附一层起吸收能量、耗能减振作用的粘弹材料层。

4.如权利要求3所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述粘弹性材料层的材质为橡胶。

5.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述内部金属箱顶部通过连接杆与位于四根弹簧与四个液体粘滞阻尼器顶部的圆板相连接，且液体粘滞阻尼器与弹簧的相间布置在隔板上。

6.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述隔板中心孔的刚性连接杆固结在圆板和内部金属箱上，保证内部金属箱的竖向振动并避免其摆动。

7.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述刚性吊杆及质量球的中心均位于所述金属箱的竖向中心线上，且所述质量球沿任意方向摆动。

8.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述调谐质量阻尼的频率通过弹簧的刚度来调节。

9.如权利要求1所述的悬吊式多维碰撞减振阻尼器，其特征在于,所述悬挂质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制。