CN105297940B - 组合型多相减振装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种组合型多相减振装置，包括容器、颗粒体系、粘性液体、弹性体系和筛网，其中，颗粒体系由球体颗粒、轴承杆、固定杆和内置横向圆柱体双向布置组成，粘性液体由一种或者多种液体混合而成，所述粘性液体位于容器内部，球体颗粒位于粘性液体内，或漂浮或沉于液体底部。粘性液体可在容器内震荡，球体颗粒体系在筛网内相互碰撞、摩擦耗能；粘性液体与颗粒体系间、颗粒与筛网间相互碰撞摩擦耗能。本发明结合了调谐液体阻尼器、粘滞阻尼器、调谐质量阻尼器和颗粒阻尼器的优点，通过液相和固相的组合进行耗能，减振效果好，在建筑工程抗震和抗风领域具有广泛应用性。

Description

组合型多相减振装置

技术领域

本发明涉及建筑结构工程减振和抗风技术领域，具体涉及一种组合型多相减振装置。

背景技术

随着高层建筑向大高宽比以及轻质高强材料的方向发展，结构刚度和阻尼逐渐减少，对风和地震等强烈的刺激越来越敏感。结构振动控制作为一种经济有效的手段，近年来越来越受到重视，抗震及消能减振技术在过程中也得到了十足的应用和发展。

建筑减振技术从控制理论上看主要有主动控制、被动控制、半主动控制和混合控制四种方法，其中应用最多的阻尼器就是被动控制的一种。国内外许多学者致力于减振方法的研究，并取得了大量的成果。然而阻尼器在应用中暴露了自身的一些弊端。如多数阻尼器工作机理单一，减振能力有限；调谐液体阻尼器和调谐质量阻尼器均存在有效带宽较窄的问题；粘滞阻尼器存在粘滞材料老化的问题，且材料本身造价高；金属阻尼器屈服点集中，低周疲劳性能差；颗粒阻尼器响应滞后，且噪音大。所以研究一种能自启动、适应不同工程、便于制作、天然环保，同时耗能效果好的混合消能减振装置有很大的工程意义和应用价值。

发明内容

本发明的目的是提供一种综合利用球体颗粒、粘性液体、机械部件、筛网组成的组合型多相减振装置，该装置减振频带宽、噪音小、效果理想。

本发明的技术方案如下：

本发明提出的一种组合型多相减振装置，包括容器1、可移动颗粒体系2、固定颗粒体系3、粘性液体4、弹簧体系5和筛网14，其中：所述筛网14镶嵌于容器1内下部，将容器１下部分割成若干空间，每个空间内放置有球体颗粒13；所述可移动颗粒体系2和固定颗粒体系3垂直放置于容器1内上部，一组球体颗粒体系3位于两组可移动颗粒体系2之间，容器1内装有粘性液体4；所述可移动颗粒体系2由横向放置的第一圆柱体、第一轴承杆和固定板8组成，相邻的第一圆柱体沿着横向平行布置；第一圆柱体中部沿直径开孔，所述第一轴承杆依次穿过沿横向布置的圆柱体中部开孔部位，第一轴承杆两端穿过固定板8上预留孔洞11，其端部连接运动轨道9；所述运动轨道9固定于容器1内壁上，所述运动轨道9水平布置；位于同一水平面上相邻的运动轨道9之间设有固定卡槽10；所述固定板８通过弹簧体系5连接容器1内壁；所述固定颗粒体系3由横向放置的第二圆柱体和第二轴承杆组成，第二圆柱体沿着横向平行布置；第二圆柱体中部沿直径开孔，所述第二轴承杆依次穿过第二圆柱体中部开孔部位，所述第二轴承杆两端分别连接容器1内壁上的固定卡槽10；所述粘性液体4由一种或多种液体混合而成，可在容器1内振荡，其作用机理类似于调谐液体阻尼器，通过液体晃荡时自由表面的破碎波效应和液体与容器壁的摩擦作用消耗能量，液体晃荡对容器侧压力提供对结构的非线性恢复力，减小结构振动幅度；在容器1内，可移动颗粒体系2与固定颗粒体系3相互碰撞耗能，弹簧体系5的恢复力帮助可移动颗粒体系2与固定颗粒体系3实现撞击；粘性液体4分别与可移动颗粒体系2和固定颗粒体系3上的圆柱体相互摩擦耗能，同时颗粒之间组成的孔洞，可增加流体粘性，提高耗能能力；粘性液体4与球体颗粒13或球体颗粒13间相互摩擦耗能；筛网14与球体颗粒13间碰撞摩擦耗能；通过液相和固相的组合来进行减振。

本发明中，所述容器1内部设有弹簧体系5，通过恢复力使可移动颗粒体系2向固定颗粒体系3方向发生移动，实现有效碰撞耗能，同时设置弹簧体系参数和可移动颗粒体系2的质量，使可移动颗粒体系2的运动频率与结构基频调谐，提高减振耗能效率。

本发明中，所述固定板8上设有弹簧挂钩12，所述弹簧挂钩12与弹簧体系5匹配。

本发明中，所述第一圆柱体和第二圆柱体的表面光滑，半径不能太大，且不能太靠近液面。

本发明中，所述筛网14由不锈钢制成。

本发明中，所述球体颗粒13直径大于筛网14孔径，且每个被划分的空间里均有若干个球体颗粒。

本发明中，所述容器1中可根据固定器或者悬吊器与被减振结构相连，将阻尼器安装在结构上达到耗能减振效果。可采取固定器使阻尼器通过螺母固定于框架结构内部，可采取悬吊器使阻尼器通过吊杆悬吊在主结构内部。

本发明中，所述该粘性液体4可采取粘度系数不同的一种或多种稳定液体，可分层或混合。

本发明中，所述运动轨道9和固定卡槽10的设计可方便替换连杆可移动颗粒体系2、固定颗粒体系3。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：

1、本发明结构清晰简单，且采用可更换的内部连杆颗粒体系及液体，可长期有效帮助结构减振耗能。

2、本发明混合利用颗粒阻尼装置、调谐液体阻尼装置的优点，增大减振频带，增强减振耗能效果。

3、内置横向圆柱体使液体绕流时产生附加的晃动质量，从而有效增加了液体的晃动质量，提高液体晃动阻尼，提高耗能效率。

4、弹簧不仅可实现连杆颗粒体系产生有效碰撞，同时使可移动颗粒体系2运动与结构基频调谐，增加耗能效果。

附图说明

图1是本发明实施例的试验装置的主视图。

图2是本发明实施例的试验装置的侧视图。

图3是本发明实施例的试验装置的俯视图。

图4是内置横向圆柱体详图。

图5是固定板主视图。

图6是固定板左视图。

图7是固定颗粒体系详图。

图8是可移动颗粒体系详图。

图9是容器详图。

图10是容器1-1剖面图。

图11是筛网的立体图。

图中标号：1为容器，2为可移动颗粒体系，3为固定颗粒体系，4为粘性液体，5为弹性体系，6为内置横向圆柱体，7为轴承杆，8为固定板，9为运动轨道，10为固定卡槽，11为预留孔洞，12为弹簧挂钩，13为球体颗粒，14为筛网。

具体实施方式

下面通过实施例结合附图进一步说明本发明。

实施例1：请参阅图1、图2、图3是本发明实验装置整体结构各个方向视图示意图。

容器1为长方体，容纳所有耗能物质。可移动颗粒体系2由一种或多种材料制成的一种或者多种球体颗粒13、轴承杆7和内置横向圆柱体6组成。固定颗粒体系3由一种或者多种材料制成的一种或者多种轴承杆7和内置横向圆柱体6组成。粘性液体4由一种或者多种稳定液体组成，可分层或混合。其物理性质要求耐热、不易挥发、不易燃，化学物质稳定，粘性系数视被控结构要求的耗能能力而定。若为多种液体混合使用，要求不能发生过激化学反应，最好不发生任何化学反应，对颗粒无腐蚀作用。运动轨道9和固定卡槽10可以方便阻尼装置在使用过程中更换固定颗粒体系3、可移动颗粒体系2。

具体的，请参阅图1、图2、图3是本发明实验装置整体结构各个方向视图示意图。图中轴承杆7通过容器1侧面运动轨道9和容器1相连，可以自由滚动；内置横向圆柱体6串在轴承杆7上；固定板开孔洞11，直径与轴承杆7匹配，使得轴承杆7可固定于固定板8上。固定板8边侧突起若干个弹簧挂钩12，可与弹簧体系5相连，弹簧体系5另一端与容器1相连。将一定数量的某种或者多种球体颗粒13置于筛网14内，颗粒间、颗粒和筛网间可碰撞及摩擦耗能。之后向容器1内注入一定量的某种粘性液体4，通过液体晃荡，对容器的侧压力可作为结构恢复力，减小结构运动幅度，同时颗粒间的小孔起到晶格作用，增加液体粘性，提高耗能能力。此过程中粘性液体4自身组成分子之间可能摩擦耗能，粘性液体4与可移动颗粒体系2、固定颗粒体系3上的圆柱体6之间可能摩擦耗能，可移动颗粒体系2与固定颗粒体系3可互相碰撞耗能，球体颗粒13颗粒之间或和筛网14间相互碰撞和摩擦耗能。粘性液体4的种类与体积可根据实际应用情况进行调节。在确定可移动颗粒体系2、固定颗粒体系3与粘性液体4后，可根据被控结构的动力特性设计弹簧体系5的参数（数量、刚度系数），使可移动颗粒体系2与被控结构调谐运动，达到更加的减振效果。

在图4所示颗粒详图中，内置横向圆柱体6中部沿直径开孔，用于和轴承杆7相连，横向圆柱体6直径稍大于轴承杆7的直径，便于圆柱体6沿轴承杆7滑动碰撞。

图5和图6分别是固定板8的主视图和侧视图，固定板开孔洞11，直径与轴承杆7匹配，使得轴承杆7可固定于固定板8上，固定板8边侧突起若干个弹簧挂钩12，可与弹簧体系5相连，弹簧体系5另一端与容器1相连。

图7和图8分别是固定颗粒体系3和可移动颗粒体系2结构详图。可移动颗粒体系2由球体颗粒13、内置横向圆柱体6、轴承杆7和固定板8组成；固定颗粒体系3由横向圆柱体6和轴承杆7组成。

图9和图10是容器1剖面图及1-1剖面图。容器1上分别刻有运动轨道9和固定卡槽10，直径与轴承杆7匹配，运动轨道9可使横向圆柱体6自由滑动，固定卡槽10将固定颗粒体系3与容器1固定连接。

图11是筛网14的立面图。筛网14由三个横向、纵向和水平的片网组成，筛网的边缘部分与容器1的内壁紧密连接起来。球体颗粒13分别在划分的四个空间内运动。

上述的对实施例的描述是为了便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例作出任何修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种组合型多相减振装置，包括容器(1)、可移动颗粒体系(2)、固定颗粒体系(3)、粘性液体(4)、弹簧体系(5)和筛网(14)，其特征在于：所述筛网(14)镶嵌于容器(1)内下部，将容器(１)下部分割成若干空间，每个空间内放置有球体颗粒(13)；所述可移动颗粒体系(2)和固定颗粒体系(3)垂直放置于容器(1)内上部，一组球体颗粒体系(3)位于两组可移动颗粒体系(2)之间，容器(1)内装有粘性液体(4)；所述可移动颗粒体系(2)由横向放置的第一圆柱体、第一轴承杆和固定板(8)组成，相邻的第一圆柱体沿着横向平行布置；第一圆柱体中部沿直径开孔，所述第一轴承杆依次穿过沿横向布置的圆柱体中部开孔部位，第一轴承杆两端穿过固定板(8)上预留孔洞(11)，其端部连接运动轨道(9)；所述运动轨道(9)固定于容器(1)内壁上，所述运动轨道(9)水平布置；位于同一水平面上相邻的运动轨道(9)之间设有固定卡槽(10)；所述固定板(８)通过弹簧体系(5)连接容器(1)内壁；所述固定颗粒体系(3)由横向放置的第二圆柱体和第二轴承杆组成，第二圆柱体沿着横向平行布置；第二圆柱体中部沿直径开孔，所述第二轴承杆依次穿过第二圆柱体中部开孔部位，所述第二轴承杆两端分别连接容器(1)内壁上的固定卡槽(10)；所述粘性液体(4)由一种或多种液体混合而成，可在容器(1)内振荡，其作用机理类似于调谐液体阻尼器，通过液体晃荡时自由表面的破碎波效应和液体与容器壁的摩擦作用消耗能量，液体晃荡对容器侧压力提供对结构的非线性恢复力，减小结构振动幅度；在容器(1)内，可移动颗粒体系(2)与固定颗粒体系(3)相互碰撞耗能，弹簧体系(5)的恢复力帮助可移动颗粒体系(2)与固定颗粒体系(3)实现撞击；粘性液体(4)分别与可移动颗粒体系(2)和固定颗粒体系(3)上的圆柱体相互摩擦耗能，同时颗粒之间组成的孔洞，可增加流体粘性，提高耗能能力；粘性液体(4)与球体颗粒(13)或球体颗粒(13)间相互摩擦耗能；筛网(14)与球体颗粒(13)间碰撞摩擦耗能；通过液相和固相的组合来进行减振。

2.根据权利要求1所述的一种组合型多相减振装置，其特征在于：所述容器(1)内部设有弹簧体系(5)，通过恢复力使可移动颗粒体系(2)向固定颗粒体系(3)方向发生移动，实现有效碰撞耗能，同时设置弹簧体系参数和可移动颗粒体系(2)的质量，使可移动颗粒体系(2)的运动频率与结构基频调谐，提高减振耗能效率。

3.根据权利要求1所述的一种组合型多相减振装置，其特征在于：所述固定板(8)上设有弹簧挂钩(12)，所述弹簧挂钩(12)与弹簧体系(5)匹配。

4.根据权利要求1所述的一种组合型多相减振装置，其特征在于：所述第一圆柱体和第二圆柱体的表面光滑，半径不能太大，且不能太靠近液面。

5.根据权利要求1所述的一种组合型多相减振装置，其特征在于：所述筛网(14)由不锈钢制成。

6.根据权利要求1所述的一种组合型多相减振装置，其特征在于：所述球体颗粒(13)直径大于筛网(14)孔径，且每个被划分的空间里均有若干个球体颗粒。