CN105649229B - 一种多维抗扭转减振器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多维抗扭转减振器，包括套装在一起且能互相转动的内部钢筒和外部钢筒，所述内部钢筒箱体内的顶部连接一个垂直向下的刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球，内部钢筒箱体顶部连接一个垂直向上且穿过外部钢筒的刚性连接杆，刚性连接杆与一个水平设置的上部法兰板相连，在刚性连接杆与外部钢筒之间通过弹性元件相连，外部钢筒的底部与下部法兰板相连，且在所述的外部钢筒底部及顶部与内部钢筒之间的部位均放置数个空心球。

Description

一种多维抗扭转减振器

技术领域

本发明涉及一种多维抗扭转减振器，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一种多维抗扭转减振器。

背景技术

随着科学技术的进步和建筑材料以及施工技术的发展，建筑结构形式朝着多样化的方向发展。规则的建筑结构体型简单，质量和刚度分布比较均匀，受力性能明确，因此在设计分析时容易考虑其在荷载作用下的反应与内力分布。复杂结构由于其结构形式的复杂性，在荷载(特别是在强风或强烈地震)作用下的结构动力反应强烈，如何减小建筑物的动力响应，控制不利荷载对建筑物的损伤，使建筑物兼具安全美观与舒适性的基本要求，成为国内外研究人员关注的焦点。

从结构受力特性来看，风荷载及地震作用在复杂高层建筑分析和设计中起重要的作用，目前传统的抗震抗风设计往往通过一些构件的弹塑性变型来耗散由风荷载及地震激励引起的结构振动的动能，从而防止建筑物的倒塌，然而这种弹塑性耗能会对结构构件造成一定程度上的损伤。近年来，结构振动控制技术不断发展成熟，许多隔震与耗能装置被运用到建筑结构当中，虽然能够减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤，但装置的耐久性与耐腐蚀性却是目前耗能装置中普遍存在的问题。

此外，大量的研究表明：在风荷载及地震作用下，许多建筑物的破坏是由于构件的扭转破坏造成的。结构形式复杂的建筑物，刚度分布通常是不对称的，其在强风强震作用下,表现出明显的平扭耦合作用，容易诱发造成结构扭转脆性破坏，进而导致结构传力路径破坏，造成整体结构的破坏倒塌。目前的对结构扭转的控制主要是通过调整结构布置及增加结构的抗扭刚度实现的，这势必增大构件的截面，成本较高，且增大了风荷载及地震的作用，存在一定的安全隐患。

发明内容

本发明目的是提供一种多维抗扭转减振器，旨在减小建筑结构(尤其是复杂及高耸建筑结构等)在风荷载及地震作用下的扭转及振动反应，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：

一种多维抗扭转减振器，包括套装在一起且能互相转动的内部钢筒和外部钢筒，所述内部钢筒内的顶部连接一个垂直向下的刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球，内部钢筒箱体顶部连接一个垂直向上且穿过外部钢筒的刚性连接杆，刚性连接杆与一个水平设置的上部法兰板相连，在刚性连接杆与外部钢筒之间通过弹性元件相连，外部钢筒的底部与下部法兰板相连，且在所述的外部钢筒底部及顶部与内部钢筒之间的部位均放置数个空心球。

进一步的，所述的内部钢筒和外部钢筒之间通过螺纹配合。

进一步的，所述的外部钢筒内壁附有螺纹，通过与内部钢筒外壁上的螺纹接触使两个箱体连接在一起，两个钢筒均与法兰板相连。

进一步的，所述的质量球和刚性吊杆设置在内部钢筒中部，刚性吊杆上端与固定在钢筒内部上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，通过质量球在钢筒内摆动，并与侧壁发生碰撞来能耗。

进一步的，所述质量球外部贴附一层粘弹材料层，起到吸收能量、耗能减振的作用。

进一步的，所述的上下法兰板上均有多个螺栓孔，对称均匀分布，便于与控制结构连接。

进一步的，所述的弹性元件为弹簧，弹簧材料为形状记忆合金材料，提供稳定的阻尼力，达到耗能的效果。

进一步的，所述的薄壁空心球是由记忆合金制成的，具有高弹性、变形大可恢复的特点。

进一步的，所述刚性吊杆及质量球的中心均位于钢筒的竖向中心线上，且所述质量球可沿任意方向摆动。

进一步的，所述粘弹性材料层的材质为橡胶、硅胶、乳胶或环氧树脂。

进一步的，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。

进一步的，所述内外钢筒间的螺纹需均匀涂抹润滑油，减少摩擦阻力，可以保证内部钢筒的转动。

使用时，本发明应当固定于结构易发生扭转破坏的位置。通过法兰板与结构或构件进行连接，当结构发生扭转时，内部钢筒通过接触的螺纹在外部钢筒内部转动，挤压上部或下部的薄壁记忆合金空心球，空心球的自复位能力能够抵抗结构的扭转，同时形状记忆合金耗能弹簧伸长或缩短，提供稳定的阻尼力，起到耗散能量的作用。内部钢筒中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悬挂质量摆，通过质量球的摆动和碰撞，减小所在结构水平方向上的振动响应，达到耗能减振的效果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：

该减振装置可以对结构的扭转进行有效的控制，很大程度上减少扭转对结构造成的损伤，除此之外，装置内部钢筒中由于万向铰的存在保证了摆球水平向的任意摆动，能够对建筑物水平向的振动进行控制，减小结构在风荷载或地震作用下水平向的振动反应，起到调频减振的作用，保证强风强震作用下建筑物的安全性。该减振装置中形状记忆合金高弹性高阻尼的特点以及质量球与筒壁的碰撞，均可以有效地耗散能量，提高减振及扭转控制的效果。该减振装置构造简单、加工方便、耐久性耐腐蚀性强、性价比高、便于安装。

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是一种多维抗扭转减振器的主视图示意图。

图2是一种多维抗扭转减振器的A-A剖面图示意图。

图中：1万向铰，2刚性吊杆，3粘弹性材料层，4质量球，5内部钢筒，6外部钢筒，7薄壁记忆合金空心球，8形状记忆合金耗能弹簧，9螺纹，10上部法兰板，11下部法兰板，12螺栓孔，13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。

本发明提出的一种多维抗扭转减振器如图1，图2所示，该装置是由悬挂质量摆和形状记忆合金空心球共同组成，与传统的振动控制装置相比，本发明在减小结构动力响应的基础上，对结构的扭转进行有效控制，在很大程度上减少扭转对结构造成的损伤，同时保证强风强震作用下建筑物的安全性。此外，本发明中使用的形状记忆合金是集感知与驱动于一体的一种具有特殊新型功能的智能材料。与其他材料相比，它具有形状记忆效应和高效阻尼性能，能够克服传统材料耐久性耐腐蚀性差的特点，使用周期长。

本发明的具体结构如下：

多维抗扭转减振器，包括外部钢筒6和内部钢筒5，外部钢筒6通过内壁螺纹9与内部钢筒接触，螺纹处应刷涂适量的润滑油，保证内部圆筒的转动不受影响。内部钢筒5通过刚性连接杆与上部法兰板10相连，刚性连接杆13焊接在上部法兰板及内部钢筒5上，与外部钢筒空隙处均匀设置4根形状记忆合金耗能弹簧8。下部法兰板11焊接在外部钢筒6底部。内部钢筒5内设置水平向的悬挂质量摆，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；

其中万向铰1焊接于内部钢筒顶部中心，刚性吊杆2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，其摆动频率尽可能接近被控结构的主频率，质量球4外侧贴附粘弹性材料层3，粘弹性材料仅布置在质量球表面，以降低造价。刚性吊杆2和质量球4能沿任意方向摆动，并可以与内部钢筒侧壁发生碰撞，达到调频减振的效果。

薄壁记忆合金空心球7均匀分布在内、外钢筒之间，起到耗能复位的作用。

上部法兰板10与下部法兰板11上均对称分布8个螺栓孔，便于与控制结构连接。

该减振装置可以对结构的扭转进行有效的控制，很大程度上减少扭转对结构造成的损伤，除此之外，装置可减小结构在风荷载或地震作用下水平向的振动反应，保证强风强震作用下建筑物的安全性。该减振装置中形状记忆合金高弹性高阻尼的特点以及质量球与筒壁的碰撞，均可以有效地耗散能量，提高减振及扭转控制的效果。该减振装置构造简单、加工方便、耐久性耐腐蚀性强、性价比高、便于安装。

具体的使用方法如下：

使用时，本发明应当固定于结构易发生扭转破坏的位置。通过法兰板与结构或构件进行连接，当结构发生扭转时，内部钢筒通过接触的螺纹在外部钢筒内部转动，挤压上部或下部的薄壁记忆合金空心球，空心球的自复位能力能够抵抗结构的扭转，同时形状记忆合金耗能弹簧伸长或缩短，提供稳定的阻尼力，起到耗散能量的作用。内部钢筒中刚性吊杆的下端连接质量球，万向铰允许刚性吊杆沿着任意方向运动，刚性吊杆和质量块组成了一个悬挂质量摆，通过质量球的摆动和碰撞，减小所在结构水平方向上的振动响应，达到耗能减振的效果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 (6)

1.一种多维抗扭转减振器，其特征在于，包括套装在一起且能互相转动的内部钢筒和外部钢筒，所述的内部钢筒和外部钢筒之间通过螺纹配合实现相互转动；所述内部钢筒内的顶部连接一个垂直向下的刚性吊杆，刚性吊杆的底部连接一个质量球，内部钢筒箱体顶部连接一个垂直向上且穿过外部钢筒的刚性连接杆，刚性连接杆与一个水平设置的上部法兰板相连，在刚性连接杆与外部钢筒之间通过弹性元件相连，外部钢筒的底部与下部法兰板相连，且在所述的外部钢筒底部及顶部与内部钢筒之间的部位均放置数个薄壁记忆合金空心球；

所述的质量球和刚性吊杆设置在内部钢筒中部，刚性吊杆上端与固定在内部钢筒上面的万向铰相连，下端与质量球固定连接，且刚性吊杆及质量球的中心均位于钢筒的竖向中心线上，质量球可沿任意方向摆动，并与侧壁发生碰撞来能耗。

2.如权利要求1所述的多维抗扭转减振器，其特征在于，所述质量球外部贴附一层粘弹材料层。

3.如权利要求2所述的多维抗扭转减振器，其特征在于，所述粘弹性材料层的材质为橡胶、硅胶、乳胶或环氧树脂。

4.如权利要求1所述的多维抗扭转减振器，其特征在于，所述的弹性元件为弹簧，弹簧材料为形状记忆合金材料。

5.如权利要求1所述的多维抗扭转减振器，其特征在于，所述内、外钢筒间的螺纹均匀涂抹用于减少摩擦阻力的润滑油，保证内部钢筒的转动。

6.如权利要求1所述的多维抗扭转减振器，其特征在于，所述的上、下法兰板上设有对称均匀分布的螺栓孔，用于与控制结构连接。