CN105804261A - 悬吊式新型材料阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种悬吊式新型材料阻尼器。包括底板、新型高分子微层泡沫材料、传力杆、滑动板、万向铰、质量箱、分隔板、阻尼颗粒、吊杆、弹簧、合金杆和固定螺栓。质量箱通过吊杆与阻尼器框架上部连接，两侧通过轴承与传力杆相接，传力杆另一侧与由新型高分子微层泡沫材料与滑动板构成的局部阻尼装置相连，阻尼器框架整体由合金杆支撑。发生振动时，质量箱沿振动方向发生摆动，内部颗粒通过滚动碰撞与摩擦耗散基本结构的能量，同时两测新型高分子微层泡沫材发生拉伸与压缩，提供一定的阻尼与非线性回复力。由于该阻尼器采用颗粒阻尼与新型高分子微层泡沫材料等非线性阻尼，因此与传统形式的阻尼器相比减振频带宽、耗能形式多样，可有效减少基本结构的振动。

Description

悬吊式新型材料阻尼器
技术领域
本发明涉及一种悬吊式新型材料阻尼器。属于结构工程抗震与减振技术领域。
背景技术
地震、强风等外部激励容易使建筑结构产生较大的振动，并对其安全性与舒适性造成严重的威胁，因此为保证生命财产安全，人们一直在探求各种方法以有效减轻和抑制振动响应给工程结构带来的危害。20世纪70年代人们将阻尼器引入结构工程领域，取得了良好的成果。
调谐质量阻尼器（TMD）属于被动控制技术的一种，在目前高层、高耸结构风振控制应用中较为成熟，其减振效果明显，施工简易。调谐质量阻尼器减振装置一般由弹簧、质量块、阻尼元件组成，通过技术手段使其固有振动频率与主结构所控振形频率谐振，当结构发生振动时，质量块相对运动产生的惯性力反作用至结构，对结构的振动产生控制。然而调谐质量阻尼器存在着减振频带窄，耗能能力有限，且阻尼器设置价格高等缺陷。颗粒阻尼器技术是另一种通过颗粒间的碰撞摩擦来消耗能量的减振技术，近年来应用于土木工程振动控制领域，减振频带范围宽、控制效果良好，并且以颗粒取代粘滞阻尼器，大幅度降低阻尼器的造价，因此将调谐质量阻尼器与颗粒阻尼器结合为新型阻尼器具有一定的工程意义。
此外，材料科学领域已经取得了长足的进步，部分新型材料具有高阻尼，可控非线性等优势，应用于阻尼装置可有效拓宽阻尼器的减振频带、增加减振效率，同时可提供阻尼器可控非线性与阻尼特性，使传统阻尼器转变为具有非线性能量阱特性的新型材料减振装置，并为新型材料的工程应用提供载体。
本发明将新型高阻尼，可控非线性的材料应用于颗粒调谐质量阻尼器，使其优势互补，充分利用材料特性，形成一种耗能能力好，耐久性优良的新型材料阻尼器，具有可观的应用价值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种悬吊式新型材料阻尼器。
本发明提出的一种悬吊式新型材料阻尼器，包括底板1、高分子微层泡沫材料层2、传力杆3、滑动板4、万向铰5、质量箱6、分隔板7、阻尼颗粒8、吊杆9、弹簧10、合金杆11和固定螺栓12，其中：悬吊式新型材料阻尼器由底板1通过固定螺栓12与结构主体相连；底板1、顶板和４根合金杆11连接构成阻尼器框架，质量箱6位于阻尼器框架内，质量箱6顶部通过吊杆9与阻尼器框架的顶板连接，质量箱6两侧分别通过单向铰与传力杆3一端相接，传力杆3另一端与局部阻尼装置相连；所述局部阻尼装置由高分子微层泡沫材料层2、滑动板4和固定板构成，两个固定板之间固定有两个高分子微层泡沫材料层2，两个高分子微层泡沫材料层2之间固定有滑动板４,所述滑动板４两端分别穿过相应的滑动杆，滑动杆两端分别固定于两块固定板上；滑动板４可沿滑动杆来回移动；
4根合金杆11外均套有弹簧10；质量箱6内部设置有阻尼颗粒8与分隔板7，分隔板７将质量箱６分隔成若干子分区，每个区间内将设有阻尼颗粒，阻尼颗粒8在振动时发生摩擦碰撞消耗系统能量；发生振动时，质量箱沿振动方向发生摆动，阻尼颗粒通过滚动碰撞与摩擦耗散基本结构的能量，同时两侧高分子微层泡沫材料层发生拉伸与压缩，提供阻尼与非线性回复力。
本发明中，所述底板１和顶板为长方形结构，4根合金杆11的两端分别连接底板１和顶板的四个角点，以限制阻尼器框架与结构主体间的水平运动，同时作为弹簧10的导向杆，并对竖向的振动进行控制。
本发明中，高分子微层泡沫材料层2为通过微层共挤出技术获得的具有可控微泡结构的新型高分子热塑性弹性微层泡沫阻尼材料层，由两种或多种不同性质的高分子材料形成规整完善的交替层状复合结构，其中一种高分子材料发泡而另一种以上高分子材料不发泡，具有优异阻尼性能。
本发明中，阻尼颗粒8材料采用金属材料或具有摩擦性能的高分子材料。
本发明中，颗粒群的水平投影面积占容器水平面积的50%-80%，粒径为5mm至40mm。
本发明中，分隔板7两侧与质量箱6内壁均设有作为缓冲耗能材料的高分子微层泡沫材料层，厚度根据工程实际而定。
本发明中，吊杆9长度根据结构振动特性设定，为两端铰接的连杆。
本发明的优点是：
本发明实现了调谐质量阻尼器与颗粒阻尼器的有效结合，既发挥了调谐质量阻尼器的特点，又利用了颗粒阻尼器颗粒碰撞耗能的优势并充分利用高分子微层泡沫材料层其高阻尼与可控非线性的特点，使得振动过程中，能量基于靶向能量传递原理以不可逆的方式传至振子，并有效拓宽阻尼器的减振频带、同时为新型材料的工程应用提供载体。该阻尼器构造简单，布置灵活，具有多种耗能途径，耐久性好，可靠度高，具有良好的适用性与经济性。
附图说明
图1为本发明装置整体图；
图2为本发明装置侧视图1；
图3为本发明装置侧视图2；
图4为本发明装俯视图；
图5为本发明质量箱6的剖面图；
图中：1底板、2高分子微层泡沫材料层、3传力杆、4滑动板、5万向铰、6质量箱、7分隔板、8阻尼颗粒、9吊杆、10弹簧、11合金杆、12固定螺栓。
具体实施方式
下面结合附图和实例做进一步说明。
如图所示，本发明主要包括底板1、高分子微层泡沫材料层2、传力杆3、滑动板4、万向铰5、质量箱6、分隔板7、阻尼颗粒8、吊杆9、弹簧10、合金杆11、固定螺栓12。螺栓12可选用摩擦型高强螺栓，将钢制的阻尼器底板1通固定于结构主体振动较大的部位；阻尼器四角螺栓固定合金杆11，以支撑阻尼器同时作为弹簧10导向杆，从而对竖向的振动进行控制。质量箱6通过两端设有轴承的吊杆9与阻尼器框架上部连接，从而沿振动方向发生摆动，吊杆9长度根据结构振动特性而定。高分子微层泡沫材料2可由热塑性聚氨酯弹性体与聚乳酸两种材料经微层共挤出装置制作，聚乳酸层为发泡层，热塑性聚氨酯层为实心层。内部分隔板7两侧贴有高分子微层泡沫材料层2，以增加碰撞耗能，并同时将质量箱6划分为若干子区间，每个子区间内平铺一层阻尼颗粒8，粒径直径为5mm~40mm，填充率为40%~80%，材料选用金属或摩擦系数较大的材料。
质量箱6两侧通过轴承与钢制传力杆3相接。传力杆3另一侧与由高分子微层泡沫材料层2与钢制滑动板4构成的局部阻尼装置相连，发生振动时，滑动板4可沿杠杆做水平平动，对高分子微层泡沫材料层2拉伸和挤压，由此提供一定的阻尼与非线性回复力。

Claims (7)

1.一种悬吊式新型材料阻尼器，包括底板（1）、高分子微层泡沫材料层（2）、传力杆（3）、滑动板（4）、万向铰（5）、质量箱（6）、分隔板（7）、阻尼颗粒（8）、吊杆（9）、弹簧（10）、合金杆（11）和固定螺栓（12），其特征在于：悬吊式新型材料阻尼器由底板（1）通过固定螺栓（12）与结构主体相连；底板（1）、顶板和４根合金杆（11）连接构成阻尼器框架，质量箱（6）位于阻尼器框架内，质量箱（6）顶部通过吊杆（9）与阻尼器框架的顶板连接，质量箱（6）两侧分别通过单向铰与传力杆（3）一端相接，传力杆（3）另一端与局部阻尼装置相连；所述局部阻尼装置由高分子微层泡沫材料层（2）、滑动板（4）和固定板构成，两个固定板之间固定有两个高分子微层泡沫材料层（2），两个高分子微层泡沫材料层（2）之间固定有滑动板（４），所述滑动板（４）两端分别穿过相应的滑动杆，滑动杆两端分别固定于两块固定板上；滑动板（４）可沿滑动杆来回移动；
4根合金杆（11）外均套有弹簧（10）；质量箱（6）内部设置有阻尼颗粒（8）与分隔板（7），分隔板（７）将质量箱（６）分隔成若干子分区，每个区间内将设有阻尼颗粒，阻尼颗粒（8）在振动时发生摩擦碰撞消耗系统能量；发生振动时，质量箱沿振动方向发生摆动，阻尼颗粒通过滚动碰撞与摩擦耗散基本结构的能量，同时两侧高分子微层泡沫材料层发生拉伸与压缩，提供阻尼与非线性回复力。
2.根据权利要求１所述的悬吊式新型材料阻尼器，其特征在于所述底板（１）和顶板为长方形结构，4根合金杆（11）的两端分别连接底板（１）和顶板的四个角点，以限制阻尼器框架与结构主体间的水平运动，同时作为弹簧（10）的导向杆，并对竖向的振动进行控制。
3.根据权利要求1所述的悬吊式新型材料阻尼器，其特征在于：高分子微层泡沫材料层（2）为通过微层共挤出技术获得的具有可控微泡结构的新型高分子热塑性弹性微层泡沫阻尼材料层，由两种或多种不同性质的高分子材料形成规整完善的交替层状复合结构，其中一种高分子材料发泡而另一种以上高分子材料不发泡，具有优异阻尼性能。
4.根据权利要求1所述的悬吊式新型材料阻尼器，其特征在于：阻尼颗粒（8）材料采用金属材料或具有摩擦性能的高分子材料。
5.根据权利要求1所述的悬吊式新型材料阻尼器，其特征在于：颗粒群的水平投影面积占容器水平面积的50%-80%，粒径为5mm至40mm。
6.根据权利要求1所述的悬吊式新型材料阻尼器，其特征在于：分隔板（7）两侧与质量箱（6）内壁均设有作为缓冲耗能材料的高分子微层泡沫材料层，厚度根据工程实际而定。
7.根据权利要求1所述的悬吊式新型材料阻尼器，其特征在于：吊杆（9）长度根据结构振动特性设定，为两端铰接的连杆。
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