CN105863097B - 非线性轨道式协同调谐阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，包括外部腔体单元、弹簧体系、粘性液体、内部腔体单元、缓冲材料和颗粒群。阻尼器外部腔体单元底部有两条沿腔体长度方向布置的凹槽轨道，内部腔体单元能够沿凹槽轨道来回滑动，并且通过弹簧体系与外部腔体内壁相连，两者之间填充粘性液体，内部腔体内壁和底部覆盖有缓冲材料，颗粒群由大小不同的圆形颗粒组成。粘性液体的震荡使内部腔体来回运动耗能，液体与容器壁的摩擦、碰撞提供减振作用；弹簧体系调谐结构自振频率，颗粒与颗粒之间或颗粒与腔壁之间的碰撞、摩擦消耗能量。本发明结合了多种阻尼器的优势，减振频带宽，效果好，在土建结构振动控制领域具有广泛适用性。

Description

非线性轨道式协同调谐阻尼器
技术领域
本发明涉及一种新型结构耗能减振装置，主要应用于土建结构（尤其是高层建筑等）在地震、风力作用下的振动控制。
背景技术
近年来，由于高层建筑的迅速发展，使得地震震动、风致振动问题得到了广泛的重视与研究。耗能减震等被动控制技术被广泛运用于减小高层建筑在地震、风力作用下的振动响应，其中调谐质量阻尼器(TMD)得益于构造简单、造价低等优点，应用最为广泛，但其也具有一定的局限性，一是减振频带窄，一般只在较小频率范围内有效，对工作环境变化敏感；二是控制振型单一，不能有效地进行多振型控制，所以对于大型高层建筑而言传统的调谐质量阻尼器并非最理想的减震装置。
发明内容
为了克服现有调谐质量阻尼器减振频带窄和控制振型单一等不足, 本发明提供一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，在传统调谐质量阻尼器的基础上，引入调谐液体阻尼器，粘滞液体阻尼器以及目前主要应用于航空航天、机械制造领域的颗粒阻尼器，将它们有机结合，充分发挥多种阻尼器的优势，从而实现应用范围广、产生的附加质量小、减振频带宽、减振效果明显等要求，满足土建工程的实际需求。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，包括：阻尼器外部腔体单元1、弹簧体系2、粘性液体3、内部腔体单元4、缓冲材料5和颗粒群6，其中：阻尼器外部腔体单元1为长方体结构，其底部沿长度方向布置有两条凹槽轨道7；内部腔体单元4为长方体结构，其底部沿长度方向设有两条与凹槽轨道7结构相匹配的细长方体突出结构，通过所述细长方体突出结构使内部腔体单元4能够沿凹槽轨道7来回滑动；内部腔体单元4内的四周和底部均覆盖有缓冲材料5，内部腔体单元4填充有颗粒群6，颗粒群6由大小不同的圆形颗粒组成；内部腔体单元4沿长度方向的两侧通过弹簧体系2与阻尼器外部腔体单元１的内壁相连，阻尼器外部腔体单元1内填充有粘性液体3；在风力或/和地震等作用下，内部腔体单元4沿凹槽轨道7向某一方向运动，使粘性液体3受到挤压，从而产生与内部腔体单元4运动反向的粘滞力，同时粘性液体3通过阻尼器外部腔体单元1和内部腔体单元4之间的狭长间隙流向另一侧，使内部腔体单元4的受力逐渐减小，以实现内部腔体单元4的来回移动，耗散阻尼器的动能；在此过程中粘性液体通过与阻尼器外部腔体单元1或内部腔体单元4之间的摩擦，以及在晃动过程中产生的动侧力同样提供了减振作用；弹簧体系2调谐阻尼器的自振频率，并有效减小体系的加速度；在内部腔体单元4中，颗粒与颗粒之间以及颗粒与内部腔体单元4的腔壁之间的碰撞和摩擦协同消耗振动体的能量。
本发明中，粘性液体3采取粘性系数不同的一种或多种稳定液体，多种稳定液体混合时不发生反应。
本发明中，内部腔体单元4下方的两条细长方体突出结构关于内部腔体单元4的中轴线对称，内部腔体单元4的长度为阻尼器外部腔体单元1的长度的30%-40%，宽度为内部腔体单元4放置在凹槽轨道上时前后两侧面与阻尼器外部腔体单元1内壁间隔分别为3-5mm，顶部与阻尼器外部腔体单元1盖板间隔为2-3mm。
本发明中，缓冲材料5采用橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种，以增加碰撞所耗散的能量。
本发明中，颗粒群6由三种尺寸不同的圆形颗粒组成，所述圆形颗粒是钢球或混凝土球中的任一种，圆形颗粒直径分别为4mm，6mm和8mm，三者的质量比为3:2:1。
本发明中，内部腔体单元4和颗粒群6的质量，以及弹簧体系2的相关参数（如数量，劲度系数等）应根据内部腔体与颗粒群体系的运动频率和结构基频率进行设置，使得两者频率相调谐以提高减振效率。
本发明的有益效果是：
1）本发明综合多种阻尼器的优势，通过多种减振机制，达到良好的效果。其应用范围更广，减振频带更宽，减振效果更好，相对传统调谐质量阻尼器而言，能更好地满足现代土建工程的实际复杂需求。
2）本发明构造形式简单，易于安装，不需要对原结构进行较大改动，同时材料廉价易得，可充分利用相关建筑材料，制造成本较低。
3）采用尺寸大小不同的颗粒群，可以充分利用空间，增加颗粒间的接触摩擦，和等大颗粒群相比，也有利于颗粒的运动。
附图说明
图1为本发明非线性轨道式协同调谐阻尼器主视图；
图2为本发明非线性轨道式协同调谐阻尼器俯视图；
图3为本发明非线性轨道式协同调谐阻尼器侧视图；
图4为内部腔体2-2剖面图；
图5为内部腔体1-1剖面图。
图中标号：1为阻尼器外部腔体单元、2为弹簧体系、3为粘性液体、4为内部腔体单元、5为缓冲材料、6为颗粒群、7为凹槽轨道。
具体实施方式
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
实施例1：如图1所示，为本发明的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，其主要包括：阻尼器外部腔体单元1、弹簧体系2、粘性液体3、内部腔体单元4、缓冲材料5和颗粒群6。
阻尼器外部腔体单元1和内部腔体单元4由钢板紧密焊接加工而成，其中外部腔体单元1的内壁，底部和可拆卸盖板以及内部腔体单元4的外侧涂以防锈涂料，避免钢板锈蚀；阻尼器外部腔体单元1的底部设有两条关于中轴线对称的凹槽轨道7；外部腔体单元1通过悬吊或支承方式与主体结构相连。内部腔体4底部设置有和凹槽轨道7相匹配的两处细长方体突出结构，使内部腔体单元4可以沿凹槽来回运动；同时内部腔体4通过弹簧体系2与外部腔体单元1的内壁相连接以调谐内部腔体单元4的运动；内外腔体之间填充有一种或多种稳定的粘性液体3，当多种液体混合时应保证它们性质稳定，不发生化学反应。内部腔体4内壁和底部覆盖有橡胶、泡沫塑料或针织棉等缓冲材料5，厚度为5mm；其中填充有颗粒群6，颗粒群6由直径分别为4mm，6mm，8mm，质量比为3:2:1的三种圆形颗粒组成，圆形颗粒可采取钢球或混凝土球中的任一种；内部腔体4和颗粒群6的质量以及弹簧体系2的相关参数（如数量，劲度系数等）应根据内部腔体与颗粒群体系的运动频率和结构基频率进行设置，使得两者频率相调谐以提高减振效率。

Claims (6)

1.一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，包括：阻尼器外部腔体单元(1)、弹簧体系(2)、粘性液体(3)、内部腔体单元(4)、缓冲材料(5)和颗粒群(6)，其特征是：阻尼器外部腔体单元(1)为长方体结构，其底部沿长度方向布置有两条凹槽轨道(7)；内部腔体单元(4)为长方体结构，其底部沿长度方向设有两条与凹槽轨道(7)结构相匹配的细长方体突出结构，通过所述细长方体突出结构使内部腔体单元(4)能够沿凹槽轨道(7)来回滑动；内部腔体单元(4)内的四周和底部均覆盖有缓冲材料(5)，内部腔体单元(4)填充有颗粒群(6)，颗粒群(6)由大小不同的圆形颗粒组成；内部腔体单元(4)沿长度方向的两侧通过弹簧体系(2)与阻尼器外部腔体单元(1)的内壁相连，阻尼器外部腔体单元(1)内填充有粘性液体(3)；在风力或/和地震作用下，内部腔体单元(4)沿凹槽轨道(7)向某一方向运动，使粘性液体(3)受到挤压，从而产生与内部腔体单元(4)运动反向的粘滞力，同时粘性液体(3)通过阻尼器外部腔体单元(1)和内部腔体单元(4)之间的狭长间隙流向另一侧，使内部腔体单元(4)的受力逐渐减小，以实现内部腔体单元(4)的来回移动，耗散阻尼器的动能；在此过程中粘性液体通过与阻尼器外部腔体单元(1)或内部腔体单元(4)之间的摩擦，以及在晃动过程中产生的动侧力同样提供了减振作用；弹簧体系(2)调谐阻尼器的自振频率，并有效减小体系的加速度；在内部腔体单元(4)中，颗粒与颗粒之间以及颗粒与内部腔体单元(4)的腔壁之间的碰撞和摩擦协同消耗振动体的能量。
2.根据权利要求1所述的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，其特征是：粘性液体(3)采取粘性系数不同的一种或多种稳定液体，多种稳定液体混合时不发生反应。
3.根据权利要求1所述的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，其特征是：内部腔体单元(4)下方的两条细长方体突出结构关于内部腔体单元(4)的中轴线对称，内部腔体单元(4)的长度为阻尼器外部腔体单元(1)的长度的30%-40%，宽度为内部腔体单元(4)放置在凹槽轨道上时前后两侧面与阻尼器外部腔体单元(1)内壁间隔分别为3-5mm，顶部与阻尼器外部腔体单元(1)盖板间隔为2-3mm。
4.根据权利要求1所述的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，其特征是：缓冲材料(5)采用橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种，以增加碰撞所耗散的能量。
5.根据权利要求1所述的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，其特征是：颗粒群(6)由三种尺寸不同的圆形颗粒组成，所述圆形颗粒是钢球或混凝土球中的任一种，圆形颗粒直径分别为4mm，6mm和8mm，三者的质量比为3:2:1。
6.根据权利要求1所述的一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，其特征是：内部腔体单元(4)和颗粒群(6)的质量，以及弹簧体系(2)的相关参数应根据内部腔体与颗粒群体系的运动频率和结构基频率进行设置，使得两者频率相调谐以提高减振效率。
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