CN106013490A - 一种抗倒塌颗粒型阻尼梁 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种抗倒塌颗粒型阻尼梁，包括梁外壳、颗粒、智能材料包裹层、密封层和真空泵。梁外壳一端预留空腔，用密封层密封，空腔内充入颗粒材料，颗粒材料表面包裹智能材料包裹层，颗粒外表包裹智能材料包裹层，限制了颗粒的移动，使得颗粒之间压力的控制可以实现，通过调整所加的压力，可实现对结构振动的控制。本发明的耗能机制与传统颗粒阻尼器依靠颗粒碰撞耗能不同，低压状态下，颗粒材料由智能材料紧紧包裹，由于材料的压缩，颗粒之间的接触力开始增加，达到填满状态。粒子的相互作用可以被削弱或加强，这取决于压力的水平，通过颗粒和颗粒包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形等进行耗能，主将振动系统的应变能转化为动能，然后通过耗能装置的变形将系统的动能也消耗掉，从而保护主体结构，提升其抗倒塌能力。

Description

一种抗倒塌颗粒型阻尼梁
技术领域
本发明涉及一种抗倒塌颗粒型阻尼梁，在属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制、抗倒塌领域。
背景技术
颗粒阻尼器（Particle Dampers）作为一种附加质量被动阻尼器，其原理是利用颗粒间摩擦与冲击作用消耗系统振动能量，具有耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感，可用于恶劣环境等优点，且颗粒阻尼器的阻尼作用并不受方向限制，这些优点为颗粒阻尼器在工程实践中的广泛应用提供了可能。
多年来颗粒阻尼器在文献中已经被广泛研究，但是大多数的方案缺乏调整阻尼参数的具体方式，这是因为颗粒材料是以一种完全被动的方式使用，其减少振动的方式是通过颗粒碰撞进行耗能。通过将颗粒阻尼器置于振荡悬臂梁的顶端，可以减轻梁的振动。本发明中将大体积材料填充在梁或板里的预先准备的腔内，而不是将颗粒置于人工附加容器的内部，颗粒材料由一个弹性包裹层覆盖，这限制了颗粒的移动，同时使得颗粒之间的压力可以控制。本发明的耗能机制与传统颗粒阻尼器依靠颗粒碰撞耗能不同，低压状态下，颗粒材料由智能材料紧紧包裹，由于材料的压缩，颗粒之间的接触力开始增加，达到填满状态。颗粒间的相互作用可以被削弱或加强，这取决于压力的水平，通过颗粒和颗粒包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形等进行耗能，主要目的是将振动系统的应变能转化为动能，然后通过耗能装置的变形将系统的动能也消耗掉。
本发明在传统颗粒阻尼器的基础上进行改造，实现新形式的耗能，概念简单、效率高，除了阻尼梁，其他轻量、高效的颗粒阻尼构件很方便地加工成不规则的形状，具有一定的工程实用价值。
发明内容
为了克服传统颗粒阻尼器只能人工附加在结构上的问题，本发明的目的在于提供一种抗倒塌颗粒型阻尼梁，该装置在传统颗粒阻尼器的基础上加以改进，在梁的一端预留空腔，用密封层密封，空腔内充入大量颗粒材料，颗粒材料表面包裹智能材料包裹层。与传统颗粒型阻尼器不同，本发明中的颗粒外表包裹智能材料包裹层，这限制了颗粒的移动，同时使得颗粒之间压力的控制可以实现，本装置通过颗粒和颗粒包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形等进行耗能，主要目的是将振动系统的应变能转化为动能，然后通过耗能装置的变形将系统的动能也消耗掉，从而提高结构耗能能力及抗倒塌能力。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种抗倒塌颗粒型阻尼梁，包括梁外壳、颗粒、智能材料包裹层、密封层和真空泵，梁外壳由铝片组成，其一端内预有空腔，空腔的上周与梁外壳内壁接触，空腔的两端采用密封层密封，空腔内填充有颗粒，所述颗粒表面包裹有智能材料包裹层，真空泵连接空腔的一端，用于调整空腔内的压力；通过颗粒和智能材料包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形等进行耗能，将振动系统的应变能转化为动能，然后通过振动系统的变形将阻尼梁的动能也消耗掉。
本发明中，所述颗粒由若干圆形或形状不规则的颗粒组成，所述颗粒材料为金属、混凝土、玻璃或陶瓷中的任一种或多种。
本发明中，所述智能材料包裹层指的是可塑形液晶弹性体材料，这限制了颗粒的移动，同时使得颗粒之间压力的控制可以实现，通过真空泵调整所加的压力，可以实现对结构振动的控制。
本发明的有益效果是，本发明中的颗粒外表包裹智能材料包裹层，这限制了颗粒的移动，同时使得颗粒之间压力的控制可以实现，通过调整所加的压力，可以实现对结构振动的控制。本发明的耗能机制与传统颗粒阻尼器依靠颗粒碰撞耗能不同，低压状态下，颗粒材料由智能材料紧紧包裹，由于材料的压缩，颗粒之间的接触力开始增加，达到填满状态。粒子的相互作用可以被削弱或加强，这取决于压力的水平，通过颗粒和颗粒包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形等进行耗能，主要目的是将振动系统的应变能转化为动能，然后通过耗能装置的变形将系统的动能也消耗掉。
附图说明
图1为本发明示意图；
图2为本发明立体示意图；
图3为实施例１中恒定内压和变化内压下的位移时程曲线，实线是变化内压，虚线是恒定内压。
图中标号：1. 梁外壳，2. 颗粒，3. 智能材料包裹层，4. 密封层，5. 真空泵。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
实施例1
一种抗倒塌颗粒型阻尼梁包括梁外壳1、颗粒2、智能材料包裹层3、密封层4、真空泵5。
梁外壳1由铝片组成，在其一端预留空腔，用密封层4密封，空腔内充入大量颗粒2材料，颗粒2材料表面包裹智能材料包裹层3，真空泵5用于调整腔内压力。本发明中的颗粒外表包裹智能材料包裹层3，这限制了颗粒的移动，通过真空泵5调整所加的压力，使得颗粒之间压力的控制可以实现，可以实现对结构振动的控制。本装置通过颗粒和颗粒包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形等进行耗能，主要目的是将振动系统的应变能转化为动能，然后通过耗能装置的变形将系统的动能也消耗掉。
该实施例的梁试验的初步结果显示：颗粒结构十分适用于本发明。压力在0到0.07MPa之间周期性的变化。控制装置会在位移最大处启动，此时ｘ=0，因此，在此处动能为零。当梁到达平衡位置时，控制装置暂停。图3是变化压力下和恒定压力下（0.07MPa）梁的位移反应对比图。可见变化压力下的响应能大大减小。
适当调整压力控制信号，结构的耗能能力会得到进一步提高，从而实现控制结构振动、提高结构抗倒塌能力的目的。基本上本装置的耗能能力相比传统的梁能提高30%-40%。

Claims (3)

1.一种抗倒塌颗粒型阻尼梁，其特征在于包括梁外壳、颗粒、智能材料包裹层、密封层和真空泵，梁外壳由铝片组成，其一端内预有空腔，空腔的上周与梁外壳内壁接触，空腔的两端采用密封层密封，空腔内填充有颗粒，所述颗粒表面包裹有智能材料包裹层，真空泵连接空腔的一端，用于调整空腔内的压力；通过颗粒和智能材料包裹层之间的摩擦与滑动及局部变形进行耗能，将振动系统的应变能转化为动能，然后通过振动系统的变形将阻尼梁的动能也消耗掉，从而保护主体结构，提升其抗倒塌能力。
2.根据权利要求１所述的抗倒塌颗粒型阻尼梁，其特征在于，所述颗粒由若干圆形或形状不规则的颗粒组成，所述颗粒材料为金属、混凝土、玻璃或陶瓷中的任一种或多种。
3.根据权利要求１所述的抗倒塌颗粒型阻尼梁，其特征在于，所述智能材料包裹层指的是可塑形液晶弹性体材料。
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