CN106245970A - 一种自适应调谐质量阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种自适应调谐质量阻尼器，包括供调节质量装置、弹簧组、固定质量块、可变质量块、阻尼棒、硅油槽和控制所述自适应调谐质量阻尼器的伺服控制系统，其中：弹簧组的底端与供调节质量装置的顶部相连接，顶端与固定质量块的底部相连接，可变质量块固定设置于固定质量块的顶部，可变质量块和固定质量块的中心开有阻尼棒槽道；可变质量块和供调节质量装置的主体为可充入固体或液体的容器，可变质量块和供调节质量装置所需的质量由固体或液体充入容器内部来提供。本发明的可变质量块和供调节质量装置的质量大小可通过伺服控制系统实时调节，从而实现调谐质量阻尼器的自适应精确控制，达到良好的减振效果，同时具有安装简单、操作便捷的特点。

Description

一种自适应调谐质量阻尼器
技术领域
本发明属于土木工程技术领域，具体地讲，是涉及一种自适应调谐质量阻尼器。
背景技术
调谐质量阻尼器作为一种减振措施具有对原结构改动较小、安装简单、减振效果显著且造价低的特点，因此，在国内外土木工程结构中得到了广泛的应用，如：台北101大厦和上海环球金融中心等高耸建筑上均有使用。
通常建筑结构自身的频率在不同的使用状况下会发生变化，导致调谐质量阻尼器与建筑结构的频率不一致，影响调谐质量阻尼器的减振效果。当调谐质量阻尼器自身的特性如粘滞阻尼器的退化、弹簧锈蚀时，或当调谐质量阻尼器采用建筑结构的某一构件作为其质量块，构件质量发生变化时，都会影响调谐质量阻尼器的减振效果。另外，建筑结构在设计时的频率估计值与实际的自振频率存在一定的差异，荷载激励的不确定性激发建筑结构不同阶数的振型等因素也会影响调谐质量阻尼器的控制效果，而不良的减振控制会直接影响高层建筑的舒适度，严重时甚至影响建筑的安全性。这就要求单摆调谐质量阻尼器的频率能够随实际频率的变化而变化，但是传统的调谐质量阻尼器一经安装其频率就固定，具有对频率的调谐不敏感的缺点，无法满足实际需求。
因此，设计一种调谐质量阻尼器，能够根据建筑结构的实际频率或自身的实际使用状况实时调节自身频率至与建筑结构的频率相近，实现自适应精确控制，从而达到良好的减振效果，就具有十分重要的意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种自适应调谐质量阻尼器，以克服现有技术中的上述缺陷，能够实时调节自身频率与建筑结构的频率相近，实现自适应精确控制，从而达到良好的减振效果。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种自适应调谐质量阻尼器，包括供调节质量装置、弹簧组、固定质量块、可变质量块、阻尼棒、硅油槽和控制所述自适应调谐质量阻尼器的伺服控制系统，其中：
所述弹簧组的底端与所述供调节质量装置的顶部相连接，所述弹簧组的顶端与所述固定质量块的底部相连接，所述可变质量块固定设置于所述固定质量块的顶部，所述可变质量块和所述固定质量块的中心开有阻尼棒槽道；
所述硅油槽设置于所述供调节质量装置的顶面中心，所述阻尼棒的上端穿设于所述阻尼棒槽道内，下端插入所述硅油槽内；
所述可变质量块和供调节质量装置的主体为可充入固体或液体的容器，所述可变质量块和供调节质量装置所需的质量由固体或液体充入容器内部来提供。
所述供调节质量装置的底部具有向外的凹台面，所述伺服控制系统包括设置于所述可变质量块的顶部的第一加速度传感器，设置于所述凹台面上的第二加速度传感器，接收所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器信号的单片机系统和用于改变所述可变质量块的质量的驱动系统。
所述可变质量块的底部与所述固定质量块固定连接，所述阻尼棒的顶端通过转动螺母固定在所述可变质量块上。
进一步地，所述弹簧组由若干根弹簧组成，竖向支撑上部的所述可变质量块和固定质量块。
进一步地，所述固体为沙、矿石中的任何一种。
进一步地，所述液体为水、油、盐液中的任何一种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
本发明的自适应调谐质量阻尼器，可变质量块和供调节质量装置的质量可通过伺服控制系统进行实时调节，从而能够实时调节调谐质量阻尼器的频率至与建筑结构的频率附近，实现调谐质量阻尼器的自适应精确控制，达到良好的减振效果，同时具有安装简单、操作便捷的特点。
附图说明
图1是本发明的自适应调谐质量阻尼器主视图。
图2是本发明的自适应调谐质量阻尼器俯视图。
图3是图2的A-A剖面图。
图中标号：1-可变质量块、2-固定质量块、3-弹簧组、4-阻尼棒、5-阻尼棒槽道、6-单片机系统、7-驱动系统、8-第一加速度传感器、9-第二加速度传感器、10-供调节质量装置、11-硅油槽、12-转动螺母、13-伺服控制系统、14-凹台面。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明。
如图1至图3所示，本发明的自适应调谐质量阻尼器，包括供调节质量装置10、弹簧组3、固定质量块2、可变质量块1、阻尼棒4、硅油槽11和控制所述自适应调谐质量阻尼器的伺服控制系统13，其中：
所述弹簧组3的底端与所述供调节质量装置10的顶部相连接，所述弹簧组3的顶端与所述固定质量块2的底部相连接，所述可变质量块1固定设置于所述固定质量块2的顶部，所述可变质量块1和所述固定质量块2的中心开有阻尼棒槽道5；
所述硅油槽11设置于所述供调节质量装置10的顶面中心，所述阻尼棒4的上端穿设于所述阻尼棒槽道5内，下端插入所述硅油槽11内；当所述可变质量块1和固定质量块2做竖向振动时，所述阻尼棒4在所述硅油槽11内发生相对运动，通过所述阻尼棒4与硅油之间的摩擦提供阻尼，帮助耗能，从而实现减振。
所述可变质量块1和供调节质量装置10的主体为可充入固体或液体的容器，所述可变质量块1和供调节质量装置10所需的质量由固体(例如：沙子、矿石)或液体(例如：水、油或盐液)充入容器内部来提供。
所述供调节质量装置10的底部具有向外的凹台面14，所述伺服控制系统13包括设置于所述可变质量块1的顶部的第一加速度传感器8，设置于所述凹台面14上的第二加速度传感器9，接收所述第一加速度传感器8和所述第二加速度传感器9信号的单片机系统6和用于改变所述可变质量块1的质量的驱动系统7。
所述可变质量块1的底部与所述固定质量块2固定连接，所述阻尼棒4的顶端通过转动螺母12固定在所述可变质量块1上。
进一步地，由图2所示，所述弹簧组3由4根弹簧组成，竖向支撑上部的所述可变质量块1和固定质量块2，所述弹簧组3的弹簧根数、材料、几何参数等分别根据实际刚度需要来确定。
进一步地，所述可变质量块1、固定质量块2和供调节质量装置10的材料、形状、几何参数等分别根据实际建筑结构的质量和调幅范围需要来确定。
进一步地，所述硅油槽11的尺寸以及硅油液面的高度，阻尼棒4的尺寸等根据实际建筑结构，通过设计或实验获得。
进一步地，所述驱动系统7的具体形式由可变质量的形式和调幅范围需要来确定。
结合上述的自适应调谐质量阻尼器的具体结构和附图，本发明的使用方法如下：
1)、安装本发明自适应调谐质量阻尼器，往供调节质量装置10中加入适量的固体或液体，使所述供调节质量装置10达到一定的质量；往所述可变质量块1的内部加入适量的固体或液体，调节自适应调谐质量阻尼器的频率至与建筑结构的频率接近。
2)、当自适应调谐质量阻尼器的频率与建筑结构的频率不一致时，所述第一加速度传感器8和第二加速度传感器9分别检测阻尼器的竖向加速度，所述单片机系统6接收来自建筑结构及所述第一加速度传感器8和所述第二加速度传感器9的信号，经过分析处理后控制驱动系统7动作，从所述供调节质量装置10内抽出一部分固体或液体至可变质量块1内，或者从所述可变质量块1内抽出一部分固体或液体至所述供调节质量装置10内，直至达到所述单片机系统6中预设的可变质量块1加速度和固定质量块2加速度的比值要求时停止调节，此时阻尼器自振频率在建筑结构频率附近，从而实现所述可变质量块1的质量的实时控制，进而实现自适应调谐质量阻尼器频率的实时控制。
以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对该实用进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims (6)

1.一种自适应调谐质量阻尼器，其特征在于，包括供调节质量装置、弹簧组、固定质量块、可变质量块、阻尼棒、硅油槽和控制所述自适应调谐质量阻尼器的伺服控制系统，其中：
所述弹簧组的底端与所述供调节质量装置的顶部相连接，所述弹簧组的顶端与所述固定质量块的底部相连接，所述可变质量块固定设置于所述固定质量块的顶部，所述可变质量块和所述固定质量块的中心开有阻尼棒槽道；
所述硅油槽设置于所述供调节质量装置的顶面中心，所述阻尼棒的上端穿设于所述阻尼棒槽道内，下端插入所述硅油槽内；
所述可变质量块和供调节质量装置的主体为可充入固体或液体的容器，所述可变质量块和供调节质量装置所需的质量由固体或液体充入容器内部来提供。
2.如权利要求1所述的自适应调谐质量阻尼器，其特征在于，所述供调节质量装置的底部具有向外的凹台面，所述伺服控制系统包括设置于所述可变质量块的顶部的第一加速度传感器，设置于所述凹台面上的第二加速度传感器，接收所述第一加速度传感器和所述第二加速度传感器信号的单片机系统和用于改变所述可变质量块的质量的驱动系统。
3.如权利要求1所述的自适应调谐质量阻尼器，其特征在于，所述可变质量块的底部与所述固定质量块固定连接，所述阻尼棒的顶端通过转动螺母固定在所述可变质量块上。
4.如权利要求1所述的自适应调谐质量阻尼器，其特征在于，所述弹簧组由若干根弹簧组成，竖向支撑上部的所述可变质量块和固定质量块。
5.如权利要求1所述的自适应调谐质量阻尼器，其特征在于，所述固体为沙、矿石中的任何一种。
6.如权利要求1所述的自适应调谐质量阻尼器，其特征在于，所述液体为水、油、盐液中的任何一种。
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