CN106401004B - 一种多向滚动式减振阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多向滚动式减振阻尼器，包括套装在一起的金属内箱体和外箱体，在所述的内箱体外壁与外箱体内壁之间通过竖向导轨连接，所述内箱体的底部通过弹性减振组件与外箱体固定连接；在所述的内箱体内壁与质量块外壁之间通过所述的形状记忆合金耗能弹簧连接，所述内箱体内部设置有若干个可滚动的金属球，所述的金属球放置在内箱体的球形凹槽内，在所述的金属球的顶部设置有一个质量块，所述的质量块与所述金属球接触相连，能在所述的内箱体内部任意方向滑动，并能引起所述的形状记忆合金耗能弹簧变形，从而在水平方向上起到耗能减振的作用；竖直方向的能量通过内箱体的上下滑动来消耗，进而起到多向耗能减振作用。

Description

一种多向滚动式减振阻尼器

技术领域

本发明属于大跨度空间结构的减振控制范畴，具体涉及一种多向滚动式减振阻尼器。

背景技术

近年来，随着科学技术的进步以及施工技术的发展，建筑产业进入了快速发展的阶段，建筑结构朝着柔性化、高耸化的方向发展。高耸的建筑结构由于其结构形式的复杂性，在地震或风荷载的作用下结构动力反应强烈。如何减少建筑物的动力响应，使建筑物兼具安全美观的基本要求，受到越来越多的关注。

传统抗震结构体系实际上是依靠结构及承重构件的损坏消耗大部分输入能量，该方法往往导致结构构件严重破坏甚至倒塌，这在一定程度上是不合理也是不安全的，是一种消极被动的抗震方法。为了克服传统抗震方法的缺陷，结构振动控制技术逐渐发展起来，并被认为是减轻结构振动反应的有效手段，研究表明：减振控制措施可以有效减小高耸结构在地震或风荷载等动荷载作用下的响应，显著提高结构的防灾能力。

调谐质量阻尼器是一种由弹簧、阻尼器和质量块组成的振动控制系统。其工作原理：结构在外部激励下产生振动，带动调谐质量阻尼器系统一起振动，调谐质量阻尼器系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，通过调谐这个惯性力实现对结构的振动控制。

目前常见的减振控制装置只能控制某一个方向或者是某几个特定方向的振动，而考虑到地震或风荷载作用方向的多维性以及结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求。

发明内容

本发明目的是提供一种多向滚动式减振阻尼器，旨在减小建筑结构(尤其是高层建筑或高耸结构等)在风荷载或地震作用下的振动反应，达到耗能减振的效果；本发明中采用了可在水平方向滑动的质量块与可在竖直方向滑动的内箱体，该装置可在水平与竖直两个方向自由移动，消耗能量，减小水平与竖直两个方向的振动，从而更好地消耗结构振动的能量，起到多向耗能减振的效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

多向滚动式减振阻尼器，包括套装在一起的且形状为圆柱形的金属内箱体和外箱体，所述的内箱体外壁能沿着外箱体内壁在竖直方向上上下滑动，所述内箱体的底部通过弹性减振组件与外箱体固定连接，所述内箱体和弹性减振组件构成调谐质量阻尼器结构，实现竖直方向上的耗能减振作用；所述内箱体内设置一个质量块，所述的质量块的侧面通过多个弹簧与内箱体的内壁相连；质量块的底部放置在若干个金属球上，所述的金属球放置在内箱体的球形凹槽内；所述的质量块能在所述的内箱体内部任意方向滑动，并能引起形状记忆合金耗能弹簧变形，消耗能量，实现水平方向上的耗能减振作用，起到多向耗能减振作用。

进一步的，所述的内箱体和外箱体为圆柱形的筒状结构，且两者同轴安装。

进一步的，所述的弹簧沿着质量块和内箱体的圆周方向设置，弹簧在圆周方向上均匀分布，弹簧数量根据实际需要具体设计。

进一步的，所述的金属球绕内箱体的中心轴线设置有多个，多个金属球围成一圈且在圆周方向上均匀分布。

进一步的，所述质量块为一个圆柱形，其底部通过若干个可滑动金属球与内箱体相接触，摩擦力应尽量小，便于质量块在外部激励下自由滑动。

进一步的，所述质量块与金属球相接触的部分刷涂有润滑油。

进一步的，所述质量块的侧面通过形状记忆合金耗能弹簧与内箱体相连接，随着形状记忆合金耗能弹簧的伸长与缩短，消耗水平的方向能量。

进一步的，所述弹性组件包括弹簧组与阻尼器组，弹簧组包括多个弹簧，每个弹簧的上端均与内箱体固定连接，弹簧的下端与外箱体固定连接，弹簧刚度及数量根据实际需要进行设计，应尽量保证竖向刚度与被控结构一致，从而达到较好的减振效果；所述的阻尼器组包括多个液体粘滞器，每个阻尼器的上端均与内箱体固定连接，阻尼器的下端与外箱体固定连接。

进一步的，所述内箱体的外壁设置有滑块，外箱体的内壁设有与所述滑块相适配的竖向导轨；所述的滑块沿着所述的竖向导轨来回滑动。

进一步的，所述滑块与竖向导轨相接触的部分刷涂有润滑油。

进一步的，所述的内箱体和弹性减振组件构成调谐质量阻尼器结构，调谐质量阻尼器结构的频率由内箱体与质量块的质量控制，根据被控结构的频率设计质量块及内箱体质量。

进一步的，所述外箱体及内箱体均为金属材质，所述外箱体及内箱体均为圆筒状结构。

进一步的，所述弹簧和液体粘滞阻尼器为间隔设置。

本发明应当固定于大跨度空间结构顶部。金属球允许质量块沿着任意水平方向运动，竖直导轨允许内箱体沿竖直方向运动，通过质量块的滑动以及形状记忆合金弹簧的伸长与缩短，减小被控结构的振动反应，达到多向耗能减振的效果；该装置可以通过调节内箱体或者质量块的质量来保证减振器的频率与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：该减振装置通过设置可滑动的质量块，使其在滑动过程中引起形状记忆合金耗能弹簧的变形，减缓水平方向的能量；内箱体、弹簧和粘滞阻尼器组成了竖向的调谐质量阻尼器，消耗竖直方向的能量，进而达到多向消耗能量的目的，提高减振效果；该减振装置具有构造简单、价格低廉、便于安装的特点。

附图说明

图1是多向滚动式减振阻尼器的主视图。

图2是多向滚动式减振阻尼器A-A剖面图。

图中：1质量块，2形状记忆合金耗能弹簧，3可滚动的金属球，4弹簧，5液体粘滞阻尼器，6内箱体，7竖向导轨，8滑块，9外箱体。

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。

本发明提出的多向滚动式减振阻尼器如图1，图2所示，包括套装在一起的金属内箱体6和外箱体9，在所述的内箱体6外壁与外箱体9内壁之间通过竖向导轨7滑动连接，所述内箱体6的底部通过弹性减振组件与外箱体9固定连接；所述的金属球5放置在内箱体的球形凹槽内，在所述的金属球5的顶部设置有一个可滑动的质量块1，质量块1能在所述的内箱体内部任意方向滑动，并能引起形状记忆合金耗能弹簧2的变形，从而在水平方向上起到耗能减振的作用；所述内箱体6的外壁设置有四个滑块8，外箱体9的内壁设置有与所述四个滑块8相适配的四个竖向导轨7,以便于内箱体6上下滑动，且能防止内箱体6摆动，在长时间使用后应当在导轨内刷涂润滑油，保证竖向滑动的正常进行。通过内箱体6的上下滑动，可以很好的消耗竖直方向的能量，起到多向耗能减振作用。

该装置由可竖向滑动的内箱体与可水平滑动的质量块共同组成。水平方向耗能减振器，是由一个可滑动质量块1、可滚动金属球3，若干根形状记忆合金弹簧2组成；竖直方向减振器，是由弹簧4，液体粘滞阻尼器5，内箱体6，竖向导轨7，滑块8以及外部金属箱体9构成。

本发明在使用时，应当固定于大跨度空间结构顶部。金属球允许质量块沿着任意水平方向运动，竖直导轨允许内箱体沿竖直方向运动，通过质量块的滑动以及形状记忆合金弹簧的伸长与缩短，减小被控结构的振动反应，达到多向耗能减振的效果；该装置可以通过调节内箱体或者质量块的质量来保证减振器的频率与结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

进一步的，质量块1底部通过若干个可滑动金属球3与内箱体6相接触，摩擦力应尽量小，便于在外部激励下质量块可以自由滑动。

进一步的，内箱体6和外箱体9为圆柱形的筒状结构，且两者同轴安装。

进一步的，弹簧2沿着质量块和内箱体6的圆周方向均匀设置，弹簧刚度及数量根据具体需求进行设置。

进一步的，金属球3绕内箱体6的中心轴线设置有多个，多个金属球围成一圈且在圆周方向上均匀分布。

进一步的，可滑动质量块1在侧壁通过形状记忆合金耗能弹簧2与内箱体6相连接，随着形状记忆合金耗能弹簧的伸长与缩短，消耗水平方向的能量。

进一步的，所述内箱体6的外壁设置有四个滑块8，外箱体的内壁设有与所述滑块相适配的竖向导轨7，便于内箱体的上下滑动，从而消耗竖向能量。

进一步的，所述弹性组件包括弹簧4与液体粘滞阻尼器5，弹簧与阻尼器的上端与内箱体外壁固定连接，弹簧与阻尼器的下端与外箱体内壁固定连接。

进一步的，内箱体6和弹性减振组件构成调谐质量阻尼器结构，阻尼器的频率由内箱体与质量块的质量控制，根据被控结构的频率设计质量块及内箱体质量。

进一步的，所述弹簧4和液体粘滞阻尼器5为间隔设置，便于均匀消耗竖向能量。

进一步的，所述外箱体9及内箱体6均为金属材质，外箱体9及内箱体6均为圆筒状结构，金属材质，强度高、耐腐蚀且易于加工实现。

具体的，外部容器箱9安装于结构的顶部，内箱体6外壁与外箱体9内壁之间通过竖向导轨7滑动连接，所述内箱体6的底部通过弹性减振组件与外箱体9固定连接；所述的金属球5放置在内箱体的球形凹槽内，在所述的金属球5的顶部设置有一个可滑动的质量块1，质量块1能在所述的内箱体内部任意方向滑动，并能引起形状记忆合金耗能弹簧2的变形，从而在水平方向上起到耗能减振的作用；

内箱体6的外壁设置有四个滑块8，外箱体9的内壁设置有与所述四个滑块8相适配的四个竖向导轨7,以便于内箱体6上下滑动，且能防止内箱体6摆动，在长时间使用后应当在导轨内刷涂润滑油，保证竖向滑动的正常进行。通过内箱体6的上下滑动，可以很好的消耗竖直方向的能量，起到多向耗能减振作用。

本实施方案中，应当根据结构的具体情况确定多向滚动式减振阻尼器的安装位置和数量，以达到最佳的减振效果。

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 (5)

1.多向滚动式减振阻尼器，其特征在于，包括套装在一起的且形状为圆柱形的金属内箱体和外箱体，所述的内箱体外壁能沿着外箱体内壁在竖直方向上上下滑动，所述内箱体的底部通过弹性减振组件与外箱体固定连接，所述内箱体和弹性减振组件构成调谐质量阻尼器结构，实现竖直方向上的耗能减振作用；所述内箱体内设置一个质量块，所述质量块为一个圆柱形；所述质量块的侧面通过形状记忆合金耗能弹簧与内箱体相连接，随着形状记忆合金耗能弹簧的伸长与缩短，消耗水平的方向能量；所述的弹簧沿着质量块和内箱体的圆周方向设置，弹簧在圆周方向上均匀分布；质量块的底部放置在若干个金属球上，所述的金属球放置在内箱体的球形凹槽内；所述的金属球绕内箱体的中心轴线设置有多个，多个金属球围成一圈且在圆周方向上均匀分布；所述内箱体的外壁设置有滑块，外箱体的内壁设有与所述滑块相适配的竖向导轨；所述的滑块沿着所述的竖向导轨来回滑动；所述的质量块能在所述的内箱体内部任意方向滑动，并能引起形状记忆合金耗能弹簧变形，消耗能量，实现水平方向上的耗能减振作用，起到多向耗能减振作用。

2.如权利要求1所述的多向滚动式减振阻尼器，其特征在于，所述弹性减振组件包括弹簧组与阻尼器组，弹簧组包括多个弹簧，每个弹簧的上端均与内箱体固定连接，每个弹簧的下端与外箱体固定连接，阻尼器组包括多个液体粘滞器，每个阻尼器的上端均与内箱体固定连接，阻尼器的下端与外箱体固定连接。

3.如权利要求2所述的多向滚动式减振阻尼器，其特征在于，所述弹簧和液体粘滞器为间隔设置。

4.如权利要求1所述的多向滚动式减振阻尼器，其特征在于，所述内箱体和弹性减振组件构成调谐质量阻尼器结构，调谐质量阻尼器结构的频率由内箱体与质量块的质量控制，根据被控结构的频率设计质量块及内箱体质量。

5.如权利要求1所述的多向滚动式减振阻尼器，其特征在于，所述的质量块与金属球相接触的部分刷涂有润滑油。