CN106760858B - 适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统，包括结构杆件、节点连接螺栓、结构球节点、摇摆杆、局部振动控制质量块、局部振动连接弹簧、固定圈、整体振动连接弹簧、整体振动控制质量块、螺纹套筒和转动球。结构球节点与结构杆件连接，结构球节点与螺纹套筒固定连接，摇摆杆一端限制在螺纹套筒的内槽，另一端与固定圈连接，固定圈分别通过局部振动连接弹簧、整体振动连接弹簧与局部振动控制质量块、整体振动控制质量块连接。本发明能够对必须实现水平及竖向减震的大跨空间结构提供三向减震保护，最大限度地耗散输入到大跨空间结构中的地震能量，降低大跨空间结构在三个方向上的动力响应，有效保障大跨空间结构的安全。
Description
技术领域
本发明涉及减隔震设备领域，具体涉及一种适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统。
背景技术
中国地处两条主要的地震带-欧亚地震带和环太平洋地震带之间，是世界上遭受到地震危害最为严重的国家之一。历史上，在长江三角洲和珠江三角洲曾经多次发生6级以上的强震，在京津环渤海地区，近300年来，平均每44年就发生一次7级以上的大地震。随着城市化进程的加快，大量的国民财富快速的向城市及城市群地区集中。而我国三分之一以上的已建或拟建的城市群位于可能会发生7级以上大地震的地区。城市内结构、设备和馆藏文物的破坏而引起的经济损失和人员伤亡将对国家安全和社会稳定造成巨大的冲击。地震是由于地壳岩层处于复杂的应力状态中，随着地壳的不断变化，地应力的作用超过某处岩层的极限强度时，岩层就会发生突然的断裂和错动，从而引起震动，并以弹性波的形式传到地表，引起地表附近的具有一定质量的物体产生惯性力，当物体本身具有的抵抗这种惯性作用的抗震能力不足时，物体发生破坏。而当地震的卓越周期和物体的自振周期比较接近时，物体的破坏就将更加严重。通过对物体设置一定的隔震装置可以改变物体的自振周期，避开地震的卓越周期，从而显著降低作用于物体的惯性力，降低物体在地震作用下的破坏程度。
传统的减隔震技术一般分为两大类：一类是通过隔震装置的设置来延长结构的自振周期，降低上部结构的地震反应；另一类是通过在结构与基础的连接处设置耗能的装置，消耗地震对结构的能量输入，从而减小输入到结构中的地震能量，降低地震作用的破坏。目前这两种技术均取得了较好的应用。对于大跨空间结构来说，由于其受理机
理复杂，在地震过程中三个正交方向的参与度均不容忽视，因此隔震的应用非常困难。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统，通过在结构球节点上设置附加质量系统，利用附加质量块的运动耗散输入的地震动能量，从而增加大跨空间结构的抗震能力。
为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：
一种适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统，包括结构杆件、节点连接螺栓、结构球节点、摇摆杆、局部振动控制质量块、局部振动连接弹簧、固定圈、整体振动连接弹簧、整体振动控制质量块、螺纹套筒和转动球，所述结构球节点通过节点连接螺栓与结构杆件连接，所述结构球节点通过内置螺纹与螺纹套筒固定连接，所述摇摆杆一端通过转动球限制在螺纹套筒的内槽，另一端与固定圈固定连接，所述螺纹套筒的内槽、转动球与铰接组件共同构成便于摇摆杆摆动及转动的铰接机构，所述固定圈一端与局部振动连接弹簧连接，另一端与整体振动连接弹簧连接，所述局部振动连接弹簧与局部振动控制质量块连接，所述整体振动连接弹簧与整体振动控制质量块连接。
进一步地，所述固定圈与摇摆杆固定连接，即固定圈在摇摆杆上的位置固定。
进一步地，所述摇摆杆通过调整实际工作长度，实现水平整体振动的最优控制；摇摆杆的实际工作长度即摇摆杆顶端面到整体振动控制质量块下端面的长度。
进一步地，所述局部振动控制质量块通过局部振动连接弹簧与固定圈进行连接，能够调整弹簧质量系统的参数设置，实现竖向局部振动的最优控制。
进一步地，所述整体振动控制质量块通过整体振动连接弹簧与固定圈进行连接，能够调整弹簧质量系统的参数设置，实现竖向整体振动的最优控制。
进一步地，所述结构球节点沿水平方向的周部均匀连接有四根结构杆件，下部设有一根摇摆杆。
本发明的有益效果是：
本发明在实现水平减震的同时能够实现竖向减震，对必须实现水平及竖向减震的大跨空间结构提供三向减震保护，最大限度地耗散输入到大跨空间结构中的地震能量，降低大跨空间结构在三个方向上的动力响应，有效保障大跨空间结构的安全。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明三维弹簧阻尼减震系统的立体结构示意图；
图2为本发明三维弹簧阻尼减震系统的俯视结构示意图；
图3为本发明三维弹簧阻尼减震系统的主视结构示意图；
图4为本发明中结构球节点的立体结构示意图；
图5为本发明省略结构球节点后的立体结构示意图；
图6为图5结构的俯视结构示意图；
图7为图5结构省略螺纹套筒后的立体结构示意图；
图8为图7结构的俯视结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-结构杆件，2-节点连接螺栓，3-结构球节点，4-铰接机构，5-摇摆杆，6-局部振动控制质量块，7-局部振动连接弹簧，8-固定圈，9-整体振动连接弹簧，10-整体振动控制质量块，11-内置螺纹，12-螺纹套筒，13-转动球。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-8所示，本实施例为一种适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统，包括结构杆件1、节点连接螺栓2、结构球节点3、摇摆杆5、局部振动控制质量块6、局部振动连接弹簧7、固定圈8、整体振动连接弹簧9、整体振动控制质量块10、螺纹套筒12和转动球13。结构球节点3通过节点连接螺栓2与结构杆件1连接，结构球节点3通过内置螺纹11与螺纹套筒12固定连接，摇摆杆5一端通过转动球13限制在螺纹套筒12的内槽，另一端与固定圈8固定连接，螺纹套筒12的内槽、转动球13与铰接组件共同构成便于摇摆杆5摆动及转动的铰接机构4，固定圈8一端与局部振动连接弹簧7连接，另一端与整体振动连接弹簧9连接，局部振动连接弹簧7与局部振动控制质量块6连接，整体振动连接弹簧9与整体振动控制质量块10连接。
其中，结构球节点3沿水平方向的周部均匀连接有四根结构杆件1，下部设有一根摇摆杆5。
其中，固定圈8与摇摆杆5固定连接，摇摆杆5通过调整实际工作长度，实现水平整体振动的最优控制。局部振动控制质量块6通过局部振动连接弹簧7与固定圈8进行连接，能够调整弹簧质量系统的参数设置，实现竖向局部振动的最优控制。整体振动控制质量块10通过整体振动连接弹簧9与固定圈8进行连接，能够调整弹簧质量系统的参数设置，实现竖向整体振动的最优控制。
本实施例的一个具体应用为：大跨空间结构可以通过球节点内置螺纹11直接与螺纹套筒12连接，从而实现三维弹簧阻尼减震系统的安装。此减震系统在非地震状态时处于平衡位置，在地震作用发生时，水平向输入的地震能量通过局部振动控制质量块6和整体振动控制质量块10产生的附加质量的水平向摆动而耗散；竖向输入的地震能量产生的局部震动通过局部振动控制质量块6的运动而耗散，竖向输入的地震能量产生的整体震动通过整体振动控制质量块10的运动而耗散；地震发生后，结构重新达到平衡状态。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (6)
1.一种适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统装置，其特征在于：包括结构杆件、节点连接螺栓、结构球节点、摇摆杆、局部振动控制质量块、局部振动连接弹簧、固定圈、整体振动连接弹簧、整体振动控制质量块、螺纹套筒和转动球，所述结构球节点通过节点连接螺栓与结构杆件连接，所述结构球节点通过内置螺纹与螺纹套筒固定连接，所述摇摆杆一端通过转动球限制在螺纹套筒的内槽，另一端与固定圈固定连接，所述螺纹套筒的内槽、转动球与铰接组件共同构成便于摇摆杆摆动及转动的铰接机构，所述固定圈一端与局部振动连接弹簧连接，另一端与整体振动连接弹簧连接，所述局部振动连接弹簧与局部振动控制质量块连接，所述整体振动连接弹簧与整体振动控制质量块连接。
2.根据权利要求1所述的适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统装置，其特征在于：所述固定圈与摇摆杆固定连接。
3.根据权利要求1所述的适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统装置，其特征在于：所述摇摆杆通过调整实际工作长度，实现水平整体振动的最优控制。
4.根据权利要求1所述的适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统装置，其特征在于：所述局部振动控制质量块通过局部振动连接弹簧与固定圈进行连接，能够调整弹簧质量系统的参数设置，实现竖向局部振动的最优控制。
5.根据权利要求1所述的适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统装置，其特征在于：所述整体振动控制质量块通过整体振动连接弹簧与固定圈进行连接，能够调整弹簧质量系统的参数设置，实现竖向整体振动的最优控制。
6.根据权利要求1所述的适用于大跨空间结构的三维弹簧阻尼减震系统装置，其特征在于：所述结构球节点沿水平方向的周部均匀连接有四根结构杆件，下部设有一根摇摆杆。
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