CN106930425B - 悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器 - Google Patents
悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，包括阻尼器腔体单元、缓冲材料、嵌套型颗粒群和内部液体。阻尼器腔体单元为一个或若干个，嵌套型颗粒群由圆若干个双层嵌套的悬浮球组成，大小球之间用弹簧固定连接，小球内部都由空气和颗粒物所填充。通过调节空气和颗粒物的比例来使之悬浮，并作为一个相对独立的微小阻尼器。阻尼器腔体单元内部充满液体，其内壁和底部铺设有缓冲材料。在风或/和地震的作用下，通过颗粒单元体内部颗粒与颗粒、颗粒单元群与腔体单元内壁、颗粒单元群与内部液体之间的不断相互碰撞和摩擦，以及液体不断晃荡来吸收并耗散地震的能量。颗粒单元群的悬浮状态可以提高颗粒间的碰撞效率和内部液体的晃荡频率，缓冲材料的引入可以提高阻尼器的阻尼能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，在一个或多个充满液体的阻尼器单元内部悬浮多个内置颗粒物的球组成的颗粒群，通过嵌套型颗粒群之间的碰撞、摩擦，大小球之间的弹簧振动和内部液体的不断晃荡来吸收并耗散地震的能量，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。
背景技术
近年来，随着高层建筑的迅速发展，其地震震动、风振振动问题得到了广泛的关注与研究。其中，通过颗粒—结构、颗粒—颗粒之间的非弹性碰撞与摩擦来实现动量交换及结构能量耗散的颗粒阻尼器，具有对原系统改动小、可靠度高、耐久性好、对温度变化不敏感、易于用在恶劣环境等优点，受到了广大土木工程研究人员的重视。
然而，目前常见的颗粒阻尼器仍存在着一定的不足：首先，传统的颗粒阻尼器内颗粒堆叠在一起，这样大大减小了颗粒的碰撞效率，减振效果不佳；其次，由于颗粒阻尼器需要的起振力大，起振点高，对起振点以下的激励减振效果不明显。此外，颗粒阻尼器在工作时会产生较大的噪声，而噪声的产生与颗粒的数量及质量密切相关。因此，在现有颗粒阻尼器的基础上加以改进，采用内置颗粒物并弹性连接的大小球作为颗粒群，悬浮在阻尼器的内部液体中，可以有效分散悬浮球，起到增大碰撞效率和内部液体的晃荡频率的效果。同时，内部液体的包裹可以吸收一定的碰撞噪声，内部液体的晃荡也可以解决颗粒阻尼器起振点低的问题，这对于实际工程的减震控制有着重大的意义。
发明内容
为了解决传统颗粒阻尼器碰撞效率低、起振点低，以及工作中产生较大的噪声的问题，本发明的目的在于提出一种悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，该装置在发挥传统颗粒阻尼器的优势的基础上加以改进，即在一个或多个充满液体的阻尼器腔体内部，放置多个双层嵌套的悬浮球，同时附加缓冲材料。本阻尼器构造简单、消能减震效果好。在风或/和地震的作用下，通过颗粒单元体内部颗粒与颗粒、颗粒单元群与腔体单元内壁、颗粒单元群与内部液体之间的不断相互碰撞和摩擦，以及液体不断晃荡来吸收并耗散地震的能量。颗粒单元群的悬浮状态可以提高颗粒间的碰撞效率和内部液体的晃荡频率，颗粒单元体内部大小球之间的弹簧以及颗粒单元体内部的颗粒物之间发生的二次碰撞也可以增加能量的耗散。同时，缓冲材料的引入可以提高阻尼器的阻尼能力。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。
一种悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，包括阻尼器腔体单元1、嵌套型颗粒群2、内部液体3和缓冲材料4，其中：阻尼器腔体单元1为长方体或圆柱体结构；阻尼器腔体单元1内部被内部液体3填充满，阻尼器腔体单元1的内壁和底部铺设有缓冲材料4；阻尼器腔体单元1中的内部液体3中悬浮有若干嵌套型颗粒群2；所述嵌套型颗粒群2由相同的双层嵌套的悬浮球组成，所述悬浮球由大球和小球组成，大球套于小球外，且大球和小球之间通过弹簧固定连接，小球内部由空气和颗粒物所填充；在风或/和地震的作用下，通过嵌套型颗粒群2之间的碰撞、摩擦，和内部液体3的不断晃荡来吸收并耗散地震的能量；悬浮球中小球内的颗粒物发生的二次碰撞以及嵌套型颗粒群2的悬浮状态可以提高颗粒群的碰撞效率和内部液体3的晃荡频率。
本发明中，所述悬浮球的大球和小球的材质与小球内部颗粒物的材料均为钢材、混凝土、玻璃、石灰石、硅胶或陶瓷中的任意一种或多种；悬浮球的大球直径为80mm-110mm，小球直径为20mm-50mm，大球内部填充物的体积与质量应使悬浮球恰好悬浮；嵌套型颗粒群2在水平面的投影面积为阻尼器腔体单元1水平面积的30%-70%，嵌套型颗粒群2的体积为阻尼器腔体单元1体积的5%-20%。
本发明中，所述内部液体3包括水、甘油、油和酒精或其他液体材料。
本发明中，所述缓冲材料4包括橡胶、泡沫塑料、记忆合金或针织棉或其他缓冲材料。
本发明中，若干个悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器可以组合使用，悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器水平或竖直设置。
本发明中，阻尼器腔体单元1为长方体或圆柱体结构。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1）本发明中由内置颗粒物的双层嵌套悬浮球代替传统的颗粒，与传统颗粒阻尼器相比，颗粒之间的碰撞更激烈，碰撞效率更高。
2）本发明中的嵌套颗粒群悬浮在阻尼器腔体单元的内部液体中，有效降低了阻尼器在工作时产生的噪音，并降低了阻尼器的起振点，使之可以在低频率的振动中更好的工作。也增大了内部液体的晃荡频率。
3）本发明的阻尼器腔体单元构造简单，可以放在结构体的任意单元。放在结构物的顶部，可以作为蓄水池等功能利用。且布置位置灵活，适用于不同方向的地震作用，达到了更好的减震效果。
附图说明
图1为本发明悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器正立面图；
图2为本发明悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器侧立面图；
图3为本发明悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器俯视图。
图4为本发明悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器中的双层嵌套颗粒单元体的正视图。
图中标号：1为阻尼器腔体单元，2为嵌套颗粒群，3为内部液体，4为缓冲材料，5为弹簧，6为内颗粒物。
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，为本发明的一种悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器实施例，其主要包括阻尼器腔体单元1、在内部液体中悬浮的嵌套颗粒群2、内部液体3和缓冲材料4。
阻尼器腔体单元1是由5mm-10mm厚的钢板焊接而成的长方体或圆柱体形的空腔，通过一定的方式与结构固定。阻尼器腔体单元1充满着内部液体3（比如水、甘油、油或酒精）。嵌套型颗粒群2由双层嵌套的悬浮球所组成，组成所述悬浮球的大小球的外部材料与内部颗粒物的材料为钢材、混凝土、玻璃、石灰石、硅胶或陶瓷中的任意一种或多种。悬浮球的大球直径80mm-110mm，小球直径为20mm-50mm，大小球之间通过弹簧固定连接，小球的内部填充物的体积与质量应使悬浮球恰好悬浮（通过一定的分析求解就可以求得）。嵌套型颗粒群2在水平面的投影面积为阻尼器腔体单元1水平面积的30%-70%，嵌套型颗粒群2的体积为阻尼器腔体单元1体积的5%-20%。阻尼器腔体单元1内壁和底部上贴上缓冲材料4（比如5mm厚的橡胶、泡沫塑料或针织棉）。
Claims (5)
1.一种悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，包括阻尼器腔体单元（1）、嵌套型颗粒群（2）、内部液体（3）和缓冲材料（4），其特征在于：阻尼器腔体单元（1）为长方体或圆柱体结构；阻尼器腔体单元（1）内部被内部液体（3）填充满，阻尼器腔体单元（1）的内壁和底部铺设有缓冲材料（4）；阻尼器腔体单元（1）中的内部液体（3）中悬浮有若干嵌套型颗粒群（2）；所述嵌套型颗粒群（2）由相同的双层嵌套的悬浮球组成，所述悬浮球由大球和小球组成，大球套于小球外，且大球和小球之间通过弹簧固定连接，小球内部由空气和颗粒物所填充；在风或/和地震的作用下，通过嵌套型颗粒群（2）之间的碰撞、摩擦，和内部液体（3）的不断晃荡来吸收并耗散地震的能量；悬浮球中小球内的颗粒物发生的二次碰撞以及嵌套型颗粒群（2）的悬浮状态提高颗粒群的碰撞效率和内部液体（3）的晃荡频率。
2.根据权利要求1所述的悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，其特征在于：所述悬浮球的大球和小球的材质与小球内部颗粒物的材料均为钢材、混凝土、玻璃、石灰石、硅胶或陶瓷中的任意一种或多种；悬浮球的大球直径为80mm-110mm，小球直径为20mm-50mm，大球内部填充物的体积与质量应使悬浮球恰好悬浮；嵌套型颗粒群（2）在水平面的投影面积为阻尼器腔体单元（1）水平面积的30%-70%，嵌套型颗粒群（2）的体积为阻尼器腔体单元（1）体积的5%-20%。
3.根据权利要求1所述的悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，其特征在于：所述内部液体（3）包括水、甘油、油或酒精中任一种。
4.根据权利要求1所述的悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，其特征在于：所述缓冲材料（4）包括橡胶、泡沫塑料、记忆合金或针织棉中任一种。
5.根据权利要求1所述的悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器，其特征在于：若干个悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器组合使用，悬浮嵌套型调谐液体颗粒阻尼器水平或竖直设置。
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