CN107119957A - 一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调谐质量阻尼器技术，具体为一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，包括安装框，与设于安装框中的上部质量块、横向钢丝绳阻尼机构、下部质量块、以及竖向钢丝绳阻尼机构；横向钢丝绳阻尼机构分设于上部质量块的四个侧面，包括横向第一钢丝绳阻尼器；横向第一钢丝绳阻尼器的一端安装于上部质量块的一侧面，另一端连接于安装框的内侧壁；竖向钢丝绳阻尼机构包括若干个沿竖向布置的竖向第一钢丝绳阻尼器，竖向第一钢丝绳阻尼器的一端安装于下部质量块的底面，另一端连接于安装框的底面；下部质量块的顶面与上部质量块的底面通过粘弹性支撑件连接。其能高效控制物体的三维振动。

Description

一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置

技术领域

本发明涉及一种调谐质量阻尼器技术，具体为一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置。

背景技术

调谐质量阻尼器由于其构造简单、成本低、性能可靠，是目前工程中应用最广的结构控制装置。调谐质量阻尼器装置减振控制原理是：把TMD接到主结构上，通过将惯性质量和主结构控制振型谐振把主结构的能量传递给 TMD，从而达到抑制主结构振动的目的。

目前工程调谐质量阻尼器的形式多种多样，但是其中大多数装置中都使用了粘滞阻尼器。粘滞阻尼器的使用确实使调谐质量阻尼器整体减振性能提高不少。但是其带来的问题也很大，一是装置中使用粘滞阻尼器，使整个装置的制造成本增加。再者，一旦粘滞阻尼器发生漏油，会大大降低整个调谐质量阻尼器的减振性能，甚至会使整个装置物体振动的放大器。且现有的工程调谐质量阻尼器本身也具有对随机激励反应慢、对频率敏感的缺点。

对于电视塔、高楼等对风、地震等多向随机激励比较敏感的建筑，或大型轮船等经常受到海风、海浪等多向随机载荷激励的物体，控振减振是一个必须解决的问题。所以能否设计一款性能稳定、反应灵敏、控制频率宽、节省造价、方便快捷且能够实现任意方向控振的调谐质量阻尼器一直是一个工程难题。

发明内容

本发明提供有一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其能高效控制物体的三维振动。

为实现上述技术目的，本发明采取的具体方案为，一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，包括安装框，与设于安装框中的上部质量块、四的倍数个横向钢丝绳阻尼机构、下部质量块、以及竖向钢丝绳阻尼机构；四的倍数个横向钢丝绳阻尼机构均匀布设于上部质量块的四个侧面；横向钢丝绳阻尼机构包括横向第一钢丝绳阻尼器，横向第一钢丝绳阻尼器的一端安装于上部质量块的一侧面，另一端连接于安装框的内侧壁；下部质量块设于上部质量块的下方，并且下部质量块的顶面与上部质量块的底面通过粘弹性支撑件连接；竖向钢丝绳阻尼机构包括若干个沿竖向布置的竖向第一钢丝绳阻尼器，竖向第一钢丝绳阻尼器的一端安装于下部质量块的底面，另一端连接于安装框的底面。

作为本发明改进的技术方案，横向钢丝绳阻尼机构还包括横向第二钢丝绳阻尼器，横向第二钢丝绳阻尼器与横向第一钢丝绳阻尼器同轴设置，并且横向第二钢丝绳阻尼器的一端连接于横向第一钢丝绳阻尼器位于安装框侧的一端，另一端连接于安装框的内侧壁。

作为本发明改进的技术方案，竖向钢丝绳阻尼机构还包括竖向第二钢丝绳阻尼器，竖向第二钢丝绳阻尼器与竖向第一钢丝绳阻尼器同轴设置，并且竖向第二钢丝绳阻尼器的一端连接于竖向第一钢丝绳阻尼器位于安装框侧的一端，另一端连接于安装框的底面。

作为本发明改进的技术方案，还包括上部调整质量块，上部调整质量块以能拆卸的方式安装于上部质量块上。

作为本发明改进的技术方案，上部质量块的顶面布设有上部调整质量块安装槽。

作为本发明改进的技术方案，还包括下部调整质量块，下部调整质量块以能拆卸的方式安装于下部质量块上。

作为本发明改进的技术方案，下部质量块的顶面布设有下部调整质量块安装槽。

有益效果

本发明的调谐质量阻尼器能减缓/控制物体的三维振动；能将主系统传递给TMD系统的振动能量，转化为钢丝绳阻尼器装置中钢丝之间做相对运动时摩擦生的热能与弹性势能，和粘弹性支撑件（橡胶块）内部份子相对运动的热能，从而达到耗散结构振动动能减小结构自身在外部激励作用下的振动幅度的目的；适用于易产生多方位随机振动的建筑或物体。

其中，采用钢丝绳阻尼器实现TMD子系统与主系统（安装框与安装主体）之间软接触限位，避免了产生大冲量，更好的保护了TMD和主系统。

本申请改进阻尼装置，用钢丝绳阻尼器装置来代替通常的粘性阻尼器和弹簧，不仅简化装置，提高了耗能效率和整个装置的反应速度；还提高了对随机激励产生的随机振动的控制效率，整个装置性能也更加稳定可靠。橡胶块的设计使用以及在同一方向上采用两种钢丝绳阻尼器的方案使本发明装置具有良好的控制效果的同时控制频率范围更大。

本发明装置可以根据实际情况调整质量块质量来调整该调谐质量阻尼器的控制频率。

综上，本申请的装置结构简单、造价低、耗能效果好。

附图说明

图1本发明阻尼器的整体示意图；

图2本发明阻尼器的内部装置三维示意图；

图3本发明阻尼器的内部装置正视图；

图4本发明阻尼器的上部质量块示意图；

图5本发明阻尼器的上部调整质量块示意图；

图6本发明阻尼器的下部质量块示意图；

图7本发明阻尼器的下部调整质量块示意图；

图8本发明阻尼器的钢丝绳阻尼器示意图；

图中：1、安装框；2、横向第一钢丝绳阻尼器；3、横向第二钢丝绳阻尼器；4、上部调整质量块；5、上部质量块；6、橡胶块；7、索带；8、下部质量块；9、下部调整质量块；10、竖向第一钢丝绳阻尼器；11、竖向第二钢丝绳阻尼器。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。

实施例一

参见图1-图8，一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，包括安装框1，设于安装框1中的上部质量块5、四的倍数个横向钢丝绳阻尼机构、下部质量块8、以及竖向钢丝绳阻尼机构；四的倍数个横向钢丝绳阻尼机构均匀布设于上部质量块5的四个侧面（本实施例中有八个横向钢丝绳阻尼机构，并且按两两一组分别安装于上部质量块5的横向方向的两端与纵向方向的两端；横向方向与纵向方向为垂直的两个方向，并且二者同时垂直于竖向方向）；横向钢丝绳阻尼机构包括横向第一钢丝绳阻尼器2，横向第一钢丝绳阻尼器2的一端通过螺栓安装于上部质量块5的一侧面，另一端连接于安装框1的内侧壁（本实施例中是直接通过螺栓连接）；

竖向钢丝绳阻尼机构包括若干个沿竖向布置的竖向第一钢丝绳阻尼器10，竖向第一钢丝绳阻尼器10的一端通过螺栓安装于下部质量块8的底面，另一端连接于安装框1的底面；上部质量块5的底面与下部质量块8的顶面通过粘弹性支撑件连接；本实施例中粘弹性支撑件为橡胶块6，也可为由其他粘弹性材料制成的结构件。

实施例二

与实施例1的区别在于，横向钢丝绳阻尼机构还包括与横向第一钢丝绳阻尼器2同轴设置的横向第二钢丝绳阻尼器3，横向第二钢丝绳阻尼器3的一端通过螺栓固定连接于横向第一钢丝绳阻尼器2，另一端固定安装于安装框1的内侧壁（也可表述为横向第一钢丝绳阻尼器2的一端安装于上部质量块的一侧面、另一端连通过螺栓连接于横向第二钢丝绳阻尼器3的一端，横向第二钢丝绳阻尼器3的另一端连接于安装框的内侧壁）。本实施例中横向第一钢丝绳阻尼器2与横向第二钢丝绳阻尼器3可为同一型号钢丝绳阻尼器也可为不同型号的钢丝绳阻尼器；

竖向钢丝绳阻尼机构还包括与竖向第一钢丝绳阻尼器10同轴设置的竖向第二钢丝绳阻尼器11，竖向第二钢丝绳阻尼器11的一端连接于竖向第一钢丝绳阻尼器10，另一端连接于安装框1的底面（也可表述为竖向第一钢丝绳阻尼器10的一端安装于下部质量块的底面、另一端连通过螺栓连接于竖向第二钢丝绳阻尼器11的一端，竖向第二钢丝绳阻尼器11的另一端连接于安装框的底面）。本发明专利在同一方向上在采用两种钢丝绳阻尼器的设计方案时，目的在于：实现变刚度控振和拓宽本装置的控振频率。

实施例3

与实施例1或2的区别在于，还包括上部调整质量块4，上部调整质量块4以能拆卸的方式安装于上部质量块5上。上部质量块5的顶面布设有上部调整质量块4安装槽。上部调整质量块4安装于上部调整质量块4安装槽中，可进行多级质量调节。

还包括下部调整质量块9，下部调整质量块9以能拆卸的方式安装于下部质量块8上。下部质量块8的顶面布设有下部调整质量块9安装槽，下部调整质量块9安装于下部调整质量块9安装槽中，可进行多级质量调节。

进一步的，为了提高使用的安全性能，还包括索带7，安装于下部质量块8外侧，用于加固下部调整质量块9。

本发明装置中的钢丝绳阻尼器同时有限位装置的作用，其保证了TMD与主系统之间为软接触，这种软接触的设计，将 TMD 的变形限制在允许变形范围内，也避免了TMD系统与主系统之间有大的冲量产生。

当装置受水平面内任意激励时，上部质量块5、上部调整质量块4、橡胶块6、下部质量块8、下部调整质量块9、索带7一起做水平运动；横向第一钢丝绳阻尼器2、横向第二钢丝绳阻尼器3、竖向第一钢丝绳阻尼器10、竖向第二钢丝绳阻尼器11受到挤压或拉伸，使钢丝绳中的钢丝之间产生相对运动，由于钢丝之间存在很大的库伦阻尼，在其做相对运动时会消耗主系统传来的振动能量；而橡胶块6在运动过程中也会发生形变，这是其内部分子之间做相对运动的结果，由于橡胶为阻尼材料，其内部分子之间做相对运动时相互摩擦会消耗大量主系统传来的振动能量，达到控制其水平振动的目的。

同理，当装置受任意竖向激励时，上部质量块5、上部调整质量块4、横向第二钢丝绳阻尼器3、橡胶块6、下部质量块8、下部调整质量块9、索带7一起做竖向运动；横向第一钢丝绳阻尼器2、竖向第一钢丝绳阻尼器10、竖向第二钢丝绳阻尼器11受到挤压或拉伸，使钢丝绳中的钢丝之间产生相对运动，由于钢丝之间存在很大的库伦阻尼，在其做相对运动时会消耗主系统传来的振动能量；而橡胶块6在运动过程中也会发生形变，这是其内部分子之间做相对运动的结果，由于橡胶为阻尼材料，其内部分子之间做相对运动时相互摩擦会消耗大量主系统传来的振动能量，达到控制其竖向振动的目的。

本发明在控制任何振动时均为上下两部分整体运动，由于上下两部分由粘弹性支撑件连接，所以会产生轻微的相对运动，这样既达到了多向控振的效果，又避免了分开运动控振频率不同相互干扰的缺点，相对于分开运动具有更好的控振能力。

本发明装置中的钢丝绳阻尼器装置和橡胶块6，能将主系统传递给TMD系统的振动能量，转化为钢丝绳阻尼器装置中钢丝之间做相对运动时摩擦生成的热能和橡胶块6内部分子做相对运动时摩擦产生的热能，从而达到耗散结构振动动能减小结构自身在外部激励作用下的振动幅度的目的。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，包括安装框，与设于安装框中的上部质量块、四的倍数个横向钢丝绳阻尼机构、下部质量块、以及竖向钢丝绳阻尼机构；四的倍数个横向钢丝绳阻尼机构均匀布设于上部质量块的四个侧面；横向钢丝绳阻尼机构包括横向第一钢丝绳阻尼器，横向第一钢丝绳阻尼器的一端安装于上部质量块的一侧面，另一端连接于安装框的内侧壁；下部质量块设于上部质量块的下方，并且下部质量块的顶面与上部质量块的底面通过粘弹性支撑件连接；竖向钢丝绳阻尼机构包括若干个沿竖向布置的竖向第一钢丝绳阻尼器，竖向第一钢丝绳阻尼器的一端安装于下部质量块的底面，另一端连接于安装框的底面。

2.根据权利要求1所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，横向钢丝绳阻尼机构还包括横向第二钢丝绳阻尼器，横向第二钢丝绳阻尼器与横向第一钢丝绳阻尼器同轴设置，并且横向第二钢丝绳阻尼器的一端连接于横向第一钢丝绳阻尼器位于安装框侧的一端，另一端连接于安装框的内侧壁。

3.根据权利要求1所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，竖向钢丝绳阻尼机构还包括竖向第二钢丝绳阻尼器，竖向第二钢丝绳阻尼器与竖向第一钢丝绳阻尼器同轴设置，并且竖向第二钢丝绳阻尼器的一端连接于竖向第一钢丝绳阻尼器位于安装框侧的一端，另一端连接于安装框的底面。

4.根据权利要求1所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，还包括上部调整质量块，上部调整质量块以能拆卸的方式安装于上部质量块上。

5.根据权利要求1或4所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，上部质量块的顶面布设有上部调整质量块安装槽。

6.根据权利要求1所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，还包括下部调整质量块，下部调整质量块以能拆卸的方式安装于下部质量块上。

7.根据权利要求1或6所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，下部质量块的顶面布设有下部调整质量块安装槽。

8.根据权利要求1所述的一种三维钢丝绳调谐质量阻尼器装置，其特征在于，弹性支撑件为橡胶块。