CN107152095A - 结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，包括可变质量块、固定质量块、弹簧、阻尼棒、槽道、供调节质量装置、硅油、硅油槽、健康监测系统及伺服控制系统。弹簧的底端与供调节质量装置顶部连接，顶端与固定质量块的底部连接，可变质量块固定设置于固定质量块顶部，可变质量块和固定质量块的中心均开有槽道；可变质量块和供调节质量装置的主体为可存放液体或固体的容器，可变质量块和供调节质量装置所需的质量由液体或固体提供。本发明的可变质量块质量的大小可通过伺服控制系统进行调节，以实现调谐质量阻尼器竖向频率的精确控制。本发明能实现调谐质量阻尼器竖向频率的精确调节，提高减振效果；且能实时监测阻尼器和主结构的健康状况，保证阻尼器和主结构的安全等。
Description
技术领域
本发明属于土木工程、振动控制技术领域，具体为结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器。
背景技术
在当今社会，调谐质量阻尼器因为有对原建筑结构改动小、施工方便、减振控制效果显著等优点而被广泛关注，并在国内外的建筑结构中都有应用。但传统的调谐质量阻尼器具有对频率的调谐敏感性的缺点，不仅建筑结构的自身损伤等会影响调谐质量阻尼器的减振效果，某些时候其自身的特性，如粘滞阻尼器的退化、弹簧的锈蚀或当建筑结构的某一构件作为调谐质量阻尼器的质量时质量的变化也会影响其控制效果。而且，设计时结构的自振频率估计值与其实际自振频率存在差异因此，如何实现调谐质量阻尼器的自适应控制，使其能实时调节自身频率与结构的频率相近，以达到良好的减振效果，就成为了一个新的很有意义的研究方向。
传统的支撑式调谐质量阻尼器和其控制的主结构的振动状况是无法实时获得的，这不但无法确切了解阻尼器和主结构的力学状况，又不利于进一步的结构加固、养护等。而健康监测系统能实时获得所需的振动信号，并传输至远程客户端中做进一步的分析处理，进行安全预警，指导结构的加固养护。因此，将健康监测系统应用在支撑式调谐质量阻尼器中是很有价值的。
发明内容
本发明的目的在于提供结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，以克服现有技术中的上述缺点，能够调节自身竖向频率与主结构的频率相同，以满足调谐被控结构频率的要求，从而达到良好的减振效果；并结合健康监测系统，实时传输阻尼器和主结构的振动状况，为结构的安全预警和加固养护提供依据。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于由可变质量块1、固定质量块2、弹簧3、阻尼棒4、槽道5、供调节质量装置10、硅油11、固定螺母12、硅油槽14、健康监测系统6及伺服控制系统13组成，其中：
所述弹簧3的底端与供调节质量装置10的顶部相连接，所述弹簧3的顶端与固定质量块2的底部相连接，所述可变质量块1固定于固定质量块2的顶部，所述可变质量块1和固定质量块2的中心均开有槽道5；
所述硅油槽14位于所述供调节质量装置10的顶面中心处，所述阻尼棒4依次穿过可变质量块1上的槽道、固定质量块2上的槽道和弹簧３，插入硅油槽14内，其上端用固定螺母12固定于可变质量块1的顶部；当所述可变质量块1与固定质量块2发生竖向振动时，阻尼棒4与放置于硅油槽14内的硅油发生摩擦，通过摩擦生热消耗振动能量；
所述可变质量块1和供调节质量装置10均为可存放液体或固体的容器，所述可变质量块1和供调节质量装置10的质量由放入容器内的液体或固体提供；供调节质量装置10放置于主结构15的上方；
所述健康监测系统6包括数据采集仪和远程客户端；
所述伺服控制系统13包括加速度传感器I8、加速度传感器II9、驱动系统7和工控机，所述加速度传感器I8放置于所述可变质量块1的顶部，加速度传感器II9放置于主结构15表面，加速度传感器I8和加速度传感器II9分别连接健康监测系统６上的数据采集仪，数据采集仪用于接受并处理加速度传感器I8和加速度传感器II9的信号，数据采集仪连接工控机，可变质量块1连接驱动系统7，驱动系统7连接工控机，驱动系统7用于改变所述可变质量块1的质量。
本发明中，所述容器内的液体可为水或汞等中任一种，所述容器内的固体可为细砂或砂石等中一种或两种。
本发明中，所述工控机连接远程客户端，所述工控机既能够分析处理加速度传感器I8和加速度传感器II9信号，一次性精确计算所需调节的质量，控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1的质量调节；又能够将加速度传感器I8和加速度传感器II9的信号实时传输至远程客户端。
本发明中，所述可变质量块与固定质量块发生竖向振动时，阻尼棒与放置于硅油槽内的硅油发生摩擦，通过摩擦生热消耗振动能量。
本发明中，可通过调节阻尼棒与硅油槽内的硅油之间的接触长度来调节黏滞阻尼。
进一步地，所述驱动系统可为水泵、电磁阀或砂石泵等中任一种。
与现有技术相比，本发明具有如下有益技术效果：
本发明的结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，可变质量块的质量可通过伺服控制系统进行精确调节，能够精确调节调谐质量阻尼器竖向频率与主结构频率相同；并利用健康监测系统实时获得所需的振动信号，传输至远程客户端中做进一步的分析处理，进行安全预警，指导结构的加固养护，有利于提高结构的安全性和耐久性。
附图说明
图1是本发明的结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器主视图；
图2是本发明的结合健康监测的半主动支撑式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，4-阻尼棒，5-槽道，6-健康监测系统，7-驱动系统，8-加速度传感器I，9-加速度传感器II，10-供调节质量装置，11-硅油，12-固定螺母，13-伺服控制系统，14-硅油槽，15-主结构。
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。
实施例１：如图1至图3所示，本发明的结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器由可变质量块1、固定质量块2、弹簧3、阻尼棒4、槽道5、供调节质量装置10、硅油11、固定螺母12、硅油槽14、健康监测系统6及伺服控制系统13组成，其中：
所述弹簧3的底端与供调节质量装置10的顶部相连接，所述弹簧3的顶端与固定质量块2的底部相连接，所述可变质量块1固定设置于固定质量块2的顶部，所述可变质量块1和固定质量块2的中心均开有槽道5；
所述硅油槽14位于所述供调节质量装置10的顶面中心处，所述阻尼棒4的上端用固定螺母12固定于可变质量块1的顶部，穿过槽道5后，下端插入所述硅油槽14内；
所述可变质量块1和供调节质量装置10的主体为可存放液体或固体的容器，所述可变质量块1和供调节质量装置10所需的质量由放入容器内的液体或固体提供。
所述伺服控制系统13包括放置于所述可变质量块1的顶部的加速度传感器I8，放置于主结构15表面的加速度传感器II9，接受并处理所述加速度传感器I8和加速度传感器II9信号的工控机和用于改变所述可变质量块1的质量的驱动系统7。
所述健康监测系统6包括加速度传感器I8、加速度传感器II9、数据采集仪、工控机和远程客户端。
所述加速度传感器I8、加速度传感器II9和工控机即属于健康监测系统6，又属于伺服控制系统13。
所述工控机既能够分析处理加速度传感器I8和加速度传感器II9信号，一次性精确计算所需调节的质量，控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1的质量调节；又能够将加速度传感器I8和加速度传感器II9的信号实时传输至远程客户端。
进一步地，所述液体可为水、汞等，固体可为细砂、砂石等。
进一步地，可通过调节阻尼棒4与硅油11之间的接触长度来调节黏滞阻尼。
进一步地，所述驱动系统7可为水泵、电磁阀、砂石泵等。
结合上述的结合健康监测的半主动支撑式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、安装本发明的结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器时，往可变质量块1和供调节质量装置10中加入适量液体或固体。启动伺服控制系统13，所述工控机接受并处理所述加速度传感器I8和加速度传感器II9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1的质量调节，即完成频率的调节。
2、经过一段时间的使用后，主结构可能与阻尼器的频率有所偏差。启动所述工控机的频率调节模块，工控机接受并处理所述加速度传感器I8和加速度传感器II9信号后，可一次性精确计算所需调节的质量，并控制所述驱动系统7一次性完成所述可变质量块1的质量调节，即完成频率的调节。
3、所述工控机的数据传输模块实时开启，通过无线网络将加速度传感器I8和加速度传感器II9的信号实时无线传输至远程客户端。在远程客户端中可进一步分析处理加速度信号，并以此推断阻尼器和主结构的健康状况，为进一步的加固养护提供依据；
这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说，实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。
Claims (3)
1.结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于由可变质量块（1）、固定质量块（2）、弹簧（3）、阻尼棒（4）、槽道（5）、供调节质量装置（10）、硅油（11）、固定螺母（12）、硅油槽（14）、健康监测系统（6）及伺服控制系统（13）组成，其中：
所述弹簧（3）的底端与供调节质量装置（10）的顶部相连接，所述弹簧（3）的顶端与固定质量块（2）的底部相连接，所述可变质量块（1）固定于固定质量块（2）的顶部，所述可变质量块（1）和固定质量块（2）的中心均开有槽道（5）；
所述硅油槽（14）位于所述供调节质量装置（10）的顶面中心处，所述阻尼棒（4）依次穿过可变质量块（1）上的槽道、固定质量块（2）上的槽道和弹簧（３），插入硅油槽（14）内，其上端用固定螺母（12）固定于可变质量块（1）的顶部；当所述可变质量块（1）与固定质量块（2）发生竖向振动时，阻尼棒（4）与放置于硅油槽（14）内的硅油发生摩擦，通过摩擦生热消耗振动能量；
所述可变质量块（1）和供调节质量装置（10）均为可存放液体或固体的容器，所述可变质量块（1）和供调节质量装置（10）的质量由放入容器内的液体或固体提供；供调节质量装置（10）放置于主结构（15）的上方；
所述健康监测系统（6）包括数据采集仪和远程客户端；
所述伺服控制系统（13）包括加速度传感器I（8）、加速度传感器II（9）、驱动系统（7）和工控机，所述加速度传感器I（8）放置于所述可变质量块（1）的顶部，加速度传感器II（9）放置于主结构（15）表面，加速度传感器I（8）和加速度传感器II（9）分别连接健康监测系统（６）上的数据采集仪，数据采集仪用于接受并处理加速度传感器I（8）和加速度传感器II（9）的信号，数据采集仪连接工控机，可变质量块（1）连接驱动系统（7），驱动系统（7）连接工控机，驱动系统（7）用于改变所述可变质量块（1）的质量。
2.根据权利要求1所述的结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于所述容器内的液体为水或汞中任一种，所述容器内的固体为细砂或砂石中一种或两种。
3.根据权利要求1所述的结合健康监测的半主动支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于所述工控机连接远程客户端，所述工控机既能够分析处理加速度传感器I（8）和加速度传感器II（9）信号，一次性精确计算所需调节的质量，控制所述驱动系统（7）一次性完成所述可变质量块（1）的质量调节；又能够将加速度传感器I（8）和加速度传感器II（9）的信号实时传输至远程客户端。
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