CN108547498A - 嵌套填充式颗粒阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种嵌套填充式颗粒阻尼器，包括大小固体颗粒单元以及缓冲液体，缓冲材料部分。大颗粒为球体，内部中空。单个大颗粒内部悬可置放小颗粒，即嵌套填充式颗粒阻尼器由大小颗粒嵌套而成，同时在大小颗粒之间的空隙中可填充缓冲液体、在大颗粒单元1内壁上可选择贴上缓冲材料。在风荷载和地震等作用下，通过大颗粒群的摩擦、碰撞以及大小颗粒之间，大小颗粒与缓冲液体之间的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能，大圆形颗粒与小圆形颗粒的嵌套形式可以提高颗粒间的碰撞效率，从而增加耗散，缓冲材料的引入进一步增加了阻尼器的耗能能力。

Description

嵌套填充式颗粒阻尼器

技术领域

本发明涉及一种嵌套填充式颗粒阻尼器，在多个大颗粒单元内部放置小颗粒单元并在其间填充缓冲液体，在大颗粒单元内壁上覆盖缓冲材料层，通过大小颗粒，以及其与缓冲液体之间的多次碰撞来耗能，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，基础隔震、消能减震以及调谐减震控制等被动控制技术由于其概念简单、机理明确、造价较低、减震效果显著而在国内外土木工程中得到广泛应用。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。与此同时，调谐液体阻尼器也是目前研究较为成熟的被动控制装置，利用液体再晃荡时产生的压力来提供减振力。

然而，目前常见的颗粒阻尼器与调谐液体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，这样极大地限制了颗粒的运动能力，减振效果不佳；其次，颗粒群由尺寸相同的颗粒组成，在外激励下碰撞次数较少从而能量耗散效果差；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。而调谐液体阻尼器一般可分为深水调谐液体阻尼器和浅水调谐液体阻尼器。从己有研究上看，同样质量的浅水调谐液体阻尼器要优于深水调谐液体阻尼器。而浅水调谐液体阻尼器受所安装部位空间大小的制约；但如果使用深水调谐液体阻尼器，减振效果有限。并且，调谐液体阻尼器还具有减振频带窄的缺点。

因此，在现有颗粒阻尼器与调谐液体阻尼器的基础上加以改进，采用两种不同尺寸的球体颗粒进行嵌套并填充缓冲溶液形成嵌套填充式颗粒阻尼器，可以有效提高耗能能力并降低噪声，这对于实际工程的减震控制具有重大的意义。

发明内容

为了解决传统颗粒阻尼器由于颗粒尺寸一致而碰撞次数较少、颗粒堆叠导致的耗能能力有限以及调谐液体阻尼器减振频带窄并且减振效果有限的问题，本发明的目的在于提出一种嵌套填充式颗粒阻尼器，该装置在发挥传统颗粒阻尼器优势的基础上加以改进，即在多个大颗粒球体内部放置小颗粒球体组成嵌套结构，同时在大颗粒球体内壁覆盖缓冲材料层并在大小可累间隙中填入缓冲液体。本阻尼器构造简单、消能减震效果好。在风荷载和地震等作用下，由于该阻尼器中大小颗粒的尺寸不同，因此在多个大颗粒群中可以通过颗粒与颗粒、颗粒与缓冲液体间的多次摩擦、碰撞来转移并耗散结构能量。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

本发明提出的一种嵌套填充式颗粒阻尼器，由若干个阻尼单元组合而成，每个阻尼单元包括大颗粒单元1、小颗粒单元2、缓冲液体3和缓冲材料层4，其中：大颗粒单元1和小颗粒单元2均为球体结构，大颗粒单元1内放置有小颗粒单元2，大颗粒单元1内壁覆盖有缓冲材料层4；大颗粒单元1和小颗粒单元2之间间隙处填充有缓冲液体3；小颗粒单元2与大颗粒单元1的直径比为20mm：50mm，使用时，若干嵌套填充式颗粒阻尼器组合使用，在风荷载和地震荷载等作用下，通过相邻的阻尼单元以及每个阻尼单元内缓冲液体的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能，大颗粒单元与小颗粒单元之间的嵌套结构提高颗粒间的碰撞效率，增加耗散。

本发明中，所述大颗粒单元1和小颗粒单元2的材质均为钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的任一种或多种；小颗粒单元2与大颗粒单元1质量比为0.05：1-0.2：1。

本发明中，所述缓冲液体3包括水或油中任一种或多种。

本发明中，所述缓冲材料层4包括橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种。

本发明中，所述小颗粒单元2在水平面投影面积为大颗粒单元1水平投影面积的25%，小颗粒单元2的体积为大颗粒单元1体积的12.5%。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

（1）试验表明，与单一的圆形颗粒组成的传统颗粒阻尼器相比，采用两种不同尺寸的圆形颗粒嵌套安装使其碰撞的形式，在外激励下可以更快达到稳定状态。

（2）本发明中大颗粒单元采取中空填充方式，减轻了颗粒群的质量，并且其中覆盖缓冲物质并填入了缓冲液体，有效降低了碰撞时的噪声水平。

（3）本发明阻尼器腔体单元构造形式简单，克服了谐液体阻尼器减振频带窄的缺点，适用于不同方向的地震作用，以达到较好的减震效果。

附图说明

图1为本发明嵌套填充式颗粒阻尼器正立面图（侧立面图和俯视图与其相同）；

图中标号：1为大颗粒单元，2为小颗粒单元，3为缓冲液体，4为缓冲物质。

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，为本发明的嵌套填充式颗粒阻尼器实例，其主要包括大颗粒单元1、小颗粒单元2、缓冲液体3。

大颗粒单元1是直径50mm的金属球体，其中有40mm的空腔用来放置小颗粒单元2与缓冲液体3。小颗粒单元2放置在大颗粒单元的空腔中，直径为20mm，大小颗粒单元之间填充缓冲液体3。大颗粒单元与小颗粒单元质量比为0.05-0.2，小颗粒单元2在水平面投影面积为大颗粒单元1腔体水平投影面积的25%，小颗粒单元2的体积为大颗粒单元1腔体体积的12.5%。大颗粒单元1内壁上可选择贴上缓冲材料层4（比如5mm厚的橡胶、泡沫塑料或针织棉）。

Claims (5)

1.一种嵌套填充式颗粒阻尼器，由若干个阻尼单元组合而成，每个阻尼单元包括大颗粒单元（1）、小颗粒单元（2）、缓冲液体（3）和缓冲材料层（4），其特征在于：大颗粒单元（1）和小颗粒单元（2）均为球体结构，大颗粒单元（1）内放置有小颗粒单元（2），大颗粒单元（1）内壁覆盖有缓冲材料层（4）；大颗粒单元（1）和小颗粒单元（2）之间间隙处填充有缓冲液体（3）；小颗粒单元（2）与大颗粒单元（1）的直径比为20mm：50mm，使用时，若干嵌套填充式颗粒阻尼器组合使用，在风荷载和地震荷载等作用下，通过相邻的阻尼单元以及每个阻尼单元内缓冲液体的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能，大颗粒单元与小颗粒单元之间的嵌套结构提高颗粒间的碰撞效率，增加耗散。

2.根据权利要求1所述的嵌套填充式颗粒阻尼器，其特征在于：所述大颗粒单元（1）和小颗粒单元（2）的材质均为钢球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的任一种或多种；小颗粒单元（2）与大颗粒单元（1）质量比为0.05：1-0.2：1。

3.根据权利要求1所述的嵌套填充式颗粒阻尼器，其特征在于：所述缓冲液体（3）包括水或油中任一种或多种。

4.根据权利要求1所述的嵌套填充式颗粒阻尼器，其特征在于：所述缓冲材料层（4）包括橡胶、泡沫塑料或针织棉中任一种或多种。

5.根据权利要求1所述的嵌套填充式颗粒阻尼器，其特征在于：所述小颗粒单元（2）在水平面投影面积为大颗粒单元（1）水平投影面积的25%，小颗粒单元（2）的体积为大颗粒单元（1）体积的12.5%。