CN108867914A - 一种多功能协同调谐阻尼器 - Google Patents

一种多功能协同调谐阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能协同调谐阻尼器，包括外部腔体单元和活动设于外部腔体单元内的阻尼箱，外部腔体单元与阻尼箱之间通过弹簧体系连接，外部腔体单元和阻尼箱均为圆柱体结构，弹簧体系分布在阻尼箱的圆周外壁与外部腔体单元的圆周内壁之间，阻尼箱的上部设有隔膜板，隔膜板的上部设有引导阻尼箱在水平面内各方向移动的轨道系统，在风或/和地震作用下，经由弹簧体系将输入能量转移到阻尼箱，轨道系统引导阻尼箱运动并激发阻尼箱振动，通过弹簧体系、阻尼箱以及轨道系统的摩擦力进行耗能，可在外部腔体单元内沿任意方向滑动，实现在结构水平各向调谐耗能减振，使减振频带大大拓宽。

Description

一种多功能协同调谐阻尼器
技术领域
本发明属于土木结构振动控制领域，具体涉及一种多功能协同调谐阻尼器。
背景技术
随着近年来建筑结构往高强和超高方向发展的趋势，地震、风致振动等问题得到了重点关注及研究。阻尼器减震消能被动控制技术引起工程界的广泛关注，其中，调谐阻尼器因其构造简单易于实现等诸多优点，在土木工程抗震领域应用最为广泛。但传统上的调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)存在一些不足，最明显的是一般的调谐系统仅控制结构单一振动方向的响应，多维振动控制效果不佳，对于复杂的多维运动而言，各点振动周期及相位均不同，显然传统的调谐阻尼器并非最佳减振装置。
中国专利CN 105863097A公开了一种非线性轨道式协同调谐阻尼器，包括外部腔体单元、弹簧体系、粘性液体、内部腔体单元、缓冲材料和颗粒群，阻尼器外部腔体单元底部有两条沿腔体长度方向布置的凹槽轨道，内部腔体单元能够沿凹槽轨道来回滑动，并且通过弹簧体系与外部腔体内壁相连，两者之间填充粘性液体，内部腔体内壁和底部覆盖有缓冲材料，颗粒群由大小不同的圆形颗粒组成，但该阻尼器轨道系统方向单一，仅能有效控制线性轨道方向振动响应，无法实现在水平各个方向的减振耗能，对于复杂的多维运动而言，减振效果并不好。
发明内容
为克服一般调谐阻尼器的不足与局限性，本发明提供一种具有在水平各向均能调谐耗能减震的多功能阻尼器，利用弹簧变形、滑块-导轨摩擦力以及阻尼箱调谐作用耗散能量，从而拓宽减振频带，实现多向调谐、应用范围广等要求，以满足土建工程的实际需求。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种多功能协同调谐阻尼器，包括外部腔体单元和活动设于外部腔体单元内的阻尼箱，所述外部腔体单元与阻尼箱之间通过弹簧体系连接，所述外部腔体单元和阻尼箱均为圆柱体结构，所述弹簧体系分布在阻尼箱的圆周外壁与外部腔体单元的圆周内壁之间，所述阻尼箱的上部设有隔膜板，所述隔膜板的上部设有引导阻尼箱在水平面内各方向移动的轨道系统，在风或/和地震作用下，经由弹簧体系将输入能量转移到阻尼箱，所述轨道系统引导阻尼箱运动并激发阻尼箱振动，通过弹簧体系、阻尼箱以及轨道系统的摩擦力进行耗能。
进一步地，所述轨道系统包括顶板、多个连接杆、滑块和导轨，所述连接杆环绕分布在所述隔膜板的圆周，其一端通过安装轴与隔膜板固定连接，连接杆的另一端通过安装轴与所述滑块固定连接，所述滑块设于导轨内并可沿导轨滑动，所述导轨固定设于所述顶板下表面。
进一步地，所述连接杆、滑块、安装轴、顶板和导轨由钢材制成，所述导轨焊接在顶板上。
进一步地，所述连接杆等间距并以隔膜板的中心对称设于隔膜板的圆周。
进一步地，所述导轨的长为顶板半径的80-90％。
进一步地，所述阻尼箱的直径为外部腔体单元直径的70-80％。
进一步地，所述阻尼箱内放置提供减振耗能作用的碰撞颗粒或粘性液体。
进一步地，所述外部腔体单元的内壁及底部覆盖有缓冲材料，所述缓冲材料包括海绵、橡胶或泡沫塑料。
进一步地，所述弹簧体系等间距并以阻尼箱的中心对称布置于外部腔体单元和阻尼箱之间。
进一步地，所述隔膜板是由聚丙烯，聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯制成的圆形热塑性弹性板，与阻尼箱高温硫化为一体。
与现有技术相比，本发明阻尼箱由于弹簧形变可在外部腔体单元内沿任意方向滑动，同时滑块在导轨上滑动引导连接杆运动，可激发箱体内部颗粒碰撞或粘性液体摩擦，通过滑块-导轨摩擦力、弹簧形变力加持阻尼箱耗能作用以取得更好的减振效果，实现在结构水平各向调谐耗能减振，使减振频带大大拓宽。具体优点为：
1、本发明通过改进一般调谐阻尼器(TMD/TLD)，配合连接杆及轨道系统加强阻尼箱的平动及转动，充分发挥阻尼器的多向调谐减振作用，通过滑块-导轨摩擦力、弹簧形变力加持阻尼箱耗能作用以取得更好的减振效果。
2、本发明由上部轨道系统和下部基座两部分组成，因此方便与各类轴承结合使用，包括在位移过程中导致结构高度变化的轴承。
附图说明
图1为本发明多功能协同调谐阻尼器上部轨道系统的俯视图；
图2为本发明多功能协同调谐阻尼器下部基座系统的俯视图；
图3为本发明多功能协同调谐阻尼器A-A断面图。
图中：1为外部腔体单元，2为弹簧体系，3为阻尼箱，4为隔膜板，5为连接杆，6为滑块，7为安装轴，8为顶板，9为导轨。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
如图1-3所示，一种多功能协同调谐阻尼器，其主要包括外部腔体单元1、弹簧体系2、阻尼箱3、隔膜板4、连接杆5、滑块6、安装轴7、顶板8和导轨9，其中外部腔体单元1和阻尼箱3均为钢制圆柱体结构，阻尼箱3直径为外部腔体单元1直径的70％-80％，箱体内放置碰撞颗粒或粘性液体，并由均匀对称布置的弹簧体系2将阻尼箱3与外部腔体单元1连接起来，组成该阻尼器的基座系统与建筑下部结构连接。阻尼箱3顶部与圆形热塑弹性隔膜板4高温硫化为一体，沿圆周对称布置的连接杆5两端设置安装轴7分别与隔膜板4和设置于导轨9上的滑块6连接，从而将阻尼器下部基座系统同上部轨道系统连接起来，其中轨道系统由圆形钢顶板8和对称布置的短导轨9焊接而成；再通过固定螺栓将上部轨道系统与建筑上部结构连接。在风或/和地震等作用下，经由弹簧体系将输入能量转移到阻尼箱，同时滑块在导轨上滑动引导连接杆运动，充分激发阻尼箱振动，通过滑块-导轨摩擦力、弹簧形变力加持阻尼箱耗能作用以取得更好的减振效果。阻尼箱由于弹簧形变可在外部腔体单元内沿任意方向滑动，同时滑块在导轨上滑动引导连接杆运动，可激发箱体内部颗粒碰撞或粘性液体摩擦，通过滑块-导轨摩擦力、弹簧形变力加持阻尼箱耗能作用以取得更好的减振效果，实现在结构水平各向调谐耗能减振，使减振频带大大拓宽。

Claims (10)

1.一种多功能协同调谐阻尼器，包括外部腔体单元和活动设于外部腔体单元内的阻尼箱，所述外部腔体单元与阻尼箱之间通过弹簧体系连接，
其特征在于，所述外部腔体单元和阻尼箱均为圆柱体结构，所述弹簧体系分布在阻尼箱的圆周外壁与外部腔体单元的圆周内壁之间，所述阻尼箱的上部设有隔膜板，所述隔膜板的上部设有引导阻尼箱在水平面内各方向移动的轨道系统，
在风或/和地震作用下，经由弹簧体系将输入能量转移到阻尼箱，所述轨道系统引导阻尼箱运动并激发阻尼箱振动，通过弹簧体系、阻尼箱以及轨道系统的摩擦力进行耗能。
2.根据权利要求1所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述轨道系统包括顶板、多个连接杆、滑块和导轨，所述连接杆环绕分布在所述隔膜板的圆周，其一端通过安装轴与隔膜板固定连接，连接杆的另一端通过安装轴与所述滑块固定连接，所述滑块设于导轨内并可沿导轨滑动，所述导轨固定设于所述顶板下表面。
3.根据权利要求2所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述连接杆、滑块、安装轴、顶板和导轨由钢材制成，所述导轨焊接在顶板上。
4.根据权利要求2所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述连接杆等间距并以隔膜板的中心对称设于隔膜板的圆周。
5.根据权利要求2所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述导轨的长为顶板半径的80-90％。
6.根据权利要求1所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述阻尼箱的直径为外部腔体单元直径的70-80％。
7.根据权利要求1所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述阻尼箱内放置提供减振耗能作用的碰撞颗粒或粘性液体。
8.根据权利要求1所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述外部腔体单元的内壁及底部覆盖有缓冲材料，所述缓冲材料包括海绵、橡胶或泡沫塑料。
9.根据权利要求1所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述弹簧体系等间距并以阻尼箱的中心对称布置于外部腔体单元和阻尼箱之间。
10.根据权利要求1所述的一种多功能协同调谐阻尼器，其特征在于，所述隔膜板是由聚丙烯，聚四氟乙烯或聚偏氟乙烯制成的圆形热塑性弹性板，与阻尼箱高温硫化为一体。
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