CN109594831A - 一种摇摆式自复位阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种摇摆式自复位阻尼器，包括外壳(1)、设置于外壳(1)内部的颗粒阻尼单元、设置于外壳(1)内部的调谐液体阻尼单元和设置于外壳(1)外部的涡流阻尼单元，外壳(1)底部为球面并设置配重(2)，所述配重(2)降低阻尼器的重心，该阻尼器摇摆后具有自复位功能。与现有技术相比，本发明具有多种耗能方式，能够自动复位，构造形式简单，便于安装，减震效果好。
Description
技术领域
本发明属于土木结构(包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等)振动控制领域，具体涉及一种摇摆式自复位阻尼器。
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，消能减震技术是通过在结构中布置阻尼器，增大结构阻尼，通过阻尼器耗散地震能量，而减少结构输入的能量来减轻地震效应，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。
但是，传统的阻尼器通常耗能形式单一，耗能效率不高，且耗能机制多与结构体的位移、速度相关联，而建筑结构本身的振动响应的数量级并不大，这限制了阻尼器最大性能的发挥；而且传统阻尼器往往在震后需要修复、更换，不具有复位能力，可持续利用性差。
专利CN101672074A公开了一种滚筒式全向调谐质量减震阻尼器，包括与顶部盖板、与顶部盖板相连接的外壁套筒、设置在外壁套筒内部的套筒式结构、内部水平隔板和外部水平隔板。套筒式结构包括内环芯筒、外环芯筒、钢球保持器和钢球，内环芯筒设置在外环芯筒内，内环芯筒外表面固定有钢球保持器，钢球保持器内设置有钢球。外环芯筒与外壁套筒之间连接有粘滞阻尼器，内外环芯筒的下端面均通过万向滚动球铰与内部水平隔板相连，内部水平隔板与外部水平隔板之间连接有弹簧，外部水平隔板还与下部结构固连。该专利仍可以在结构的所有方向，即水平两向、竖向、扭转及摇摆两向，均能进行调谐耗能减震，但仍存在耗能方式少且自行复位能力差。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题而提供一种摇摆式自复位阻尼器，该阻尼器安装便利，具有多种耗能方式，结合了颗粒阻尼技术、涡流阻尼技术、调谐液体阻尼技术等，并具有放大振动的特点，能最大化的发挥阻尼器耗能能力，且具有优秀的复位能力。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种摇摆式自复位阻尼器，包括外壳、设置于外壳内部的颗粒阻尼单元、设置于外壳内部的调谐液体阻尼单元和设置于外壳外部的磁体阻尼单元，外壳底部为球面并设置配重，所述配重降低阻尼器的重心，该阻尼器摇摆后具有自复位功能。
进一步地，所述的外壳上部为圆锥体，整体为铝合金制成。
进一步地，所述的配重的材料为密度大的固体，其质量使得整个阻尼器的重心高度不超过配重的上表面高度，进一步优化地，所述的配重的材料为铁或铅，其具体质量通过计算确定。
进一步地，所述的颗粒阻尼单元包括阻尼颗粒和隔板，阻尼颗粒设于隔板上部。
进一步地，所述的隔板分层均匀地布置在外壳内部的上部空间，使振动时颗粒可在隔板之间的空腔内自由碰撞，阻尼颗粒的材料为轻质的金属材料，进一步优化地，所述的阻尼颗粒材料为铝合金。
进一步地，所述的阻尼颗粒每层颗粒数量为3-10粒，颗粒群体的体积与外壳内部的体积之比不超过10％，使得阻尼颗粒在碰撞过程中能最大效率地消耗能量。
进一步地，所述的磁体阻尼单元包括内环永磁体和外环永磁体，所述的内环永磁体嵌套在外壳上，外环永磁体固定在阻尼器外部空间并与内环永磁体间隔设置，两者高度相同且同性磁极相对。
进一步地，所述的内环永磁体为圆环形，避免阻尼器重心的位置偏离外壳底部球面的中轴线，嵌套于外壳上部1/3-2/3高度处，在任意方向的结构振动传来时，可使阻尼器的外壳尽可能处于永磁体产生的磁场中，进一步优化地，所述的内环永磁体嵌套于外壳上部1/2高度处；所述的外环永磁体为圆环形，避免阻尼器重心的位置偏离外壳底部球面的中轴线，直径为内环永磁体的3-4倍，使两个永磁体产生的磁体斥力能够与重力共同作用迅速地将阻尼器复位。
进一步地，所述的内环永磁体的嵌套方式为粘接、焊接或螺栓中的一种；所述的外环永磁体的固定方式为粘接、焊接或螺栓中的一种，可满足多种安装条件。
进一步地，所述的调谐液体阻尼单元为配重和隔板之间设置的液体，液体的高度不超过外壳的球面部分的高度，上面有一定的空间，以避免抬高重心位置，以使液体可以流动、翻滚。
本发明摇摆式自复位阻尼器结构振动时阻尼器以底部配重为中心剧烈摆动，耗能方式有整个阻尼器的摆动、液体晃动、颗粒之间的碰撞、颗粒和外壳在磁场中运动的电涡流；且该阻尼器重心很低落在底部配重处且底部为球面状，两块磁体之间的斥力具有促使阻尼器摆动后复位的作用，摇摆后具有很好的自动恢复直立形态的功能。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)具有振动的放大功能，该阻尼器底部为球面形且阻尼器呈高耸状，在小量的水平扰动下就能发生剧烈的摆动，阻尼器上部结构的位移幅度范围大，能充分发挥耗能能力。
2)具有多种耗能方式，包括整个阻尼器的摆动、液体晃动、颗粒之间的碰撞、颗粒和外壳在磁场中运动的电涡流，因此消能减震效果突出，效率很高。
3)本发明阻尼器重心低，底部设计为球面状能够自由晃动，在重力和磁体斥力的双重作用下，能够自动恢复直立的形态。
4)本发明阻尼器构造形式简单，便于安装，阻尼器布置位置非常灵活，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为本发明摇摆式自复位阻尼器的结构示意图；
图2为本发明摇摆式自复位阻尼器俯视图。
图中：1-外壳，2-配重，3-液体，4-阻尼颗粒，5-隔板，6-内环永磁体，7-外环永磁体。
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
如图1所示，为本发明的一种摇摆式自复位阻尼器实施例，包括外壳1，配重2，液体3，阻尼颗粒4，隔板5、内环永磁体6，外环永磁体7，外壳1呈空间水滴形，即底部为球面，上部为圆锥体，为铝合金制成；外壳1的底部固定一具有大质量的配重2，使得整个阻尼器的重心高度不超过配重2的上表面高度，其具体质量通过计算确定，其材料为密度大的固体，如铁。配重2的上面有液体3，其高度不可超过外壳1的球面部分的高度，以避免抬高重心位置，液体3上面有一定的空间，以使液体可以流动、翻滚。液体3上面有三层隔板5，均匀地布置在外壳1内部的上部空间，将上部空间分割成3个腔室，每个隔板5上面放有阻尼颗粒4，阻尼颗粒4的粒数从上往下分别为3颗，3颗和5颗，阻尼颗粒4群体的体积与外壳内部的体积之比小于10％，且阻尼颗粒4的材料为铝合金；阻尼器外壳1上嵌套有一个内环永磁体6，为圆环形状，其嵌套于外壳1上部约1/2高度处，具体嵌套方式可以为粘接、焊接、螺栓或其他固定方式；在阻尼器外部空间，与内环永磁体6相同高度处有一外环永磁体7，同性磁极相对，也为圆环形状，直径约为内环永磁体6的3-4倍，其设置于外壳1的外部空间，将外壳1环绕，两块磁体之间的斥力具有促使阻尼器摆动后复位的作用。结构振动时阻尼器以底部配重2为中心剧烈摆动，耗能方式有整个阻尼器的摆动、液体晃动、颗粒之间的碰撞、颗粒在磁场中运动的电涡流；且该阻尼器重心很低且底部为球面状，振动过后能够自我复位。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种摇摆式自复位阻尼器，包括外壳(1)、设置于外壳(1)内部的颗粒阻尼单元、设置于外壳(1)内部的调谐液体阻尼单元和设置于外壳(1)外部的涡流阻尼单元，其特征在于：外壳(1)底部为球面并设置配重(2)，所述配重(2)降低阻尼器的重心，该阻尼器摇摆后具有自复位功能。
2.根据权利要求1所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的外壳(1)上部为圆锥体。
3.根据权利要求1所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的配重(2)的质量使得整个阻尼器的重心高度不超过配重(2)的上表面高度。
4.根据权利要求1所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的颗粒阻尼单元包括阻尼颗粒(4)和隔板(5)，所述阻尼颗粒(4)设于隔板(5)上部。
5.根据权利要求4所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的隔板(5)分层均匀地布置在外壳(1)内部的上部空间。
6.根据权利要求5所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的阻尼颗粒(4)群体的体积与外壳(1)内部的体积之比不超过10％。
7.根据权利要求1所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的磁体阻尼单元包括内环永磁体(6)和外环永磁体(7)，所述的内环永磁体(6)嵌套在外壳(1)上，外环永磁体(7)固定在阻尼器外部空间并与内环永磁体(6)间隔设置，两者高度相同且同性磁极相对。。
8.根据权利要求7所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的内环永磁体(6)为圆环形，嵌套于外壳(1)上部1/3-2/3高度处；
所述的外环永磁体(7)为圆环形，直径为内环永磁体(6)的3-4倍。
9.根据权利要求8所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的内环永磁体(6)的嵌套方式为粘接、焊接或螺栓中的一种；
所述的外环永磁体(7)的固定方式为粘接、焊接或螺栓中的一种；
所述的内环永磁体(6)嵌套于外壳(1)上部1/2高度处。
10.根据权利要求1所述的一种摇摆式自复位阻尼器，其特征在于，所述的调谐液体阻尼单元为在配重(2)和隔板(5)之间设置的液体(3)，液体(3)的高度不超过外壳(1)的球面部分的高度。
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