CN109826330A - 自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，包括弯曲腔顶板、腔体端部缓冲限位板、具有复合型颗粒的调谐球体、弯曲腔底板、可调压力气囊、气囊支撑架、整体水平支撑钢板和整体斜支撑。将该装置附着在结构上而并不影响结构本身的设计和使用，具有复合型颗粒的调谐球体内部被分隔为若干个小空间，在风或地震作用下，不仅可以通过复合型颗粒调谐球体在轨道上的调谐耗能和碰撞耗能，还能通过内部小颗粒调谐球体的调谐和碰撞耗能。通过调整调谐减振装置的弯曲腔底板半径使具有复合型颗粒的调谐球体的滚动频率更加接近高耸结构的自振频率，从而达到更好的减振效果。该发明构造简单，适用性强，耗能效率高，具有广阔的市场应用前景。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构抗振减振技术领域，具体涉及一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置。
背景技术
随着国民经济的快速发展，我国高耸结构的建设日益加快，近年来，我国环境日益恶化，自然灾害频发，防止高耸结构在风或地震作用下发生破坏性倒塌成为工程建设中不得不着手解决的现实问题。若仅仅利用自身的刚度来抵抗地震，例如提高材料的强度等级或者加大构件截面尺寸，这样既不经济，又存在较大问题。而结构振动控制方法的出现，则有效的解决了这一问题。
目前在高耸结构中使用比较成熟的振动控制技术多为被动耗能装置，例如:调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)及在这基础之上发展起来的调谐液柱阻尼器(TLCD)和环形调谐液柱阻尼器(CTLCD)等。对于传统的TMD、TLD及基此发展的阻尼装置，其在高耸结构中应用受到限制，首先是因为高耸结构内部空间有限，存在安装上的困难。更重要的是，只有当动荷载的主要频率接近共振频率时，调谐类阻尼装置才可有效发挥作用，其工作频带较窄。其次目前的减振控制设备大多数只能控制一个方向的振动或者某几个特定方向的振动，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动装置无法很好的满足振动控制的要求。对于颗粒调谐减振装置来说，曲面上的球的滚动频率与曲面等效半径和球的质量及半径有关，通过调节曲面等效半径和球的质量和半径可以使球的自振频率与结构频率相一致或接近，从而起到调谐减振的作用。因此，本发明在现有颗粒阻尼器的基础上加以改进，设置多组不同方向的弯曲腔体，弯曲腔底板上具有复合型颗粒的调谐球体内部放置多个半径更小的颗粒调谐球体，每个弯曲腔体下面设置多个可调压力气囊来实现对弯曲腔底板半径的调整，这样该调谐减振装置对于不同频率的高耸结构在不同方向上均能达到最优的耗能效果。对实际工程的减振控制具有重大的意义。
发明内容
为了满足不同频率的高耸结构的需要以获得更好的减振效果，本发明提出了一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，在风或地震作用下，不仅能实现任意方向地震或风荷载作用下的减振耗能，而且能针对不同的高耸结构调整复合型颗粒的滚动频率，进而使每一个调谐减振装置都能达到最优或者较优的耗能减振效果，保证高耸结构的安全。本调谐减振装置具有调节方便、布置灵活、耗能效率高等特点。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：该装置主要包括弯曲腔顶板(1)、腔体端部缓冲限位板(2)、具有复合型颗粒的调谐球体(3)、弯曲腔底板(4)、可调压力气囊(5)、气囊支撑架(6)、整体水平支撑钢板(7)和整体斜支撑(8)。弯曲腔底板(4)与整体水平支撑钢板(7)固接，弯曲腔底板(4)设置竖直方向的腔体端部缓冲限位板(2)，腔体端部缓冲限位板(2)的顶部与弯曲腔顶板(1)连接；每个弯曲腔底板(4)上放置一个或多个具有复合型颗粒的调谐球体(3)，可调压力气囊(5)一端固定在弯曲腔底板(4)下表面，一端与气囊支撑架(6)连接，连接方式为固接，气囊支撑架(6)安装在整体水平支撑钢板(7)上，整个装置通过底部整体斜支撑(8)固定于高耸结构主体上。通过合理地设置弯曲腔底板的数量、具有复合型颗粒的调谐球体的质量和质量球内部各小颗粒调谐球体的半径，以及合理的调节各弯曲腔底板的半径，使自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置的复合型颗粒调谐球体的滚动频率与高耸结构的自振频率相等或接近，从而实现对不同频率的高耸结构的减振控制，降低高耸结构动力响应。
弯曲腔底板(4)选用柔性和耐候性较好的材料，具体材料包括钢材、铝合金等，确保在可调压力气囊(5)作用下能够有效地调节其半径。设高耸结构的自振频率为f(单位为Hz)，所述弯曲腔底板(4)的等效半径的长度限值范围为0.18/f2到0.50/f2之间(单位为m)，所述弯曲腔底板(4)的弧长在等效半径的1.2倍到1.8倍之间。
弯曲腔底板(4)等分地设置在不同方向上，每一个方向上弯曲腔底板(4)的半径都能根据实际结构的要求做出相应的调整，确保在风或地震时，在任意方向的振动下复合型颗粒的调谐球体(3)都能发生有效的调谐耗能和碰撞耗能。
具有复合型颗粒的调谐球体(3)颗粒调谐球体的直径与弯曲腔体高度的比例在1/2到1之间，每个复合型颗粒调谐球体内部被分隔为若干个小空间，每个小空间放置不同半径的小颗粒调谐球体，小颗粒调谐球体和复合型颗粒调谐球体直径比在1/50到1/5之间，从而进一步增加该调谐减振装置的调谐能力和耗能能力。
可调压力气囊(5)通过向可调压力气囊的橡胶气囊体内冲入压缩空气，控制橡胶气囊体内部的气压就可以调整其高度，通用性较好，通过调节可调压力气囊的高度就可以调整弯曲腔底板的半径，从而满足不同高耸结构的应用。
腔体端部缓冲限位板(2)高度与弯曲腔顶板和弯曲腔底板内壁的高度差一致，宽度在高度的1/10到1/2之间。具体材料包括泡沫塑料、气垫薄膜和橡胶中任一种或多种。当具有复合型颗粒的调谐球体在弯曲腔底板上运动时使球体能发生碰撞运动，从而起到吸收能量，耗能减振的效果。
整体斜支撑(8)与高耸结构用螺栓连接，整个调谐减振装置附着在结构上，不会对原结构产生太大的影响。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：
1)本发明中一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，通过合理地设置弯曲腔底板的数量、具有复合型颗粒的调谐球体的质量和复合型颗粒球体内部各小颗粒球体的半径，以及合理的调节各弯曲腔底板的半径，使阻尼器复合型颗粒调谐球体的的滚动频率与高耸结构自振频率相等或接近，从而实现对不同频率的高耸结构的减振控制，降低塔式结构动力响应。
2)本发明中一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，可调压力气囊的高度可以根据实际需求通过控制其橡胶气囊体内部的气压大小进行改变，便于根据结构实际情况来调整装置弯曲腔底板的半径。
3)本发明中一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，弯曲腔底板的布置方式使得调谐减振装置各振动方向的自振频率可单独控制，在任意方向的地震作用下均能发生有效的碰撞耗能和调谐耗能。
4)本发明中一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，弯曲腔底板上的具有复合型颗粒的调谐球体，在结构发生振动时，不仅发生复合型颗粒调谐球体与腔体端部缓冲限位板碰撞和运动，而且复合型颗粒调谐球体与内部的小颗粒调谐球体之间也会发生碰撞和运动，产生耗能能力和阻尼效果，从而提高减振效果。
附图说明
图1为本发明轨道半径可调节式颗粒碰撞阻尼器的正视图。
图2为本发明轨道半径可调节式颗粒碰撞阻尼器的俯视图。
图3为本发明可调压力气囊的正视图。
图4为本发明具有复合型颗粒的调谐球体的剖面图。
图5为本发明整体水平支撑钢板处的剖面图。
图6为本发明可调压力气囊的橡胶气囊体的组成图。
图7为本发明气囊支撑架的立体图。
图中：1－弯曲腔顶板、2－腔体端部缓冲限位板、3－具有复合型颗粒的调谐球体、4－弯曲腔底板、5－可调压力气囊、6－气囊支撑架、7－整体水平支撑钢板、8－整体斜支撑、9－高耸结构、10－透气口、11－螺栓孔、12－上盖板、13－橡胶气囊体、14－下盖板、15－橡胶外层、16－帘线层、17－橡胶内层。
具体实施方式
实施例1：
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，是本发明一种自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置实施例，其主要包括：弯曲腔顶板(1)、腔体端部缓冲限位板(2)、具有复合型颗粒的调谐球体(3)、弯曲腔底板(4)、可调压力气囊(5)、气囊支撑架(6)、整体水平支撑钢板(7)和整体斜支撑(8)。
实施步骤如下：
1)对于一个110kV复合横担输电塔结构。结构高度为41.7m，走廊宽度为7.4m，底部宽度为7.1m，塔的第一自振周期为1.2s，频率是0.833Hz，计划在建筑结构27.8m高度或以上处安装自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置。
2)确定每个弯曲腔底板的等效半径的长度为0.72m，弯曲腔底板的弧长为1.3m。弯曲腔底板选用柔性较好的材料，便于弯曲腔底板的半径根据实际情况通过可调压力气囊调节，弯曲腔底板底部设置竖直方向的腔体端部缓冲限位板，高度为0.8m，宽度为0.1m。
3)确定每个具有复合型颗粒的调谐球体的直径为0.6m，复合型颗粒调谐球体内部小颗粒调谐球体的直径在0.01m到0.12m之间，复合型颗粒调谐球体放置在弯曲腔底板上。
4)本实施例采用单曲囊式可调压力气囊，一端与弯曲腔底板连接，另一端与气囊支撑架连接，两端用螺栓方式连接。气囊支撑架与整体水平支撑钢板严格固结。
5)通过模态测试技术获得高耸结构的频率，适当调整可调压力气囊的高度从而改变弯曲腔底板的半径，最终使复合型颗粒调谐球体的滚动频率与结构基本频率相吻合。
6)各构件按规定位置摆放固定后，把整体斜支撑和整体水平支撑钢板用锚固螺栓连接，整体斜支撑用锚固螺栓固定到高耸结构，整体斜支撑和整体水平支撑钢板选用Q345钢。确保整个调谐减振装置的可靠性和稳定性。
以上为本发明的一个典型实施例，但本发明的实施不限于此。
Claims (7)
1.自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：该装置包括弯曲腔顶板(1)、腔体端部缓冲限位板(2)、具有复合型颗粒的调谐球体(3)、弯曲腔底板(4)、可调压力气囊(5)、气囊支撑架(6)、整体水平支撑钢板(7)和整体斜支撑(8)；弯曲腔底板(4)与整体水平支撑钢板(7)固接，弯曲腔底板(4)底部设置竖直方向的腔体端部缓冲限位板(2)，腔体端部缓冲限位板(2)的顶部与弯曲腔顶板(1)连接；每个弯曲腔底板(4)上放置有一个或多个具有复合型颗粒的调谐球体(3)；可调压力气囊(5)一端固定在弯曲腔底板(4)下表面，一端与气囊支撑架(6)固接；气囊支撑架(6)安装在整体水平支撑钢板(7)上，整个装置通过底部的整体斜支撑(8)固定于高耸结构主体上；通过合理地设置弯曲腔底板(4)的数量、具有复合型颗粒的调谐球体的质量和质量球内部各小颗粒调谐球体的半径，以及合理的调节各弯曲腔底板(4)的半径，使自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置的复合型颗粒调谐球体的滚动频率与高耸结构的自振频率相等或接近，从而实现对不同频率的高耸结构的减振控制，降低高耸结构动力响应。
2.根据权利要求1所述的自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：所述弯曲腔底板(4)选用钢材或铝合金，确保在可调压力气囊(5)作用下能够有效地调节其半径；设结构的自振频率为f，所述弯曲腔底板(4)的等效半径的长度限值范围为0.18/f2到0.50/f2之间，所述弯曲腔底板(4)的弧长在等效半径的1.2倍到1.8倍之间。
3.根据权利要求1所述的自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：所述弯曲腔底板(4)等分地设置在不同方向上，每一个方向上弯曲腔底板(4)的半径都能根据实际结构的要求做出相应的调整，确保在风或地震时，在任意方向的振动下复合型颗粒的调谐球体(3)都能发生有效的调谐耗能和碰撞耗能。
4.根据权利要求1所述的自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：所述具有复合型颗粒的调谐球体(3)颗粒调谐球体的直径与弯曲腔体高度的比例在1/2到1之间，每个复合型颗粒调谐球体内部被分隔为若干个小空间，每个小空间放置不同半径的小颗粒调谐球体，小颗粒调谐球体和复合型颗粒调谐球体直径比在1/50到1/5之间，从而进一步增加该调谐减振装置的调谐能力和耗能能力。
5.根据权利要求1所述的自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：所述可调压力气囊(5)通过向可调压力气囊的橡胶气囊体内冲入压缩空气，控制橡胶气囊体内部的气压就能够调整其高度，通用性较好，通过调节可调压力气囊的高度就调整弯曲腔底板的半径，从而满足不同高耸结构的应用。
6.根据权利要求1所述的自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：所述腔体端部缓冲限位板(2)高度与弯曲腔顶板和弯曲腔底板内壁的高度差一致，宽度在高度的1/10到1/2之间；腔体端部缓冲限位板(2)的材料包括泡沫塑料、气垫薄膜和橡胶中任一种或多种；当具有复合型颗粒的调谐球体在弯曲腔底板上运动时使球体能发生碰撞运动，从而起到吸收能量，耗能减振的效果。
7.根据权利要求1所述的自振频率可调式多弯曲腔复合型颗粒调谐减振装置，其特征在于：所述整体斜支撑(8)与高耸结构用螺栓连接，整个调谐减振装置附着在高耸结构上，不会对高耸结构产生影响。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20200619 |