CN110424563A - 一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器 - Google Patents

一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器，包括固定吊梁、刚性连接框架、质量块、吊绳和多功能阻尼底座，固定吊梁位于刚性连接框架的外侧顶部区域，并通过吊绳与刚性连接框架的底部连接，质量块位于刚性连接框架围成的空间区域的内部，且刚性连接框架的顶部通过吊绳与质量块的底部连接，多功能阻尼底座包括驱动机构和导轨板，导轨板与质量块的底部连接，驱动机构与导轨板连接并驱动导轨板带动质量块往复移动。该振动控制阻尼器的刚性连接框架与多功能阻尼底座共用一个质量块，减少了振动控制阻尼器占用的竖向空间。刚性连接框架与质量块组成上部多摆振动控制器，多功能阻尼底座与质量块组成下部多功能振动控制器，两者的结合可适应多种高层建筑环境并提高振动控制效果及可靠性。

Description

一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器
技术领域
本发明涉及建筑工程领域，尤其涉及一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器。
背景技术
振动控制阻尼器分为主动控制阻尼器和被动控制阻尼器，它们分别存在控制效果不佳和可靠性差的缺陷。为此，国内专家学者提出相关的主动控制与被动控制相结合的振动控制器，但这些传统的振动控制器可拓展性较差，适应性较差、占用的建筑空间较大。造成建筑结构设计难度增加和经济性较差的问题，在一定程度上阻碍了振动控制器的进一步发展。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有存在的技术问题，本发明提供一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器，解决了现有技术中存在占用的建筑空间较大、适应性较差、系统可靠性差的问题。
(二)技术方案
为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：
一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器，包括固定吊梁、刚性连接框架、质量块、吊绳和多功能阻尼底座，固定吊梁位于刚性连接框架的外侧顶部区域，并通过吊绳与刚性连接框架的底部连接，刚性连接框架由多个承重模块沿周向依次拼接形成，相邻两个承重模块之间通过连接梁可拆卸连接，质量块位于刚性连接框架围成的空间区域的内部，且刚性连接框架的顶部通过吊绳与质量块的底部连接，多功能阻尼底座包括驱动机构和导轨板，导轨板与质量块的底部连接，驱动机构与导轨板连接并驱动导轨板带动质量块往复移动。
根据本发明，设有多个刚性连接框架，多个刚性连接框架依次相互套设并同轴设置，固定吊梁通过吊绳与最外层的刚性连接框架的底部连接，最内层的刚性连接框架的顶部通过吊绳与质量块的底部连接，相邻的两个刚性连接框架中，位于外侧的刚性连接框架的顶部通过吊绳与位于内侧的刚性连接框架的底部连接。
根据本发明，每个承重模块包括上端箱型梁、下端箱型梁以及连接在上端箱型梁和下端箱型梁之间的至少两条折形柱，每个承重模块的上端箱型梁和下端箱型梁与相邻的承重模块的上端箱型梁和下端箱型梁分别通过连接梁可拆卸连接，每个折形柱的上部相对于下部朝向刚性连接框架围成的空间区域弯折。
根据本发明，折形柱包括成角度连接的第一柱体和第二柱体，第一柱体垂直于刚性连接框架的底面设置且第一柱体的下端与下端箱型梁连接，第二柱体的上端与上端箱形梁连接。
根据本发明，质量块包括上下叠置的第一质量块和第二质量块，且第一质量块和第二质量块的横截面为同方向设置的十字形，第一质量块的横截面小于第二质量块的横截面积。
根据本发明，质量块的下端面设置有质量块底座，质量块底座上设有吊绳锚件，刚性连接框架的顶部通过吊绳与吊绳与吊绳锚件连接。
根据本发明，振动控制阻尼器设有两个垂直设置的导轨板，分别为第一导轨板和第二导轨板，第一导轨板位于第二导轨板的上方，质量块与第一导轨板和第二导轨板均可滑动连接，驱动机构包括相互垂直设置的第一轨道和第二轨道以及作动器，第一轨道的两端分别设有一个作动器，用于驱动第一导轨板沿第一轨道往复移动，以带动质量块往复移动，第二轨道的两端分别设有一个作动器，用于驱动第二导轨板沿第二轨道往复移动，以带动质量块往复移动。
根据本发明，驱动机构还包括滑动杆，第一导轨板和第二导轨板上分别沿其长度方向设有第一通孔和第二通孔，滑动杆的第一端与质量块的底部固定连接，滑动杆的第二端穿过第一通孔和第二通孔后延伸至第二导轨板的底部，滑动杆的第二端与第一通孔和第二通孔滑动连接。
根据本发明，吊绳由多根钢丝绳组成，且每根钢丝绳的强度大于1470N/mm2。
(三)有益效果
本发明的有益效果是：
本发明提供的一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器，刚性连接框架与质量块组成上部多摆振动控制器，多功能阻尼底座与质量块组成下部多功能振动控制器，由于刚性连接框架与多功能阻尼底座同时与质量块连接，使得上部多摆振动控制器和下部多功能振动控制器共用一个质量块，进而减少了振动控制阻尼器占用的竖向空间，且提高了振动控制效果及可靠性，可适应多种高层建筑环境。当需增加振动控制效果时，拓展外层刚性连接框架，也可以大大减小振动控制器所占的竖向空间。
附图说明
图1为本发明振动控制阻尼器的整体结构示意图；
图2为本发明刚性连接框架的结构示意图；
图3为本发明承重模块的结构示意图；
图4为本发明质量块及质量块底座的结构示意图；
图5为本发明多功能阻尼底座的结构示意图；
图6为本发明吊绳的结构示意图；
图7为本发明固定吊梁的结构示意图。
【附图标记说明】
1：固定吊梁；2：刚性连接框架；21：承重模块；211：上端箱型梁；212：下端箱型梁；2121：弯折杆；2122：连接杆；213：折形柱；2131：第一柱体；2132：第二柱体；22：连接梁；
3：质量块；31：第一质量块；32：第二质量块；
4：多功能阻尼底座；41：第一导轨板；411：第一通孔；
42：第二导轨板；421：第二通孔；43：第一轨道；44：第二轨道；45：作动器；46：托架；5：吊绳；
6：质量块底座；61：吊绳锚件。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
参照图1-图7，本实施例一方面提供了一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器，包括固定吊梁1、刚性连接框架2、质量块3、吊绳5和多功能阻尼底座4。
具体地，固定吊梁1位于刚性连接框架2的外侧顶部区域，并通过吊绳5与刚性连接框架2的底部连接，刚性连接框架2由多个承重模块21沿周向依次拼接形成，相邻两个承重模块21之间通过连接梁22可拆卸连接，质量块3位于刚性连接框架2围成的空间区域的内部，且刚性连接框架2的顶部通过吊绳5与质量块3的底部连接，多功能阻尼底座4包括驱动机构和导轨板，导轨板与质量块3的底部连接，驱动机构与导轨板连接并驱动导轨板带动质量块3往复移动。
在本实施例中，刚性连接框架2与质量块3组成上部多摆振动控制器，多功能阻尼底座4与质量块3组成下部多功能振动控制器，由于刚性连接框架2与多功能阻尼底座4同时与质量块3连接，使得上部多摆振动控制器和下部多功能振动控制器共用一个质量块3，进而减少了振动控制阻尼器占用的竖向空间，且提高了振动控制效果及可靠性，可适应多种高层建筑环境。根据不同的建筑空间，选用多个承重模块21通过不同尺寸连接梁22灵活组合，这样可以避开原有建筑结构的构件。并且在拓展刚性连接框架2的同时，也可以大大减小振动控制器所占的竖向空间。
其中，固定吊梁1由箱型梁并在箱型梁上开孔制成，吊绳5通过固定吊梁1上的开孔与固定吊梁1连接，开孔的尺寸与形状根据实际受力情况设计确定，固定吊梁1可通过螺栓或预埋件与剪力墙或者其他建筑承重构件连接在一起。
吊绳5由多根钢丝绳组成，钢丝绳的直径和强度由具体受力确定设计确定。且每根钢丝绳的强度大于1470N/mm2，根据具体受力可选用钢丝绳的强度为1470N/mm2，1570N/mm2，1670N/mm2，1770N/mm2，1870N/mm2或者1960N/mm2。
进一步地，振动控制阻尼器设有多个上述的刚性连接框架2，多个刚性连接框架2依次相互套设并同轴设置，固定吊梁1通过吊绳5与最外层的刚性连接框架2的底部连接，最内层的刚性连接框架2的顶部通过吊绳5与质量块3的底部连接，相邻的两个刚性连接框架2中，位于外侧的刚性连接框架2的顶部通过吊绳5与位于内侧的刚性连接框架2的底部连接。根据实际受力情况，通过增加多个刚性连接框架2不仅可以减小每根吊绳5的承重，提高了吊绳5的使用寿命，而且还提高了振动控制阻尼器整体的稳定性，进一步增强了振动控制效果。
在本实施例中，如图1示出的振动控制阻尼器选用两个刚性连接框架2。另外，为便于加工和安装，多个刚性连接框架2的上端面和下端面分别在同一水平面上。
在建筑工程中，振动控制阻尼器占用的竖向空间过大，会给建筑的设计增加难度，并且增加了经济成本，因此需减小振动控制阻尼器占用的竖向空间。在本实施例中，刚性连接框架2由4个承重模块21沿周向依次拼接形成，相邻两个承重模块21之间通过连接梁22连接。
具体地，每个承重模块21包括上端箱型梁211、下端箱型梁212以及连接在上端箱型梁211和下端箱型梁212之间的至少两条折形柱213，每个承重模块21的上端箱型梁211和下端箱型梁212与相邻的承重模块21的上端箱型梁211和下端箱型梁212分别通过连接梁22可拆卸连接，每个折形柱213的上部相对于下部朝向刚性连接框架2围成的空间区域弯折。在本实施例中，上端箱型梁211和下端箱型梁212间通过两个折形柱213连接，另外上端箱型梁211和下端箱型梁212分别通过连接板与连接梁22可拆卸连接。
具体地，折形柱213包括成角度连接的第一柱体2131和第二柱体2132，第一柱体2131垂直于刚性连接框架2的底面设置且第一柱体2131的下端与下端箱型梁212连接，第二柱体2132的上端与上端箱形梁连接。可将同一刚性连接框架2的上端箱型梁211、下端箱型梁212在竖直方向上错开，便于每个刚性连接框架2之间的相互连接。
在实际应用中，为了更加方便相邻两个下端箱型梁212与连接梁22之间的连接，每个下端箱型梁212包括弯折杆2121以及连接杆2122，弯折杆2121的两端按照图3中示出的向刚性连接框架2围成的空间区域弯折一定角度，连接杆2122连接在两个弯折边之间，连接杆2122与弯折杆2121的中部之间形成间隙，更方便于吊绳5通过此间隙与下端箱型梁212连接。上述的第一柱体2131的下端直接与连接杆2122进行固定。另外，第一柱体2131与第二柱体2132的连接处一般通过钢板连接，当然也可以采用其他方式连接，这里不做限定。
进一步地，质量块3包括上下叠置的第一质量块31和第二质量块32，且第一质量块31和第二质量块32的横截面为同方向设置的十字形，第一质量块31的横截面小于第二质量块32的横截面。将第一质量块31和第二质量的横截面为同方向设置的十字形可便于吊绳5的安装。当振动阻尼器工作时，由于第一质量块31的横截面小于第二质量块32的横截面积，因此质量块3晃动时不易与刚性连接框架2碰撞，保证了振动控制的效果。质量块3的横截面形状和质量由具体减振效果计算确定，当然质量块3可由钢板逐层叠放焊接或者装入相应形状的钢箱中形成，也可由其他重物按一定形状并可靠相连而成，在这里不做限定。
在实际应用中，为便于安装连接，质量块3的下端面设置有质量块底座6，质量块底座6上设有吊绳锚件61，刚性连接框架2的顶部通过吊绳5与吊绳锚件61连接，具体为最内层的刚性连接框架2与吊绳锚件61连接。
在本实施例中，振动控制阻尼器设有两个垂直设置的导轨板，分别为第一导轨板41和第二导轨板42。质量块3与第一导轨板41和第二导轨板42均可滑动连接，驱动机构包括相互垂直设置的第一轨道43和第二轨道44以及作动器45，第一轨道43的两端分别设有一个作动器45，用于驱动第一导轨板41沿第一轨道43往复移动，以带动质量块3往复移动。第一导轨板41位于第二导轨板42的上方，且第二轨道44的两端分别设有一个作动器45，用于驱动第二导轨板42沿第二轨道44往复移动，以带动质量块3往复移动。在实际应用中，第一轨道43和第二轨道44为螺杆，第一导轨板41的两端和第二导轨板42的两端分别与第一轨道43和第二轨道44螺纹连接。
具体地，驱动机构还包括滑动杆。第一导轨板41和第二导轨板42上分别沿其长度方向设有第一通孔411和第二通孔421，滑动杆的第一端与质量块3的底部固定连接，滑动杆的第二端穿过第一通孔411和第二通孔421后延伸至第二导轨板42的底部，滑动杆的第二端与第一通孔411和第二通孔421滑动连接。在本实施例中滑动杆也选用螺杆。
在具体的实施过程中，多功能阻尼底座4的底部还设有托架46，托架46固定连接在楼板或剪力墙上。
正常情况下，作动器45推动第一导轨、第二导轨转动，第一导轨、第二导轨分别带动第一导轨板41和第二导轨板42运动，第一导轨板41和第二导轨板42带动质量块3与建筑结构振动相反的方向移动，从而可以减小建筑结构的振动(建筑结构加速度和位移值均可减小)，进而达到预期的减振效果。当作动器45出现故障时，连接在吊绳5的下方的质量块3仍然可以独立地随着结构响应做相反方向的运动，结构振动影响可以控制在一定范围内，其可靠性高，进而可以很好克服现有技术的不足。
本实施例另一方面提供了一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器的制作方法，包括以下步骤：
(a)首先按照工程实际要求计算出钢丝绳的长度和数量和刚性连接框架2所需的数量，再根据质量块3的质量确定刚性连接框架2各部份的具体尺寸和固定吊梁1的尺寸。
(b)根据计算好的各部分部件的具体尺寸和数量，加工固定吊梁1、吊绳5、连接梁22、承重模块21、连接板件及质量块3切割的钢板等部件。
(c)根据减振目标等具体条件选定相应性能的作动器45，并加工好导轨板和多功能阻尼底座4。
(d)将上述部件运到施工现场，并拼装好各个部件后，用吊绳5把拼装好的部件通过螺栓和锚具连接在一起，即可形成多功能可拓展模块的振动控制阻尼器。
(f)将组装好的振动控制阻尼器通过多功能阻尼底座4和固定吊梁1的锚固板分别连接在高层结构指定的楼板和剪力墙上。
本发明充分利用刚性连接框架2的可拓展性、上部多摆振动控制器的低耗能性、和下部多功能振动控制器的有效性，提出了一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器。
在本申请中刚性连接框架2与多功能阻尼底座4共用一个质量块3，减少了振动控制阻尼器占用的竖向空间。刚性连接框架2与质量块3组成上部多摆振动控制器，多功能阻尼底座4与质量块3组成下部多功能振动控制器，两者的结合可适应多种高层建筑环境并提高振动控制效果及可靠性。多功能阻尼底座4一方面可以提供驱动作用，另一方面当驱动机构出现故障时，多功能阻尼底座4也可以为上部多摆振动控制器提供阻尼。当下部多功能振动控制器出现故障时，上部多摆振动控制器仍可以独立地正常工作，从而提高整个系统的可靠度。当需增加振动控制效果时，拓展外层刚性连接框架2，可以大大减小振动控制器所占的竖向空间。
需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种多功能可拓展模块的振动控制阻尼器，其特征在于，包括固定吊梁(1)、刚性连接框架(2)、质量块(3)、吊绳(5)和多功能阻尼底座(4)；
所述固定吊梁(1)位于所述刚性连接框架(2)的外侧顶部区域，并通过所述吊绳(5)与所述刚性连接框架(2)的底部连接；
所述刚性连接框架(2)由多个承重模块(21)沿周向依次拼接形成，相邻两个承重模块(21)之间通过连接梁(22)可拆卸连接；
所述质量块(3)位于所述刚性连接框架(2)围成的空间区域的内部，且所述刚性连接框架(2)的顶部通过所述吊绳(5)与所述质量块(3)的底部连接；
所述多功能阻尼底座(4)包括驱动机构和导轨板，所述导轨板与所述质量块(3)的底部连接，所述驱动机构与所述导轨板连接并驱动所述导轨板带动所述质量块(3)往复移动。
2.如权利要求1所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
设有多个所述刚性连接框架(2)，多个所述刚性连接框架(2)依次相互套设并同轴设置；
所述固定吊梁(1)通过所述吊绳(5)与最外层的所述刚性连接框架(2)的底部连接，最内层的所述刚性连接框架(2)的顶部通过所述吊绳(5)与所述质量块(3)的底部连接；
相邻的两个所述刚性连接框架(2)中，位于外侧的刚性连接框架的顶部通过所述吊绳(5)与位于内侧的刚性连接框架的底部连接。
3.如权利要求1所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
每个所述承重模块(21)包括上端箱型梁(211)、下端箱型梁(212)以及连接在上端箱型梁(211)和下端箱型梁(212)之间的至少两条折形柱(213)；
每个所述承重模块(21)的上端箱型梁(211)和下端箱型梁(212)与相邻的承重模块(21)的上端箱型梁(211)和下端箱型梁(212)分别通过所述连接梁(22)可拆卸连接；
每个所述折形柱(213)的上部相对于下部朝向所述刚性连接框架2围成的空间区域弯折。
4.如权利要求3所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
所述折形柱(213)包括成角度连接的第一柱体(2131)和第二柱体(2132)，所述第一柱体(2131)垂直于所述刚性连接框架(2)的底面设置且所述第一柱体(2131)的下端与所述下端箱型梁(212)连接，所述第二柱体(2132)的上端与所述上端箱形梁连接。
5.如权利要求4所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
所述质量块(3)包括上下叠置的第一质量块(31)和第二质量块(32)，且第一质量块(31)和第二质量块(32)的横截面为同方向设置的十字形，所述第一质量块(31)的横截面小于所述第二质量块(32)的横截面积。
6.如权利要求5所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
所述质量块(3)的下端面设置有质量块底座(6)，所述质量块底座(6)上设有吊绳锚件(61)，所述刚性连接框架(2)的顶部通过所述吊绳(5)与所述吊绳(5)与吊绳锚件(61)连接。
7.如权利要求1所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
设有两个垂直设置的导轨板，分别为第一导轨板(41)和第二导轨板(42)，所述第一导轨板(41)位于所述第二导轨板(42)的上方，所述质量块(3)与所述第一导轨板(41)和所述第二导轨板(42)均可滑动连接；
所述驱动机构包括相互垂直设置的第一轨道(43)和第二轨道(44)以及作动器(45)，所述第一轨道(43)的两端分别设有一个所述作动器(45)，用于驱动所述第一导轨板(41)沿所述第一轨道(43)往复移动，以带动所述质量块(3)往复移动；
所述第二轨道(44)的两端分别设有一个所述作动器(45)，用于驱动所述第二导轨板(42)沿所述第二轨道(44)往复移动，以带动所述质量块(3)往复移动。
8.如权利要求7所述的振动控制阻尼器，其特征在于，
所述驱动机构还包括滑动杆；
所述第一导轨板(41)和所述第二导轨板(42)上分别沿其长度方向设有第一通孔(411)和第二通孔(421)，所述滑动杆的第一端与所述质量块(3)的底部固定连接；
所述滑动杆的第二端穿过所述第一通孔(411)和所述第二通孔(421)后延伸至所述第二导轨板(42)的底部，所述滑动杆的第二端与所述第一通孔(411)和第二通孔(421)滑动连接。
9.如权利要求8所述的振动控制阻尼器，其特征在于，所述吊绳(5)由多根钢丝绳组成，且每根所述钢丝绳的强度大于1470N/mm2。
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