CN110644639A - 一种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及结构减振领域，具体为一种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法，包括吊板、底板和质量块，吊板固定在建筑结构体的顶部并通过弹簧一连接质量块，底板固定在建筑结构体上，质量块的侧壁上铰接连接有多个阻尼机构一，阻尼机构一的下端铰接连接在建筑结构体上，每个所述阻尼机构一通过液压管连接一个阻尼机构二，阻尼机构二固定在建筑结构体上，底板上设置有配重块，配重块可通过回位机构连接质量块，配重块可与阻尼机构二连接。该种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法，能够根据振动大小程度自适应调节耗能大小，而且可以促进质量块尽快回位，从而提高建筑结构体的抗振性能，提高建筑结构的使用寿命和安全性。

Description

一种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法

技术领域

本发明涉及结构减振领域，具体为一种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法。

背景技术

对于大型的高层的建筑为了提高整个结构的抗振能力通常会在建筑结构体内加设减振机构。现有的减振机构通常会采用调谐质量阻尼器对建筑结构进行减振，而现有的调谐质量阻尼器在应对建筑构件的横向振动时，由于其抗阻耗能作用不佳，因此其对建筑构件的横向减振效果也不佳，并且在建筑构件遇到扭转振动时，由于现有的调谐质量阻尼器中的质量块同时也受到横向振动，因此质量并不会处于整个减振机构的中心位置，就会导致抗扭转特性反而变差，加大建筑构件的扭转程度，鉴于此，我们提出一种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种应用于建筑结构的消振装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种应用于建筑结构的消振装置，包括吊板、底板和质量块，吊板固定在建筑结构体的顶部并通过弹簧一连接质量块，且底板位于质量块的下方，且底板固定在建筑结构体上，质量块的侧壁上铰接连接有多个阻尼机构一，且阻尼机构一的下端铰接连接在建筑结构体上，每个所述阻尼机构一通过液压管连接一个阻尼机构二，且阻尼机构二固定在建筑结构体上，底板上垂直固定有的滑杆，所述滑杆上滑动连接有配重块，且配重块通过弹簧三连接底板，配重块的竖直中心轴向处开设有贯通的孔槽，配重块通过孔槽滑动连接在滑杆上，配重块的上端面可通过回位机构连接质量块，配重块的外侧壁固定有环板，环板可与阻尼机构二连接。

优选的，弹簧一不少于三个，并呈倒锥形均布设置，且弹簧一的下端与质量块的上端部连接。

优选的，多个所述阻尼机构一沿质量块的圆周走向等间隔排列，阻尼机构一包括柱筒一和麻花杆，且柱筒一的下端铰接在建筑结构体上，麻花杆一端铰接连接质量块，另一端位于柱筒一的内部，且麻花杆位于柱筒一内部的一端固定有活塞柱一，且活塞柱一可在柱筒一内滑动。

优选的，阻尼机构一还包括摩擦筒，摩擦筒的两端面均开设有避让通口，柱筒一的上端同轴固定连接在摩擦筒下端面的避让通口处，摩擦筒的内部定轴转动连接有转盘，转盘的中心处开设有一字型的通孔，且通孔的尺寸与麻花杆的横切面尺寸配合，麻花杆滑动穿过通孔与转盘连接，同时也穿过摩擦筒两个端面的避让通口。

优选的，转盘的外侧面沿转盘的圆周走向等间隔开设有有多个滑槽，且滑槽中心线与转盘的轴线方向垂直，滑槽内滑动插接有导向柱，且导向柱指向滑槽外侧的一端固定有摩擦板，且摩擦板为弧形板状，并且摩擦板的外弧面与摩擦筒的内壁面接触。

优选的，阻尼机构二包括柱筒二，且柱筒二固定在建筑结构体上，柱筒二内壁滑动连接有活塞柱二，且活塞柱二的下表面中心处固定有竖直向下的顶杆，且顶杆的下端可与环板的上表面接触，活塞柱二的下表面与柱筒二的下端口之间通过弹簧二连接。

优选的，柱筒一的下端部与液压管的上端连接，柱筒二的上端面与液压管的下端连接，且柱筒一的内部通过液压管与柱筒二连通，柱筒一和柱筒二的内部填充有流体。

优选的，回位机构包括固定在建筑结构体侧壁上的固定板，固定板的中心处定轴转动连接有蜗杆，蜗杆的下端同轴固定有套筒，套筒的内侧壁上沿内侧壁走向开设有螺旋状的导向槽，配重块的上端面中心处固定有竖直向上的升降杆，升降杆的上端部滑动插接在套筒内部，且升降杆的上端侧壁上固定有滑块，且滑块滑动连接在导向槽内。

优选的，固定板上表面定轴转动连接有多个涡轮，且多个所述涡轮沿蜗杆的周壁等间隔分布，每一个所述涡轮均与蜗杆啮合连接，蜗杆上固定有摆杆。

本发明还提供了一种应用于建筑结构的消振装置的使用方法，包括以下步骤：

步骤一：质量块的偏移使得阻尼机构一对质量块因振动获得的能量进行消耗；

步骤二：阻尼机构二带动配重块运动，并通过回位机构促使质量块回位；

步骤三：质量块回位过程中，阻尼机构一、阻尼机构二和回位机构均对质量块因振动获得的能量进行消耗。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明中，采用摩擦筒和转盘，并在麻花杆的作用下使得转盘带动摩擦板与摩擦筒之间做功，消耗质量块因振动获得的能量，起到减震作用，由于离心力随转盘转速的增加而增加，因此质量块受到振动越大，带动麻花杆移动的速度越快，从而转盘的转速越快，进而使得摩擦板受到的离心力越大，即摩擦力做功越多，从而实现根据振动大小自动调节对振动能耗的损耗，提高减振效果，并且在质量块在移动的同时其上部的弹簧一受力形变蓄能并阻碍质量块的移动，也起到减振作用；

本发明中，通过阻尼机构一和阻尼机构二中的流体流动一方面对质量块因振动获得的能量进行消耗，另一方面驱使回位机构对质量块进行作用，使得质量块尽快回位，避免在受到扭转振动时质量块偏移位置较大，从而提高建筑结构体的抗扭转振动特性，提高建筑结构的使用寿命和安全性，并且在此过程中同样也会对质量块因振动获得的能量进行消耗，从而提高整个装置的消振能力，更好的保护建筑结构体。

附图说明

图1为本发明的总装截面结构示意图；

图2为本发明中的阻尼机构一和阻尼机构二结构示意图；

图3为图2中的A-A截面结构示意图；

图4为本发明中的回位机构结构示意图；

图5为本发明中的升降杆和套筒的连接结构示意图。

图中：1-吊板；2-弹簧一；3-质量块；4-阻尼机构一；5-回位机构；6-阻尼机构二；7-滑杆；8-配重块；9-底板；10-摩擦筒；11-转盘；12-麻花杆；13-活塞柱一；14-柱筒一；15-液压管；16-柱筒二；17-活塞柱二；18-顶杆；19-弹簧二；20-环板；21-通孔；22-滑槽；23-导向柱；24-摩擦板；25-固定板；26-升降杆；27-蜗杆；28-涡轮；29-摆杆；30-套筒；31-导向槽；32-滑块；33-弹簧三。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术工作人员员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-5，本发明提供一种技术方案：一种应用于建筑结构的消振装置，包括吊板1、底板9和质量块3，吊板1固定在建筑结构体的顶部并通过弹簧一2连接质量块3，且底板9位于质量块3的下方，且底板9固定在建筑结构体上，质量块3的侧壁上铰接连接有多个阻尼机构一4，且阻尼机构一4的下端铰接连接在建筑结构体上，每个所述阻尼机构一4通过液压管15连接一个阻尼机构二6，且阻尼机构二6固定在建筑结构体上，底板9上垂直固定有的滑杆7，滑杆7上滑动连接有配重块8，且配重块8通过弹簧三33连接底板9，配重块8的竖直中心轴向处开设有贯通的孔槽，且配重块8通过孔槽滑动连接在滑杆7上，且配重块8的上端面可通过回位机构5连接质量块3，从图1上看，29摆杆的个数有多个，并且均布在质量块3的周围，这样才能对向任意方向偏移的质量块3起到回位作用，因为质量块3和蜗杆27的后侧也有摆杆29，因此质量块3和蜗杆27将后侧的摆杆29上部和下部遮挡了，不能完全显示出来，从图1的角度看，由于质量块3和蜗杆27之间有间隙，不接触，因此仅能看到一部分质量块3和蜗杆27后侧的摆杆29；配重块8的外侧壁固定有环板20，且环板20可与阻尼机构二6连接。

本实施例中，弹簧一2不少于三个，并呈倒锥形均布设置，且弹簧一2的下端与质量块3的上端部连接，多个弹簧一2呈锥形排布会使得各个方向的弹簧一2均对偏移的质量块3产生反作用力，使得质量块3快速回位。

本实施例中，多个所述阻尼机构一4沿质量块3的圆周走向等间隔排列，阻尼机构一4包括柱筒一14和麻花杆12，且柱筒一14的下端铰接在建筑结构体上，麻花杆12一端铰接连接质量块3，另一端位于柱筒一14的内部，且麻花杆12位于柱筒一14内部的一端固定有活塞柱一13，且活塞柱一13可在柱筒一14内滑动，多个所述阻尼机构一和与其对应的阻尼机构二6使得质量块3可以应对来自各个方向的振动。

本实施例中，阻尼机构一4还包括摩擦筒10，摩擦筒10的两端面均开设有避让通口，柱筒一14的上端同轴固定连接在摩擦筒10下端面的避让通口处，摩擦筒10的内部定轴转动连接有转盘11，转盘11在摩擦筒10内部仅能够做绕其中心轴线的旋转运动，转盘11的两端面可通过转盘轴承与摩擦筒10的内壁连接，转盘1的中心处开设有一字型的通孔21，且通孔21的尺寸与麻花杆25的横切面尺寸配合，麻花杆12滑动穿过通孔21与转盘11连接，同时也穿过摩擦筒10两个端面的避让通口。

本实施例中，转盘11的外侧面沿转盘11的圆周走向等间隔开设有有多个滑槽22，且滑槽22中心线与转盘11的轴线方向垂直，滑槽22内滑动插接有导向柱23，且导向柱23指向滑槽22外侧的一端固定有摩擦板24，且摩擦板24为弧形板状，并且摩擦板24的外弧面与摩擦筒10的内壁面接触。

本实施例中，阻尼机构二6包括柱筒二16，且柱筒二16固定在建筑结构体上，柱筒二16内壁滑动连接有活塞柱二17，且活塞柱二17的下表面中心处固定有竖直向下的顶杆18，且顶杆18的下端可与环板20的上表面接触，活塞柱二17的下表面与柱筒二16的下端口之间通过弹簧二19连接。

本实施例中，柱筒一14的下端部与液压管15的上端连接，柱筒二16的上端面与液压管15的下端连接，且柱筒一14的内部通过液压管15与柱筒二16连通，柱筒一14和柱筒二16的内部填充有流体，流体可以采用非牛顿流体，这样就会具有更好的阻尼效果，利用非牛顿流体的特性，其受到的压力越大，内部的粘性越大阻尼效果越好，从而具有自适应性的减振效果。

本实施例中，回位机构5包括固定在建筑结构体侧壁上的固定板25，固定板25的中心处定轴转动连接有蜗杆27，蜗杆27的下端同轴固定有套筒30，套筒30的内侧壁上沿内侧壁走向开设有螺旋状的导向槽31，配重块8的上端面中心处固定有竖直向上的升降杆26，升降杆26的上端部滑动插接在套筒30内部，且升降杆26的上端侧壁上固定有滑块32，且滑块32滑动连接在导向槽31内，质量块3位于中心位置使得竖直中心线与蜗杆27的中心轴线重合。

本实施例中，固定板25上表面定轴转动连接有多个涡轮28，且多个所述涡轮28沿蜗杆27的周壁等间隔分布，每一个所述涡轮28均与蜗杆27啮合连接，涡轮28上固定有摆杆29，相邻两个摆杆29之间的间隙不允许质量块3通过。

本发明还提供了一种应用于建筑结构的消振装置的使用方法，在使用时操作时包括以下步骤：

步骤一：当建筑结构体受到外界振动时，由于惯性力作用质量块3会向其中一侧的阻尼机构一4靠近，在质量块4向阻尼机构一4靠近过程中，对该侧的麻花杆12施加压力，使得麻花杆12向对应的柱筒一14内部移动，麻花杆12在移动的同时通过其螺旋面对转盘11上一字型通孔21的侧壁施加扭矩，将麻花杆12的直线运动转变为转盘11的回转运动，从而带动转盘11旋转，转盘11的旋转带动其周壁上的摩擦板24同步转动，由于受到离心作用，摩擦板24与摩擦筒10的内壁之间摩擦力增大，使得摩擦力做功消耗质量块3因振动获得的能量，起到减震作用，由于离心力随转盘转速的增加而增加，因此质量块3受到振动越大，带动麻花杆12移动的速度越快，从而转盘11的转速越快，进而使得摩擦板24受到的离心力越大，即摩擦力做功越多，从而实现根据振动大小自动调节对振动能耗的损耗，提高减振效果，并且在质量块3在移动的同时其上部的弹簧一2受力形变蓄能并阻碍质量块3的移动，也起到减振作用；

由于质量块3向其中一侧移动靠近后同时也会向另一侧远离，同时带动相应的麻花杆12从对应的柱筒一14内抽出，同样也会带动对应摩擦筒10内部的转盘11转动，进而一同实现对振动能耗的消耗，提高减振效果，即所有的阻尼机构一4中的摩擦筒10内部转盘11在麻花杆12的带动下均对振动能耗进行消耗，大大提高减振效果，而且可根据振动幅度大小自动调节耗能性能，适应性强；

步骤二：发生振动后，质量块3带动麻花杆12在柱筒一14内移动的同时，麻花杆12也同步带动其端部的活塞柱一13对柱筒一14内部的流体施加压力，使得柱筒一14内的流体压力增大，使得流体经过液压管15流向柱筒二16内部，使得柱筒二16内部流体体积增大，并在流体作用下推动活塞柱二17，使得活塞柱二17带动顶杆18同步下移，顶杆18下移后一方面压缩弹簧二19，克服弹簧二19向上的弹力作用，另一方面顶杆18下移后通过环板20带动配重块8沿导向柱23下移，配重块8下移后对弹簧三33压缩，使得弹簧三33蓄能变短，并获得恢复力，配重块8下移的同时带动升降杆26下移，升降杆26的下移通过其上端的滑块32对套筒30内侧壁上的螺旋状的导向槽31的侧壁施加扭矩，使得套筒30绕其中心轴线转动，套筒30的转动带动蜗杆27同步转动，从而通过蜗杆27转动带动各个涡轮28转动，涡轮28的转动带动对应的摆杆29同步转动，并使得摆杆29的上端向蜗杆27的中心轴线靠近，从而使得偏移的质量块3向中心轴线处靠近并回到中心位置，从而促进质量块3的回位，其中弹簧二19和弹簧三33的形变以及蜗杆27的转动均消耗质量块3因振动获得的能量，进而提高阻尼减振效果，并且加速质量块3的复位，避免在受到扭转振动时质量块3偏移位置较大，从而提高建筑结构体的抗扭转振动特性，提高建筑结构的使用寿命和安全性；

同样的由于质量块3带动偏移靠近一侧的麻花杆12向对应的柱筒一14内部移动，同时也带动偏移远离一侧的麻花杆12向对应的柱筒一14外部移动，当麻花杆12从对应的柱筒一14内抽出时，柱筒一14内部的流体压力降低，而柱筒二16内部流体在流体压强的作用下通过液压管15流向柱筒一14，流体的流动对振动产生的能耗进行消耗，而且带动活塞柱二17上移，并拉伸弹簧二19，克服弹簧二19的弹力做功，进而一同实现对振动能耗的消耗，提高减振效果，即在质量块3移动的同时所有的阻尼机构一4和阻尼机构二16中的流体均会产生变化，从而全面的对振动能耗进行消耗，大大提高减振效果，从而进一步提高建筑结构体的抗扭转振动特性，提高建筑结构的使用寿命和安全性；

步骤三：在质量块3回位过程中，弹簧一2释放能量并复位，使得质量块3保持中位平衡，同时质量块3带动各个麻花杆12复位，麻花杆12的复位过程中再一次的带动转盘11转动，从而使得摩擦板24与摩擦筒10相互摩擦做功，再一次的消耗振动能量，而且麻花杆12的复位过程使得柱筒一14和柱筒二16内部的流体流动并保持压力均衡，此过程振动能耗转化为流体的动能和内能，并且柱筒二16内流体平衡后配重块8在弹簧三33的恢复力作用下沿滑杆7上移复位，配重块8上移的过程中同步带动升降杆26上移，升降杆26的上移通过其上端的滑块32对套筒30内侧壁上的螺旋状的导向槽31的侧壁施加反向扭矩，使得套筒30绕其中心轴线反向转动，套筒30的反向转动带动蜗杆27同步反向转动，从而通过蜗杆27转动带动各个涡轮28转动，涡轮28的反向转动带动对应的摆杆29同步反向转动，并使得摆杆29的上端向蜗杆27的中心轴线远离并复位，以便用于下一次将偏移的质量块3回位；

在配重块8的上下移动使得配重块8一方面通过回位机构5促进质量块3回位，一方面在配重块8的上下移动过程中对振动能耗进行消耗，从而提高整个装置的消振能力，更好的保护建筑结构体。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术工作人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种应用于建筑结构的消振装置，包括吊板(1)、底板(9)和质量块(3)，所述吊板(1)固定在建筑结构体的顶部并通过弹簧一(2)连接质量块(3)，且底板(9)位于质量块(3)的下方，且底板(9)固定在建筑结构体上，其特征在于：所述质量块(3)的侧壁上铰接连接有多个阻尼机构一(4)，且阻尼机构一(4)的下端铰接连接在建筑结构体上，每个所述阻尼机构一(4)通过液压管(15)连接一个阻尼机构二(6)，且阻尼机构二(6)固定在建筑结构体上；

所述底板(9)上垂直固定有的滑杆(7)，所述滑杆(7)上滑动连接有配重块(8)，且配重块(8)通过弹簧三(33)连接底板(9)，所述配重块(8)的竖直中心轴向处开设有贯通的孔槽，且配重块(8)通过孔槽滑动连接在滑杆(7)上，且配重块(8)的上端面可通过回位机构(5)连接质量块(3)，所述配重块(8)的外侧壁固定有环板(20)，且环板(20)可与阻尼机构二(6)连接。

2.根据权利要求1所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述弹簧一(2)不少于三个，并呈倒锥形均布设置，且弹簧一(2)的下端与质量块(3)的上端部连接。

3.根据权利要求1所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：多个所述阻尼机构一(4)沿质量块(3)的圆周走向等间隔排列，所述阻尼机构一(4)包括柱筒一(14)和麻花杆(12)，且柱筒一(14)的下端铰接在建筑结构体上，所述麻花杆(12)一端铰接连接质量块(3)，另一端位于柱筒一(14)的内部，且麻花杆(12)位于柱筒一(14)内部的一端固定有活塞柱一(13)，且活塞柱一(13)可在柱筒一(14)内滑动。

4.根据权利要求3所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述阻尼机构一(4)还包括摩擦筒(10)，所述摩擦筒(10)的两端面均开设有避让通口，所述柱筒一(14)的上端同轴固定连接在摩擦筒(10)下端面的避让通口处，所述摩擦筒(10)的内部定轴转动连接有转盘(11)，所述转盘(1)的中心处开设有一字型的通孔(21)，且通孔(21)的尺寸与麻花杆(25)的横切面尺寸配合，所述麻花杆(12)滑动穿过通孔(21)与转盘(11)连接，同时也穿过摩擦筒(10)两个端面的避让通口。

5.根据权利要求4所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述转盘(11)的外侧面沿转盘(11)的圆周走向等间隔开设有有多个滑槽(22)，且滑槽(22)中心线与转盘(11)的轴线方向垂直，所述滑槽(22)内滑动插接有导向柱(23)，且导向柱(23)指向滑槽(22)外侧的一端固定有摩擦板(24)，且摩擦板(24)为弧形板状，并且摩擦板(24)的外弧面与摩擦筒(10)的内壁面接触。

6.根据权利要求3所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述阻尼机构二(6)包括柱筒二(16)，且柱筒二(16)固定在建筑结构体上，所述柱筒二(16)内壁滑动连接有活塞柱二(17)，且活塞柱二(17)的下表面中心处固定有竖直向下的顶杆(18)，且顶杆(18)的下端可与环板(20)的上表面接触，所述活塞柱二(17)的下表面与柱筒二(16)的下端口之间通过弹簧二(19)连接。

7.根据权利要求6所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述柱筒一(14)的下端部与液压管(15)的上端连接，所述柱筒二(16)的上端面与液压管(15)的下端连接，且柱筒一(14)的内部通过液压管(15)与柱筒二(16)连通，所述柱筒一(14)和柱筒二(16)的内部填充有流体。

8.根据权利要求7所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述回位机构(5)包括固定在建筑结构体侧壁上的固定板(25)，所述固定板(25)的中心处定轴转动连接有蜗杆(27)，所述蜗杆(27)的下端同轴固定有套筒(30)，所述套筒(30)的内侧壁上沿内侧壁走向开设有螺旋状的导向槽(31)，所述配重块(8)的上端面中心处固定有竖直向上的升降杆(26)，所述升降杆(26)的上端部滑动插接在套筒(30)内部，且升降杆(26)的上端侧壁上固定有滑块(32)，且滑块(32)滑动连接在导向槽(31)内。

9.根据权利要求8所述的一种应用于建筑结构的消振装置，其特征在于：所述固定板(25)上表面定轴转动连接有多个涡轮(28)，且多个所述涡轮(28)沿蜗杆(27)的周壁等间隔分布，每一个所述涡轮(28)均与蜗杆(27)啮合连接，所述涡轮(28)上固定有摆杆(29)。

10.根据权利要求1-9任一所述的一种应用于建筑结构的消振装置的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一：质量块(3)的偏移使得阻尼机构一(4)对质量块(3)因振动获得的能量进行消耗；

步骤二：阻尼机构二(6)带动配重块(8)运动，并通过回位机构(5)促使质量块(3)回位；

步骤三：质量块(3)回位过程中，阻尼机构一(4)、阻尼机构二(6)和回位机构均对质量块(3)因振动获得的能量进行消耗。

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