CN112177415B - 一种环形多方向布置的tmd系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种环形多方向布置的TMD系统，包括环形质量块、环形抱箍、钢丝绳、阻尼器，所述环形抱箍包括第一环形抱箍和第二环形抱箍；所述钢丝绳的两端分别固定在所述第一环形抱箍和环形质量块上；所述阻尼器的两端分别固定在所述第二环形抱箍和环形质量块上。本发明在较小质量的作用下，能够有效控制塔式对称结构在不同方向上的振动；通过钢丝绳来有效控制TMD阻尼器的基本频率，该TMD阻尼系统与传统的TMD系统相比，其频率适用范围更广，基本可以实现结构控制的全频域覆盖，适用于控制筒式结构或塔式结构的振动；在结构设计上，采用抱箍式连接，系统安装过程无需与主体结构焊接，安装工艺简单，装配要求低，极大的降低了制造、安装及维护成本。
Description
技术领域
本发明涉及调谐质量阻尼器技术领域，具体地说是一种环形多方向布置的TMD系统。
背景技术
随着经济建设的快速发展，一些重要的公共设施不仅投资大，而且受风、地震、海浪等多种自然灾害的影响，结构的安全风险也较大。因此，对其在环境荷载作用下的振动性能以及响应控制的研究是十分必要的。近年来迅速发展的调质调谐减震控制技术由于其无需对结构采取传统的加强措施，且减震效果明显，易于实施，已作为一种全新的抗震对策，日益受到学术界、工程界的广泛重视，并在国内外工程中得到应用。调谐质量阻尼器(TMD)作为被动减震的有效手段，多用于高层建筑、高耸结构等的减震控制中。
调谐质量阻尼器(TMD)是由质块、弹簧与阻尼系统组成，即将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减震作用。将调谐质量阻尼器(TMD)装入结构的目的是减少在外力作用下基本结构构件的消能要求值，在该情况下，这种减小是通过将结构振动的一些能量传递给以最简单的形式固定或连接在主要结构的辅助质量—弹簧—阻尼筒系统构成的TMD来完成的。
TMD系统通过自身的惯性力反作用于主结构，从而达到减震目的，在高层建筑和高耸结构的振动控制中有较为广泛的运用。现在的建筑结构在风、地震等环境作用下容易产生过大的响应而发生破坏，因此，TMD等减震结构显得非常重要。鉴于结构的空间是非常有限的，要将TMD应用于实际结构中，其尺寸、行程均受到很大的限制，即TMD不能过大、TMD的行程也主要结构内部的可安装空间来控制。同时，考虑到建筑结构振动方向的不确定性，传统的TMD系统的适用范围有限、可调节性有限、安装维护成本高。
如中国专利CN201220221749.5公开了一种调谐质量阻尼器TMD系统，该系统包括钢结构平台、水平TMD机构和垂直TMD机构，所述水平TMD机构通过螺栓连接在平台下方，所述的垂直TMD机构通过螺栓连接在平台上方。当结构发生振动时，其TMD系统与主结构受控振型谐振，自动开启，像吸振器一样将结构的垂直、水平振动吸收到自身，吸收主结构受控振型的振动能量，从而达到抑制受控结构振动的效果。中国专利CN201822114868.0公开了一种新型TMD振动控制系统，包括惯性质量块、永磁铁、粘滞阻尼器、弹簧、钢板和螺栓；通过磁铁与钢板之间的吸力来获得TMD系统的非线性刚度，从而达到加宽其调谐的频率范围的目的。上述专利尽管实现了一定的有益技术效果，但对建筑结构振动方向的不确定性，使用仍然存在一定的限制，适用范围有限。
因此，如何提供一种环形多方向布置的TMD系统，以解决现有技术所存在的问题，对其应用具有重要意义。
发明内容
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种环形多方向布置的TMD系统，以有效控制塔式对称结构在不同方向上的振动，以使得其频率适用范围更广，基本可以实现结构控制的全频域覆盖。
为了达到上述目的，本申请提供如下技术方案。
一种环形多方向布置的TMD系统，包括环形质量块、环形抱箍、钢丝绳、阻尼器，所述环形抱箍包括第一环形抱箍和第二环形抱箍；
所述钢丝绳的两端分别固定在所述第一环形抱箍和环形质量块上；
所述阻尼器的两端分别固定在所述第二环形抱箍和环形质量块上。
优选地，所述第一环形抱箍的外圆周设置有第一牛腿，所述环形质量块的外圆周设置有第二牛腿，所述钢丝绳的两端分别与第一牛腿和第二牛腿固定连接。
优选地，所述钢丝绳的两端均设置有外螺纹，所述第一牛腿和第二牛腿上均设置有通孔，所述钢丝绳的两端分别穿过所述通孔，并通过螺母固定。
优选地，所述第二环形抱箍的外圆周设置有第一阻尼器连接件，所述环形质量块的内圆周设置有第二阻尼器连接件，所述阻尼器的两端分别与第一阻尼器连接件、第二阻尼器连接件固定连接。
优选地，所述第一阻尼器连接件和第二阻尼器连接件均包括两片平行对齐的连接板，两片连接板上均设置有对齐的第一固定孔，所述阻尼器的两端均设置有固定座，所述固定座上设置有与所述第一固定孔对应的第二固定孔，通过螺栓螺母使得所述阻尼器的两端分别固定在第一阻尼器连接件和第二阻尼器连接件上。
优选地，所述阻尼器为电涡流阻尼器，所述钢丝绳为镀锌钢丝绳。
优选地，所述钢丝绳的数量为3根，3根钢丝绳均匀分布在第一环形抱箍和环形质量块之间。
优选地，所述阻尼器的数量为3个，3个阻尼器均匀分布在第二环形抱箍和环形质量块之间。
优选地，所述环形抱箍为拼接结构，包括2个或2个以上的抱箍环，相邻抱箍环之间通过抱箍拼接螺栓固定连接。
优选地，所述环形质量块为拼接结构，包括2个或2个以上的质量块环，相邻质量块环之间通过质量块拼接螺栓固定连接。
优选地，所述第一环形抱箍、第二环形抱箍以及环形质量块形成三层结构；所述第二环形抱箍位于第一环形抱箍与环形质量块之间；所述阻尼器以倾斜的角度通过第一阻尼器连接件和第二阻尼器连接件实现与第二环形抱箍以及环形质量块进行连接；所述阻尼器、第二环形抱箍以及环形质量块形成小梯形构造；所述钢丝绳以倾斜的角度通过第一牛腿和第二牛腿实现与第一环形抱箍以及环形质量块进行连接；所述钢丝绳、第一环形抱箍以及环形质量块形成大梯形构造。
本发明所获得的有益技术效果：
1)本发明在较小质量的作用下，能够有效控制塔式对称结构在不同方向上的振动；通过钢丝绳来有效控制TMD阻尼器的基本频率，该TMD阻尼系统与传统的TMD系统相比，其频率适用范围更广，基本可以实现结构控制的全频域覆盖，适用于控制筒式结构或塔式结构的振动。
2)本发明在钢丝绳上布置绳长调节组件，可有效的控制系统安装后的阻尼系统频率，实现最优的TMD控制；阻尼器采用维护成本较低、性能稳定的电涡流阻尼器，该阻尼器可以实现阻尼的无极调节，行程范围也比一般的粘滞阻尼器大得多，且相较于传统阻尼器，该阻尼器基本为免维护阻尼器，大大降低了结构的维护成本。
3)本发明在结构设计上，采用抱箍式连接，系统安装过程无需与主体结构焊接，安装工艺简单，装配要求低，极大的降低了制造、安装及维护成本。
上述说明仅是本申请技术方案的概述，为了能够更清楚了解本申请的技术手段，从而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本申请的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下以本申请的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
根据下文结合附图对本申请具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本申请的上述及其他目的、优点和特征。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1是本公开一种实施例中环形多方向布置的TMD系统的结构示意图。
图2是附图1中A-A的断面图。
图3是附图1中B-B的断面图。
图4是附图1中C-C的断面图。
图5是本公开一种实施例中钢丝绳的结构示意图。
图6是本公开一种实施例中绳长调节组件的结构示意图。
图7是本公开一种实施例中阻尼器的结构示意图。
图中标号：100、环形质量块；110、第二牛腿；120、第二阻尼器连接件；200、第一环形抱箍；210、第一牛腿；220、通孔；300、第二环形抱箍；310、第一阻尼器连接件；311、连接板；312、第一固定孔；400、钢丝绳；410、外螺纹；420、限位座；430、护套；500、阻尼器；510、固定座；520、第二固定孔；600、通讯塔；700、抱箍拼接螺栓；800、质量块拼接螺栓。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。在下面的描述中，提供诸如具体的配置和组件的特定细节仅仅是为了帮助全面理解本申请的实施例。因此，本领域技术人员应该清楚，可以对这里描述的实施例进行各种改变和修改而不脱离本申请的范围和精神。另外，为了清楚和简洁，实施例中省略了对已知功能和构造的描述。
应该理解，说明书通篇中提到的“一个实施例”或“本实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本申请的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“一个实施例”或“本实施例”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身并不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。
本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，单独存在B，同时存在A和B三种情况，本文中术语“/和”是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A，单独存在A和B两种情况，另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。
本文中术语“至少一种”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和B的至少一种，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。
还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含。
实施例1
如附图1所示，一种环形多方向布置的TMD系统，包括环形质量块100、环形抱箍、钢丝绳400、阻尼器500，所述环形抱箍包括第一环形抱箍200和第二环形抱箍300；所述钢丝绳400的两端分别固定在所述第一环形抱箍200和环形质量块100上；所述阻尼器500的两端分别固定在所述第二环形抱箍300和环形质量块100上。
安装时，将第一环形抱箍200、第二环形抱箍300、环形质量块100自上而下依次固定在通讯塔600上。
如附图2所示，所述第一环形抱箍200的外圆周设置有第一牛腿210，所述环形质量块100的外圆周设置有第二牛腿110，所述钢丝绳400的两端分别与第一牛腿210和第二牛腿110固定连接。
如附图3所示，所述第二环形抱箍300的外圆周设置有第一阻尼器连接件310，如附图4所示，所述环形质量块100的内圆周设置有第二阻尼器连接件120，所述阻尼器500的两端分别与第一阻尼器连接件310、第二阻尼器连接件120固定连接。
进一步的，如附图5所示，所述钢丝绳400的两端均设置有外螺纹410，所述第一牛腿210和第二牛腿110上均设置有通孔200，所述钢丝绳400的两端分别穿过所述通孔200，并通过螺母固定。
进一步的，所述钢丝绳400的两端均设置有限位座420，所述限位座420靠近所述外螺纹410，能够限定外螺纹410穿过通孔220的位置，进而限定钢丝绳400与第一牛腿210、第二牛腿110的固定位置。
进一步的，所述钢丝绳400布置绳长调节组件，如附图6所示，所述绳长调节组件包括一组由两个半环形组成的护套430，所述护套430将钢丝绳400卡住，护套430外侧设置环形夹具夹紧，根据结构的实际频率，调整夹具的位置，从而控制钢丝绳400的自由摆动绳长。
进一步的，所述护套430在端部设置有倒角，可有效降低钢丝绳400摆动过程与固定端之间产生的损伤。
进一步的，所述钢丝绳400的两端均设置有护套430，所述护套430为石墨尼龙材质。
进一步的，参见附图3，所述第一阻尼器连接件310和第二阻尼器连接件120均包括两片平行对齐的连接板311，两片连接板311上均设置有对齐的第一固定孔312。如附图7所示，所述阻尼器500的两端均设置有固定座510，所述固定座510上设置有与所述第一固定孔312对应的第二固定孔520，安装时，将固定座510放置在两片连接板311之间，使第一固定孔312和第二固定孔520对应，通过螺栓螺母使得所述阻尼器500的两端分别固定在第一阻尼器连接件310和第二阻尼器连接件120上。
进一步的，所述阻尼器500为电涡流阻尼器，所述钢丝绳400为镀锌钢丝绳。
进一步的，所述钢丝绳400的数量为3根，3根钢丝绳400均匀分布在第一环形抱箍200和环形质量块100之间。
所述阻尼器500的数量为3个，3个阻尼器500均匀分布在第二环形抱箍300和环形质量块100之间。
所述环形抱箍为拼接结构，包括2个抱箍环，相邻抱箍环之间通过抱箍拼接螺栓700固定连接。
可替代的，所述抱箍环的数量不限于2个，也可以为2个以上，相邻抱箍环之间通过抱箍拼接螺栓700固定连接。
所述环形质量块100为拼接结构，包括2个质量块环，相邻质量块环之间通过质量块拼接螺栓800固定连接。
可替代的，所述质量块环的数量不限于2个，也可以为2个以上，相邻质量块环之间通过质量块拼接螺栓800固定连接。
上述环形多方向布置的TMD系统在较小质量的作用下，能够有效控制塔式对称结构在不同方向上的振动；通过钢丝绳来有效控制TMD阻尼器的基本频率，该TMD阻尼系统与传统的TMD系统相比，其频率适用范围更广，基本可以实现结构控制的全频域覆盖，适用于控制筒式结构或塔式结构的振动。在结构设计上，采用抱箍式连接，系统安装过程无需与主体结构焊接，安装工艺简单，装配要求低，极大的降低了制造、安装及维护成本。
上述环形多方向布置的TMD系统在钢丝绳上布置绳长调节组件，可有效的控制系统安装后的阻尼系统频率，实现最优的TMD控制；阻尼器采用维护成本较低、性能稳定的电涡流阻尼器，该阻尼器可以实现阻尼的无极调节，行程范围也比一般的粘滞阻尼器大得多，且相较于传统阻尼器，该阻尼器基本为免维护阻尼器，大大降低了结构的维护成本。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，其并非因此限制本发明的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，通过常规的替代或者能够实现相同的功能在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行变化、修改、替换、整合和参数变更均落入本发明的保护范围内。
Claims (4)
1.一种环形多方向布置的TMD系统，其特征在于，包括环形质量块(100)、环形抱箍、钢丝绳(400)、阻尼器(500)，所述环形抱箍包括第一环形抱箍(200)和第二环形抱箍(300)；
所述钢丝绳(400)的两端分别固定在所述第一环形抱箍(200)和环形质量块(100)上；
所述阻尼器(500)的两端分别固定在所述第二环形抱箍(300)和环形质量块(100)上；
所述第一环形抱箍(200)的外圆周设置有第一牛腿(210)，所述环形质量块(100)的外圆周设置有第二牛腿(110)，所述钢丝绳(400)的两端分别与第一牛腿(210)和第二牛腿(110)固定连接；
所述钢丝绳(400)的两端均设置有外螺纹(410)，所述第一牛腿(210)和第二牛腿(110)上均设置有通孔(220)，所述钢丝绳(400)的两端分别穿过所述通孔(220)，并通过螺母固定；
所述钢丝绳(400)的两端均设置有限位座（420），所述限位座（420）靠近所述外螺纹(410)，能够限定外螺纹(410)穿过通孔(220)的位置，进而限定钢丝绳(400)与第一牛腿（210）、第二牛腿（110）的固定位置；
所述钢丝绳(400)布置绳长调节组件，所述绳长调节组件包括一组由两个半环形组成的护套（430），所述护套（430）将钢丝绳(400)卡住，护套（430）外侧设置环形夹具夹紧，根据结构的实际频率，调整夹具的位置，从而控制钢丝绳(400)的自由摆动绳长；
所述护套（430）在端部设置有倒角，可有效降低钢丝绳(400)摆动过程与固定端之间产生的损伤；
所述第二环形抱箍(300)的外圆周设置有第一阻尼器连接件(310)，所述环形质量块(100)的内圆周设置有第二阻尼器连接件(120)，所述阻尼器(500)的两端分别与第一阻尼器连接件(310)、第二阻尼器连接件(120)固定连接；
所述第一阻尼器连接件(310)和第二阻尼器连接件(120)均包括两片平行对齐的连接板(311)，两片连接板(311)上均设置有对齐的第一固定孔(312)，所述阻尼器(500)的两端均设置有固定座(510)，所述固定座(510)上设置有与所述第一固定孔(312)对应的第二固定孔(520)，通过螺栓螺母使得所述阻尼器(500)的两端分别固定在第一阻尼器连接件(310)和第二阻尼器连接件(120)上；
所述环形抱箍为拼接结构，包括2个或2个以上的抱箍环，相邻抱箍环之间通过抱箍拼接螺栓(700)固定连接；
所述环形质量块(100)为拼接结构，包括2个或2个以上的质量块环，相邻质量块环之间通过质量块拼接螺栓(800)固定连接；
所述第一环形抱箍(200)、第二环形抱箍(300)以及环形质量块(100)形成三层结构；所述第二环形抱箍(300)位于第一环形抱箍(200)与环形质量块(100)之间；
所述阻尼器(500)以倾斜的角度通过第一阻尼器连接件(310)和第二阻尼器连接件(120)实现与第二环形抱箍(300)以及环形质量块(100)进行连接；所述阻尼器(500)、第二环形抱箍(300)以及环形质量块(100)形成小梯形构造；
所述钢丝绳(400)以倾斜的角度通过第一牛腿(210)和第二牛腿(110)实现与第一环形抱箍(200)以及环形质量块(100)进行连接；所述钢丝绳(400)、第一环形抱箍(200)以及环形质量块(100)形成大梯形构造。
2.根据权利要求1所述的环形多方向布置的TMD系统，其特征在于，所述阻尼器(500)为电涡流阻尼器，所述钢丝绳(400)为镀锌钢丝绳。
3.根据权利要求1所述的环形多方向布置的TMD系统，其特征在于，所述钢丝绳(400)的数量为3根，3根钢丝绳(400)均匀分布在第一环形抱箍(200)和环形质量块(100)之间。
4.根据权利要求1所述的环形多方向布置的TMD系统，其特征在于，所述阻尼器(500)的数量为3个，3个阻尼器(500)均匀分布在第二环形抱箍(300)和环形质量块(100)之间。
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