CN113007264A - 基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统 - Google Patents

基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统及应用，所述隔振系统设于减振结构(1)上，所述减振结构(1)包括多个沿竖直方向间隔设置的水平楼面，所述隔振系统包括沿水平方向设置的水平基础隔振分系统(3)以及沿竖直方向设置的竖向局部楼面隔振分系统(2)，所述竖向楼面隔分振系统(2)包括竖向惯容器(201)、竖向耗能元件(202)、竖向弹簧和支撑板(203)，所述惯容器(201)、耗能元件(202)及弹簧将支撑板(203)架空，竖直设于楼面上，达到竖向隔振效果。与现有技术相比，本发明使对于具有竖向振动控制需求的局部楼层在实现常规水平向隔振的前提下，也能实现竖向隔振。

Description

基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统
技术领域
本发明涉及振动控制技术领域，具体涉及一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统及应用。
背景技术
传统的被动隔振结构简单、易于实现、工作稳定可靠、不会额外消耗外界的能量，一直受到科技界、工业界的高度重视。但当其结构一旦确定，其固有频率就被确定，一般情况下，被动隔振可较好地隔离中、高频振动，但隔离低频振动的能力较差。
目前惯容对于结构的振动控制相关研究集中于水平向减隔振，针对基于惯容的结构三维振动控制技术与装置，有学者提出惯容和摩擦摆支座、橡胶支座安装在隔振层内的三维隔振装置。本发明所提出的基于惯容的基础隔振和上部结构楼面隔振组合三维隔振系统，实现结构三维振动控制领域的高性能控制体系及高精度控制技术创新，对于具有竖向振动控制需求的局部楼层实现竖向隔振，可有效减少或避免地震、风、环境振动等复杂多维动力作用下工程结构的破坏，并保护结构内部的装饰和仪器设备等。
发明内容
本发明的目的就是提供一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统及应用，使对于具有竖向振动控制需求的局部楼层在实现常规水平向隔振的前提下，也能实现竖向隔振。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，所述隔振系统设于减振结构中，所述减振结构包括多个沿竖直方向间隔设置的水平楼面，所述隔振系统包括沿水平方向设置的水平基础隔振分系统以及沿竖直方向设置的竖向楼面隔振分系统，所述竖向楼面隔振分系统包括多个惯容器、多个耗能元件、多个弹簧和悬空的支撑板，所述惯容器、耗能元件和弹簧均竖直设于水平楼面上，所述支撑板分别与惯容器、耗能元件及弹簧的自由端相连接，惯容器、耗能元件及弹簧架空了支撑板，达到竖向隔振效果。竖向楼面隔振分系统可在竖向上进行隔振，水平基础隔振分系统在水平方向上进行隔振。楼面隔振系统中的惯容器、耗能元件和弹簧等内部力学元件的拓扑连接方式可根据具体需求由这三种基本的力学单元进行组合。
所述弹簧包括第一弹簧和第二弹簧，所述惯容器、耗能元件、第一弹簧和第二弹簧先采用并联方式进行连接，再与支撑板串联，即惯容器、耗能元件、第一弹簧和第二弹簧一端连接楼面，一端连接支撑板，所有弹簧的长度、弹性系数均一致，保证支撑板处于水平位置，起到稳定支撑作用。
所述竖向楼面隔振分系统的运动方程为：
Figure BDA0002943384860000021
其中x1，x2分别表示设备和水平楼面竖向位移；
Figure BDA0002943384860000022
分别表示设备和水平楼面竖向速度；
Figure BDA0002943384860000023
分别表示设备和水平楼面竖向加速度；min，cd，kd分别表示惯容器的惯容系数、耗能元件的阻尼系数及弹簧的总刚度。竖向楼面隔振分系统的隔振周期为：
Figure BDA0002943384860000024
所述耗能元件选自速度相关型阻尼器或位移相关型阻尼器中的一种或多种。
所述速度相关型阻尼器选自粘滞阻尼器、油阻尼器或粘弹性阻尼器中的一种或多种。
所述位移相关型阻尼器选自摩擦阻尼器或金属屈服阻尼器中的一种或多种。
所述惯容器选自滚珠丝杠式惯容器、齿轮齿条式惯容器、液压惯容器或电磁惯容器等中的一种或多种。
所述竖向楼面隔振分系统的具体安装位置与力学参数通过结构隔振设计方法确定，将其设置在具有竖向隔振需求的楼层内。
所述水平基础隔振分系统包括多个沿水平方向间隔设于减振结构基础处的支座。
所述支座选自橡胶隔振支座、滚动支座、摩擦支座等中的一种或多种。
一种如上述所述的基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维结构减振体系在减振领域的应用，如高层楼房、大跨大空间工程结构等，即减振结构可为高层楼房、大跨大空间工程结构等。
本发明提出一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，通过作为基础隔振单元的支座发挥对结构的水平隔振作用，并在作为上部结构的局部楼面上竖向安装包含惯容的楼面隔振单元，以实现对于三维振动敏感结构的三维隔振。该三维组合隔振系统充分利用惯容两端点惯性、表观质量增效及阻尼耗能增效等特性，高效耗散竖向输入激励能量，有效抑制动力响应，有效抑制隔振层出现过大的变形，使对于具有竖向振动控制需求的局部楼层在实现常规水平向隔振的前提下，也能实现竖向隔振，可广泛应用于复杂多维激励下的高耸、大跨、大空间工程结构本身及内部重要设备的隔振保护，使其有效减少或避免地震、风、环境振动等复杂多维动力作用下工程结构的破坏，并保护结构内部的装饰和仪器设备等。
附图说明
图1为三维组合隔振系统的结构示意图；
图2为将设备置于支撑板上时设备及水平楼面所产生的位移的示意图。
图中：1-减振结构；101-一层楼面；102-二层楼面；103-三层楼面；104-四层楼面；2-竖向楼面隔振分系统；201-惯容器；202-耗能元件；203-支撑板；204-第一弹簧；205-第二弹簧；3-水平基础隔振分系统；301-侧支座；302-中支座；303-支座主体；304-连接板。
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，一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，隔振系统设于减振结构1上，减振结构1包括多个沿竖直方向间隔设置的水平楼面，隔振系统包括沿水平方向设置的水平基础隔振分系统3以及沿竖直方向设置的竖向楼面隔振分系统2，竖向楼面隔振分系统2包括多个惯容器201、多个耗能元件202、多个弹簧和支撑板203(本实施例中惯容器201的个数取1个，耗能元件202的个数取1个，弹簧的个数取2个，具体的个数与力学参数根据需求选择)，惯容器201、耗能元件202及弹簧均竖直设于楼面上，支撑板203分别与惯容器201、耗能元件202及弹簧的自由端相连接，这样使得支撑板203相对于水平楼面呈悬空状态。
竖向楼面隔振分系统2内部力学元件拓扑连接形式可根据具体需求由三种基本的力学单元进行组合，本实施例中弹簧包括第一弹簧204和第二弹簧205，惯容器201、耗能元件202、第一弹簧204和第二弹簧205先采用并联方式进行连接，一端连接楼面，一端连接支撑板203，第一弹簧204和第二弹簧205起到稳定支撑作用，耗能元件202选自速度相关型阻尼器(如粘滞阻尼器、油阻尼器、粘弹性阻尼器)、位移相关型阻尼器(如摩擦阻尼器、金属屈服阻尼器)中的一种或多种，惯容器201选自滚珠丝杠式惯容器、齿轮齿条式惯容器、液压惯容器或电磁惯容器等中的一种或多种。如图2所示，将设备(质量以m表示)放置在支撑板203上时，若此时受到振动，设备的竖向位移为x1，水平楼面的竖向位移为x2，一号弹簧204的总刚度为kd,1，二号弹簧205的总刚度为kd,2，惯容器201的惯容系数为min，耗能元件202的阻尼系数为cd，竖向楼面隔振分系统的运动方程为：
Figure BDA0002943384860000041
竖向楼面隔振分系统的隔振周期为：
Figure BDA0002943384860000042
水平基础隔振分系统3包括多个沿水平方向间隔设于减振结构1基础处的支座(本实施例中支座的个数取3个，具体的个数与力学参数根据需求选择)，本实施例中支座包括位于两侧的侧支座301以及位于中间的中支座302，支座包括支座主体303以及一对分别设于支座主体303顶部和底部的连接板304，连接板304采用弹性材料制成，支座选自橡胶隔振支座、滚动支座或摩擦支座等中的一种或多种。
本发明还提供一种三维组合隔振系统在减振领域的应用，即将隔振系统安装在减振结构1中，比如高层楼房、大跨大空间工程结构等。如图1所示，减振结构1自下至上依次包括第一楼面101、第二楼面102、第三楼面103和第四楼面104，第二楼面102和第三楼面103之间设有2个并列的竖向楼面隔振分系统2，第三楼面103和第四楼面104之间设有2个并列的竖向楼面隔振分系统，水平基础隔振分系统3设于第一楼面101的底部。本发明的减振体系在实施时不限于图1所示的安装位置及连接方式，其具体拓扑架构应根据水平-竖向多维动力作用下的响应水准和结构性能需求进行调整与设计，利用惯容增效耗能优势，通过水平与竖向隔振系统配合使用，实现结构的三维隔振控制。
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)

1.一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，所述隔振系统设于减振结构(1)中，所述减振结构(1)包括多个沿竖直方向间隔设置的水平楼面，其特征在于，所述隔振系统包括沿水平方向设置的水平基础隔振分系统(3)以及沿竖直方向设置的竖向楼面隔振分系统(2)，所述竖向楼面隔振分系统(2)包括惯容器(201)、耗能元件(202)、弹簧和悬空的支撑板(203)，所述惯容器(201)、耗能元件(202)和弹簧均竖直设于水平楼面上，所述支撑板(203)分别与惯容器(201)、耗能元件(202)及弹簧的自由端相连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述弹簧包括第一弹簧(204)和第二弹簧(205)，所述惯容器(201)、耗能元件(202)、第一弹簧(204)和第二弹簧(205)先采用并联方式进行连接，再与支撑板(203)串联。
3.根据权利要求1所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述耗能元件(202)选自速度相关型阻尼器或位移相关型阻尼器中的一种或多种。
4.根据权利要求3所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述速度相关型阻尼器选自粘滞阻尼器、油阻尼器或粘弹性阻尼器中的一种或多种。
5.根据权利要求3所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述位移相关型阻尼器选自摩擦阻尼器或金属屈服阻尼器中的一种或多种。
6.根据权利要求1所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述惯容器(201)选自滚珠丝杠式惯容器、齿轮齿条式惯容器、液压惯容器或电磁惯容器等中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述水平基础隔振分系统(3)包括多个沿水平方向间隔设于减振结构(1)基础处的支座。
8.根据权利要求7所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述支座选自橡胶隔振支座、滚动支座或摩擦支座中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的一种基于惯容并包含基础隔振和楼面隔振的三维组合隔振系统，其特征在于，所述支座包括支座主体(303)以及一对分别设于支座主体(303)顶部和底部的连接板(304)。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的三维组合隔振系统在减振领域的应用。
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Application publication date: 20210622