CN116378111A - 一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统 - Google Patents
一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116378111A CN116378111A CN202310022944.8A CN202310022944A CN116378111A CN 116378111 A CN116378111 A CN 116378111A CN 202310022944 A CN202310022944 A CN 202310022944A CN 116378111 A CN116378111 A CN 116378111A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- inertial
- vibration
- vibration isolation
- metamaterial
- pile
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002955 isolation Methods 0.000 title claims abstract description 76
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 74
- 230000003321 amplification Effects 0.000 claims abstract description 20
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 claims abstract description 15
- 230000009467 reduction Effects 0.000 claims description 20
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 12
- 229920001971 elastomer Polymers 0.000 claims description 11
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 10
- 239000011148 porous material Substances 0.000 claims description 7
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 7
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims description 4
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 claims description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 claims description 3
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 claims description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims 1
- 230000002401 inhibitory effect Effects 0.000 claims 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 6
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 4
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 4
- 230000009471 action Effects 0.000 description 3
- 229920003225 polyurethane elastomer Polymers 0.000 description 3
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 3
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 2
- JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N iron(III) oxide Inorganic materials O=[Fe]O[Fe]=O JEIPFZHSYJVQDO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 2
- 239000011435 rock Substances 0.000 description 2
- 229920002545 silicone oil Polymers 0.000 description 2
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N Manganese Chemical compound [Mn] PWHULOQIROXLJO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 1
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011572 manganese Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000021715 photosynthesis, light harvesting Effects 0.000 description 1
- 230000008569 process Effects 0.000 description 1
- 230000001568 sexual effect Effects 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 229910000859 α-Fe Inorganic materials 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D31/00—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution
- E02D31/08—Protective arrangements for foundations or foundation structures; Ground foundation measures for protecting the soil or the subsoil water, e.g. preventing or counteracting oil pollution against transmission of vibrations or movements in the foundation soil
-
- E—FIXED CONSTRUCTIONS
- E02—HYDRAULIC ENGINEERING; FOUNDATIONS; SOIL SHIFTING
- E02D—FOUNDATIONS; EXCAVATIONS; EMBANKMENTS; UNDERGROUND OR UNDERWATER STRUCTURES
- E02D27/00—Foundations as substructures
- E02D27/10—Deep foundations
- E02D27/12—Pile foundations
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Mining & Mineral Resources (AREA)
- Paleontology (AREA)
- Civil Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structural Engineering (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Placing Or Removing Of Piles Or Sheet Piles, Or Accessories Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,由一定间距的超材料隔振桩组成阵列;所述基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩包括空心桩(1)、惯容阻尼器(2)和谐振子系统(3);所述惯容阻尼器(2)与谐振子系统(3)连接并设于桩体(1)外壳内,桩体内部其余空间采用混凝土填充。谐振子系统(3)对频率带隙范围内的地层振动波进行捕获;惯容阻尼器(2)利用惯容的惯性放大对谐振子系统(3)进行质量增益与耗能增效。本发明将惯容质量增益效应通过超材料隔振桩阵列应用于地层振动控制中,能够在控制低频地层振动的同时,将隔振桩的尺寸和质量控制在易于施作的范围内,具有良好的工程应用前景。
Description
技术领域
本申请涉及地层振动控制领域,是一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列系统,尤其涉及地层振动的超材料隔振方法以及基于惯容增益机制的桩结构减振体系及应用。
背景技术
近年来,随着城市规模不断扩大,城市轨道交通作为一种高运量、便捷型的交通方式得到空前的发展。但随之而来的是城市土地资源集约化造成轨道交通线网密度的增加以及线路邻近建筑物距离的减小,加剧了轨道基础设施尤其地铁隧道运营产生的环境振动与噪声问题。一方面,地铁隧道中列车运行产生的振动会在地层中传播,造成周边建筑物的振动,对结构的响应、耐久性和安全性等产生不容忽视的影响;另一方面,车致地层振动的能量主要分布在0-80Hz的频率范围,尤其以0.5-25Hz频带范围内的能量最为集中,会降低精密仪器、精密加工等对低频微幅振动较为敏感的装置的使用性能。
超材料隔振桩是一种从传播过程中控制地层振动的方案,相较于其他减振方案施作时间节点更为灵活,可以在既有线路周边实现轨道交通振动隔离。其隔振机制主要基于三个原理:屏障效应、局部共振和Bragg散射效应。屏障效应指振动波在多孔介质(岩土体)与弹性固体(空心桩)界面上传播时出现的反射、折射现象。局部共振指当与桩内谐振子的自振频率接近的振动波通过时,桩内谐振子产生共振实现对振动波能量的吸收。Bragg散射效应指,在周期性分布结构中,对应于结构单元特征尺寸的特定波长范围内的波在传播时会发生反射、衍射,并出现相位差,相互干扰,对波的传播产生很强的破坏作用。
发明内容
针对上述问题,本发明的目的在于提供一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,所述超材料隔振桩阵列布置于隧道地铁列车振源、结构物之间,利用惯容的惯性放大与耗能增效优势,与超材料隔振桩的减(隔)振原理配合使用,实现地层振动能量有效吸收的三维减振控制。
为实现上述目的,本发明通过以下技术方案实现:
一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,包括超材料隔振桩阵列、隧道地铁列车振源、具有减振要求的结构物,所述超材料隔振桩阵列设置在地下交通隧道与结构物之间的地层振动传播途径上,将多个基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩按照10m间距组成阵列,可以对波长范围101m内的振动能量吸收与耗散,实现地层振动有效吸收和阻隔。
所述超材料隔振桩设置在地下交通隧道与具有减振要求的结构物之间的地层振动传播途径上,桩内谐振子系统基于屏障效应、局部共振等减(隔)振机理控制地层振动能量;所述惯容阻尼器与谐振子系统连接,基于惯性放大原理实现对谐振子系统的质量增益和耗能增效,加速吸收并衰减地层振动能量,减轻结构动力响应。
所述基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩,其特征在于,包括空心桩(1)、惯容阻尼器(2)和谐振子系统(3);所述惯容阻尼器(2)与谐振子系统(3)连接并设于桩体(1)外壳内,桩体内部其余空间采用混凝土填充。
所述惯容阻尼器(2)包括弹簧(2-4)、惯容质量增益系统(2-5)和粘滞阻尼器(2-6),其中:所述弹簧(2-4)、惯容质量增益系统(2-5)和粘滞阻尼器(2-6)采用多种拓扑连接方式进行连接;所述惯容质量增益系统(2-5),根据惯容机制实现减振过程中的惯性放大与阻尼结构耗能增效,调节自振频率实现装置内部与超材料隔振桩主体结构的异步振动;所述粘滞阻尼器(2-6),通过异步振动放大阻尼介质的有效变形与摩擦耗能,抑制来自地层的低频振动响应。
所述惯容质量增益系统(2-5)包括轴承(2-5-7)、滚珠螺纹丝杆(2-5-8)和刚性飞轮(2-5-9);所述滚珠螺纹丝杆(2-5-8)包括螺纹丝杆、螺母和滚珠;所述惯容质量增益系统(2-5)将装置两端振动受力产生的直线相对运动通过轴承(2-5-7)转变为螺纹丝杆绕杆轴线的转动,带动固定安装在滚珠螺母上的刚性飞轮(2-5-9)旋转运动,形成惯性放大。
所述粘滞阻尼器(2-6)包括缸体(2-6-14)、端盖(2-6-15)、带孔活塞(2-6-16)和粘滞阻尼介质(2-6-17);所述粘滞阻尼器(2-6)中,缸体(2-6-14)与带孔活塞(2-6-16)之间设有间隙,带孔活塞(2-6-16)穿套在通过轴承(2-5-7)固定的螺纹丝杆上,带孔活塞(2-6-16)表面设有若干孔道,增加粘滞阻尼介质(2-6-17)流动通过时的摩擦耗能;所述滚珠螺纹丝杆(2-5-8)的转动引发带孔活塞(2-6-16)在缸体内往复运动,压缩粘滞阻尼介质(2-6-17)产生变形,产生阻尼效果。
所述惯容阻尼器(2)中,所述弹簧(2-4)、惯容质量增益系统(2-5)和粘滞阻尼器(2-6)采用混联方式连接,典型混联方式有且不限于以下两种:
I.惯容质量增益系统(2-5)与粘滞阻尼器(2-6)采用并联方式连接后,再与弹簧(2-4)串联;
II.或弹簧(2-4)与粘滞阻尼器(2-6)采用并联方式连接后,再与惯容质量增益系统(2-5)串联。
所述弹簧(2-4)根据不同典型混联方式可安装在惯容阻尼器不同位置:
I.弹簧(2-4)安装在滚珠螺纹丝杆(2-5-8)端部,通过端部圆盘进行接触,保证惯容质量增益系统(2-5)与粘滞阻尼器(2-6)两端产生同步位移,实现惯容质量增益系统(2-5)与粘滞阻尼器(2-6)并联后再与弹簧(2-4)串联。
II.弹簧(2-4)安装在粘滞阻尼器(2-6)内部,与带孔活塞(2-6-16)接触,保证缸体内部弹簧(2-4)与粘滞阻尼介质(2-6-17)产生同步变形,实现弹簧(2-4)与粘滞阻尼器(2-6)并联后再与惯容质量增益系统(2-5)串联。
所述的惯容质量增益系统(2-5):所述螺纹丝杆的导程为Lp,刚性飞轮的实际质量为mw,转动惯量为J,其内、外径分别为ri和rj,根据装置的惯性放大机理用其等量纲惯容系数mg来表示:
所述的弹簧(2-4)、惯容质量增益系统(2-5)和粘滞阻尼器(2-6)典型混联方式,惯容阻尼器装置内不同的混联方式下的动力学平衡方程分别为:
其中,kg为连接弹簧刚度,cg为粘滞阻尼介质阻尼系数,u为惯容阻尼器装置端部位移,u1为装置与质量块(3-10)连接处位移,u2为粘滞阻尼器活塞的位移。
所述谐振子系统(3)包括圆柱形质量块(3-10)和弹性橡胶垫(3-11);利用质量块(3-10)的质量和弹性橡胶垫(3-11)的刚度调整改变谐振子系统(3)的自振频率,当地层振动波以带隙范围内的频率传播至超材料隔振桩内时产生共振,实现对振动波的捕获。
所述惯容阻尼器与谐振子系统连接,均略小于空心桩内径,设置于空心桩内部,其余部分采用混凝土材料填充。
所述粘滞阻尼器中,缸体与带孔活塞之间设有间隙,带孔活塞穿套在通过轴承固定的螺纹丝杆上,带孔活塞表面设有若干孔道,增加粘滞阻尼介质流动通过时的摩擦耗能。所述滚珠螺纹丝杆的转动通过轴承引发带孔活塞在缸体内往复运动,压缩粘滞阻尼介质产生有效变形,活塞前后的压力差使粘滞流体从阻尼通道中通过,产生阻尼效果。
进一步,所述弹簧根据不同典型混联方式安装在惯容阻尼器不同位置;
所述弹簧安装在滚珠螺纹丝杆端部,螺纹丝杆安装有端部圆盘并于弹簧接触,保证惯容质量增益系统与粘滞阻尼器两端产生同步位移,实现惯容质量增益系统与粘滞阻尼器并联后再与弹簧串联;
所述弹簧安装在粘滞阻尼器内部且一端与带孔活塞接触,保证缸体内部弹簧与粘滞阻尼介质产生同步变形,实现弹簧与粘滞阻尼器并联后再与惯容质量增益系统串联。
进一步地,所述惯容阻尼器与谐振子系统连接,设置于超材料隔振桩的空心腔外壳内,空心腔的桩体选用C35P8抗渗混凝土,有良好的抗渗性能,用于保护内部惯容阻尼器减振装置不被岩土、地下水及锈蚀离子侵入、侵蚀和破坏,并保障超材料隔振桩的整体性。
在桩体内部,惯容阻尼器端部圆盘接触质量块,质量块顶部采用弹性橡胶垫封装,其余空间采用混凝土材料填充保证刚性,实现力学模型上惯容阻尼器与弹簧元件(弹性橡胶垫)并联后再与质量块串联,形成完整的减振装置。
进一步地,可通过将多个所述基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩按照一定间距组成阵列,可以对特定波长范围内振动能量的吸收与耗散,实现地层振动有效吸收和阻隔。
进一步地,本发明提出一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩结构减振应用系统,当超材料隔振桩发生振动时,连接弹簧被压缩产生弹性力,滚珠螺纹丝杆将装置两端的轴向加速度转换为旋转加速度并带动刚性飞轮的旋转,由于飞轮的转动惯量存在产生远大于实际物理质量的惯性作用,达到质量块惯性质量增效的效果;粘滞阻尼器内部活塞与缸体之间发生相对运动,由于活塞前后的压力差使粘滞流体从阻尼通道中通过,同时惯容的惯性作用会放大粘滞阻尼介质有效变形,提高了阻尼结构耗散外界输入结构的振动能量效率,达到减轻结构振动响应的目的。
本发明由于采取以上技术方案,其具有以下有益效果:
本发明将考虑惯容增益的惯容阻尼器减振装置应用于超材料隔振桩中配合控制地层振动,在满足既有建筑物减振需求的同时充分利用惯容的惯性放大与耗能增效特性,提高超材料隔振桩对地层振动的减(隔)振效率,同时表观质量增益带来的轻便可将隔振桩的尺寸和质量控制在易于施作的范围内,具有较好的工程应用前景。
附图说明
图1是本发明实施例多根超材料隔振桩组成阵列场景应用系统示意图;
图2是图1中一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩结构示意图;
图3是图2中粘滞阻尼器结构示意图;
图4是采用第一种混联方式的惯容阻尼器拓扑连接及装置结构示意图;
图5是采用第二种混联方式的惯容阻尼器拓扑连接及装置结构示意图。
图中,1为空心桩,2为惯容阻尼器,2-4为弹簧,2-5为惯容质量增益系统,2-5-7为轴承,2-5-8为滚珠螺纹丝杆,2-5-9为刚性飞轮,12为混凝土填充层,13为空心桩盖板;
3为谐振子系统:3-10为质量块,3-11为弹性橡胶垫;
2-6为粘滞阻尼器:2-6-14为缸体,2-6-15为端盖,2-6-16为带孔活塞,2-6-17为粘滞阻尼介质
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目的、技术方案和优势进行清楚、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,本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,均属于本发明保护的范围。
图1为一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统场景示意图,包括超材料隔振桩阵列、隧道地铁列车振源、建筑物,所述超材料隔振桩阵列布置于隧道地铁列车振源、建筑物之间,将多个基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩按照10m间距组成阵列,可以对波长范围101m内的振动能量吸收与耗散,实现地层振动有效吸收和阻隔。
如图2所示,图1中的每个基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩,内部包括弹簧、轴承、滚珠螺纹丝杆、刚性飞轮、粘滞阻尼器、谐振子系统和桩体外壳;所述轴承、滚珠螺纹丝杆和刚性飞轮组成惯容质量增益系统,并与弹簧和粘滞阻尼器混联连接形成惯容阻尼器减振系统,与谐振子系统连接组成完整的减振体系设置于超材料隔振桩空心腔体内。
所述弹簧,发生弹性压缩使超材料隔振桩吸收地层振动;惯容质量增益系统,根据惯容机制实现减振过程中的惯性放大与阻尼结构耗能增效,调节频率实现装置内部与超材料隔振桩主体结构的异步振动;粘滞阻尼器,通过异步振动放大阻尼介质的有效变形,抑制来自地层的低频振动响应。
所述谐振子系统包括圆柱形质量块和弹性橡胶垫;利用质量块的质量和弹性橡胶垫的刚度调整改变谐振子系统的自振频率,当地层弹性波以带隙范围内的频率传播至超材料隔振桩内时产生共振,实现对弹性波的捕获。
如图2所示,所述惯容质量增益系统采用滚轴丝杠式惯容器,包括轴承、滚珠螺纹丝杆和刚性飞轮;惯容质量增益系统将装置两端振动受力产生的直线相对运动通过轴承转变为螺纹丝杆的转动,带动固定在滚珠螺母上的刚性飞轮旋转运动,形成惯性放大与阻尼结构耗能增效,产生质量增益效果。其中假设螺纹丝杆的导程为Lp,刚性飞轮的实际质量为mw,转动惯量为J,其内、外径分别为ri和rj,根据装置的惯性放大机理可以用其等量纲惯容系数mg来表示:
如图3所示,图2中的粘滞阻尼器包括缸体、端盖、带孔活塞、螺纹丝杆、粘滞阻尼介质。缸体与带孔活塞之间设有间隙,带孔活塞穿套在通过轴承固定的螺纹丝杆上,带孔活塞表面设有若干孔道,增加粘滞阻尼介质流动通过时的摩擦耗能。所述滚珠螺纹丝杆的转动通过轴承引发带孔活塞在缸体内往复运动,压缩粘滞阻尼介质产生有效变形,活塞前后的压力差使粘滞流体从阻尼通道中通过,产生阻尼效果。
在本实施例中提供一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩,惯容阻尼器设于空心桩体内并与谐振子系统连接,惯容阻尼器包括弹簧、惯容质量增益系统和粘滞阻尼器2-6(即采用粘滞颗粒阻尼介质);如图4(a)所示,所述惯容质量增益系统2-5与粘滞阻尼器2-6采用并联方式连接后,再与所述弹簧2-4串联连接,形成混联I型惯容阻尼器减振系统;如图4(b)所示,与谐振子系统3拓扑连接可形成完整的减振系统。对应的装置内部动力学平衡方程为:
其中,kg为连接弹簧刚度,cg为粘滞阻尼介质阻尼系数,u为惯容阻尼器装置端部位移,u1为装置与质量块连接处位移,u2为粘滞阻尼器活塞的位移,Fe为减振装置的产生激励。
所述弹簧安装在滚珠螺纹丝杆端部,如图4(c)所示,螺纹丝杆安装有端部圆盘并与弹簧接触,保证惯容质量增益系统与粘滞阻尼器两端产生同步位移,实现惯容质量增益系统与粘滞阻尼器并联后再与弹簧串联。
具体地,所述惯容阻尼器设置于超材料隔振桩的空心腔外壳内,空心腔的桩体选用C35P8抗渗混凝土,有良好的抗渗性能,用于保护内部惯容阻尼器减振装置不被岩土、地下水及锈蚀离子侵入、侵蚀和破坏,并保障超材料隔振桩的整体性。
质量块与弹性橡胶垫设置为圆柱体,与惯容阻尼器端部连接,小于桩体及盖板内径,设置于空心桩内部。
在一个优选的实施例中,空心桩外径0.8m,内径0.7m;空心桩的盖板选用430型铁素体类不锈钢,耐腐蚀且具有较好延展性,其直径0.8m,厚度0.1m;
质量块由普通含锰钢60制成,刚度较大,密度约7800kg/m3,圆柱形底面直径0.66m、高0.9m;
弹性橡胶垫选用强度高、弹性好、耐老化的聚氨酯橡胶,聚氨酯橡胶由硬段和软段组成的,通过调整硬段和软段的比例可以调整其弹性模量为6.8MPa左右,圆柱形底面直径0.66m。
惯容质量增益系统采用常规滚珠螺杆式惯容,具有质量小但转动惯量大的飞轮作为转子,惯性放大系数可达到5×105;
粘滞阻尼器采用粘滞颗粒阻尼介质,缸体与带孔活塞之间设有1mm间隙,孔道采用“S型结构流道”,等效阻尼约为2.5×103N·s/m;
采用惯容阻尼器增益下的谐振子系统其自振频率可降至10Hz以下。
当超材料隔振桩发生振动时,系统承载后弹簧压缩对端部圆盘产生力,通过滚珠螺母将直线运动转化成飞轮的旋转运动,形成惯性放大,带动粘滞阻尼器内部活塞与缸体之间发生相对运动,产生阻尼力,同时惯容的惯性作用放大粘滞阻尼介质有效变形,提高能量耗散效率,达到减轻结构竖向振动的目的。
作为替代技术措施,在本实施例中提供另一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩,惯容阻尼器设于空心桩体内,惯容阻尼器包括弹簧、惯容质量增益系统和粘滞阻尼器2-6(即采用粘滞硅油阻尼液);如图5(a)所示,弹簧2-4与粘滞阻尼器2-6采用并联方式连接后,再与惯容质量增益系统2-5串联连接,形成混联II型惯容阻尼器减振系统;如图5(b)所示,与谐振子系统3拓扑连接可形成完整的减振系统。对应的装置内部动力学平衡方程为:
所述弹簧安装在粘滞阻尼器内部且一端与带孔活塞接触,如图5(c)所示,保证缸体内部弹簧与粘滞阻尼介质产生同步变形,实现弹簧与粘滞阻尼器并联后再与惯容质量增益系统串联。
粘滞阻尼器采用粘滞硅油阻尼液,等效阻尼约为11223N·s/m,保证阻尼液中弹簧的工作性能;
当超材料隔振桩受到竖向荷载作用发生振动时,减振装置两端受力,滚珠螺杆两端间产生直线相对运动并转化为螺母与飞轮的旋转运动,形成惯性放大,同时螺杆端部带动活塞在缸体内往复运动,使弹簧与阻尼液发生同步变形,实现完整的减振效果。
以上所述仅为本申请的较佳实施例而已,并不用以限制本申请,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,其特征在于,包括超材料隔振桩阵列、隧道地铁列车振源、具有减振要求的结构物,所述超材料隔振桩阵列设置在地下交通隧道与结构物之间的地层振动传播途径上,将多个基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩按照一定间距组成阵列,实现地层振动有效吸收和阻隔。
2.如权利要求1所述的基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,其特征在于,超材料隔振桩的局部共振特性和周期性阵列分布实现低频带隙范围内地层振动的吸收与阻隔,惯容阻尼器(2)对谐振子系统(3)捕获的地层振动能量进行更有效地吸收和衰减。
3.如权利要求1所述的基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,其特征在于,调整超材料隔振桩阵列内的桩间距并设计每根桩内谐振子系统(3)不同的自振频率,实现对特定低频范围内振动波的捕获;调整惯容阻尼器(2)的惯容系数实现对主频附近峰值的进一步抑制,提高系统的隔振性能。
4.如权利要求1所述的基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,其特征在于,应用于轨道交通环境振动控制,所述超材料隔振桩阵列根据Bragg散射效应设置在地下交通隧道与具有减振要求的结构物之间的地层振动传播途径上,桩内谐振子系统基于屏障效应、局部共振等减(隔)振机理控制地层振动能量。
5.如权利要求1所述的基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,其特征在于,所述基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩,包括空心桩(1)、惯容阻尼器(2)和谐振子系统(3);所述惯容阻尼器(2)与谐振子系统(3)连接并设于桩体(1)外壳内,桩体内部其余空间采用混凝土填充;所述惯容阻尼器与谐振子系统连接,基于惯性放大原理实现对谐振子系统的质量增益和阻尼结构耗能增效,加速吸收并衰减地层振动能量,减轻结构动力响应;
所述惯容阻尼器(2)包括弹簧(2-4)、惯容质量增益系统(2-5)和粘滞阻尼器(2-6),其中:所述弹簧(2-4)、惯容质量增益系统(2-5)和粘滞阻尼器(2-6)采用多种拓扑连接方式进行连接;所述惯容质量增益系统(2-5),根据惯容机制实现减振过程中的惯性放大与阻尼结构耗能增效,调节自振频率实现装置内部与超材料隔振桩主体结构的异步振动;所述粘滞阻尼器(2-6),通过异步振动放大阻尼介质的有效变形与摩擦耗能,抑制来自地层的低频振动响应;
所述惯容质量增益系统(2-5)包括轴承(2-5-7)、滚珠螺纹丝杆(2-5-8)和刚性飞轮(2-5-9);所述滚珠螺纹丝杆(2-5-8)包括螺纹丝杆、螺母和滚珠;所述惯容质量增益系统(2-5)将装置两端振动受力产生的直线相对运动通过轴承(2-5-7)转变为螺纹丝杆绕杆轴线的转动,带动固定安装在滚珠螺母上的刚性飞轮(2-5-9)旋转运动,形成惯性放大;
所述粘滞阻尼器(2-6)包括缸体(2-6-14)、端盖(2-6-15)、带孔活塞(2-6-16)和粘滞阻尼介质(2-6-17);所述粘滞阻尼器(2-6)中,缸体(2-6-14)与带孔活塞(2-6-16)之间设有间隙,带孔活塞(2-6-16)穿套在通过轴承(2-5-7)固定的螺纹丝杆上,带孔活塞(2-6-16)表面设有若干孔道,增加粘滞阻尼介质(2-6-17)流动通过时的摩擦耗能;所述滚珠螺纹丝杆(2-5-8)的转动引发带孔活塞(2-6-16)在缸体内往复运动,压缩粘滞阻尼介质(2-6-17)产生变形,产生阻尼效果。
8.如权利要求1所述的基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统,其特征在于,所述谐振子系统(3)包括圆柱形质量块(3-10)和弹性橡胶垫(3-11);调整质量块(3-10)的质量和弹性橡胶垫(3-11)的刚度改变谐振子系统(3)的自振频率,当地层振动波以带隙范围内的频率传播至超材料隔振桩内时产生共振,实现对振动波的捕获。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310022944.8A CN116378111A (zh) | 2023-01-08 | 2023-01-08 | 一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310022944.8A CN116378111A (zh) | 2023-01-08 | 2023-01-08 | 一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116378111A true CN116378111A (zh) | 2023-07-04 |
Family
ID=86979436
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310022944.8A Pending CN116378111A (zh) | 2023-01-08 | 2023-01-08 | 一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116378111A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117150644A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-12-01 | 中南大学 | 一种基于惯性放大原理的弹性超结构设计方法及装置 |
-
2023
- 2023-01-08 CN CN202310022944.8A patent/CN116378111A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117150644A (zh) * | 2023-08-10 | 2023-12-01 | 中南大学 | 一种基于惯性放大原理的弹性超结构设计方法及装置 |
CN117150644B (zh) * | 2023-08-10 | 2024-05-28 | 中南大学 | 一种基于惯性放大原理的弹性超结构设计方法及装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Lu et al. | Nonlinear dissipative devices in structural vibration control: A review | |
Lu et al. | Particle impact dampers: Past, present, and future | |
Xue et al. | Control performance and robustness of pounding tuned mass damper for vibration reduction in SDOF structure | |
CN110566619A (zh) | 一种粒子阻尼声子晶体结构及其等效理论模型构建方法 | |
CN116378111A (zh) | 一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩阵列应用系统 | |
Li et al. | An experimental investigation into the use of a buffered impact damper | |
JPS6329136B2 (zh) | ||
Fu et al. | Investigation on damping performance of new type oscillator-liquid combined damper | |
CN112013066A (zh) | 复合阻尼型动力吸振器低频减振结构 | |
Li et al. | Study on the damping effect of particle dampers considering different surface properties | |
CN219315831U (zh) | 一种基于惯容阻尼器增益的超材料隔振桩 | |
Pranoto et al. | Vibration suppression of plate using linear MR fluid passive damper | |
Paradeisiotis et al. | Advanced negative stiffness absorber for low-frequency noise insulation of panels | |
CN210637425U (zh) | 一种粒子阻尼声子晶体结构 | |
Liu et al. | Active vibration control of finite L-shaped beam with travelling wave approach | |
CN114526308A (zh) | 一种基于声子晶体的含弹簧阻尼型动力吸振器低频减振结构 | |
Yu et al. | An integrated load-bearing and vibration-isolation supporter with decorated metamaterial absorbers | |
JP3854999B2 (ja) | 免震装置 | |
Göransson | Acoustic finite element formulation of a flexible porous material—a correction for inertial effects | |
Behbahani et al. | Effects of TLCD with maneuverable flaps on vibration control of a SDOF structure | |
CN114033823A (zh) | 一种振子-颗粒多尺度协同耦合宽带阻尼吸振装置 | |
CN113007254B (zh) | 一种具有颗粒阻尼特性的弹性波超材料隔振装置 | |
CN212107440U (zh) | 一种基于非线性调节技术的管道吸振装置 | |
CN212295143U (zh) | 一种调频液柱阻尼装置 | |
Hu et al. | Liquid-solid synergistic mechanism sound absorption for underwater anechoic coating |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |