CN116556757A - 一种调谐质量阻尼器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种调谐质量阻尼器，调谐质量阻尼器整体安装于所需振动控制的主结构之上，当主结构在外载激励下产生振动时调谐质量阻尼器起到减振的作用，调谐质量阻尼器包括主动式调谐质量阻尼器单元、被动式调谐阻尼器单元、传感单元及控制驱动单元，当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，即可满足减振需求，此时几乎无能耗。当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元开始作动，起到高效减振耗能的作用。

Description

一种调谐质量阻尼器
技术领域
本发明属于结构减振技术领域，尤其是涉及一种调谐质量阻尼器。
背景技术
质量调谐减振技术在结构振动控制技术中是一种相对成熟的技术，因其具有对控制元件要求低，可直接单点安装于主结构，在高层建筑、高耸结构、大跨度桥梁的振动控制中获得了广泛应用。质量调谐类减振产品中，被动式调谐质量阻尼器单元（Tuned MassDamper，以下简称TMD）、被动式调节液体阻尼器（Tuned Liquid Damper以下简称TLD）、主动调谐质量阻尼器(Active Tuned Mass Damper，以下简称ATMD)是当前结构控制领域使用频率最高、范围最广的控制装置。
TMD、TLD的产品结构相对简单，其工作机理为将产品基频调试至与主结构某一阶所需控制基频接近，当主结构在大风、人行等外载下产生振动时，产品由于惯性会被动以与主结构此阶基频成一定相位差的同频共振，通过此共振抑制主结构振动的同时通过自身的阻尼消耗能量从而减小主结构振动幅值。被动式质量调谐类产品特点是振控机理简明、工作时不需消耗额外能量，TMD、TLD用来减小主结构的振幅时需达到一定的质量比（产品质量与主结构模态质量的比值）才会形成较优的振动控制效果，一般设计质量比为1~2%，因此对于大型结构，TMD、TLD自重往往较大，如上海中心大厦TMD质量块重1000吨。
ATMD通过电机、液压装置等执行元件，在控制系统的控制下实时驱动质量块运动并形成闭环反馈。由于其可实时驱动质量块与主结构运动成180度反相位作动，提供高效、直接的反向抑制作用，在相同的附属质量下，其理论减振效果可达到最大化，但其存在能耗较高的问题，且一旦出现断电则会导致直接丧失所有减振能力，因此其推广使用受到一定限制。
发明内容
基于现有技术中被动式调谐质量阻尼器与主动式调谐质量阻尼器分别存在的缺陷，本发明提供一种调谐质量阻尼器。
本发明提供的调谐质量阻尼器主要技术特点为其可自动化、实时化、智能化以高效低能耗的方式减小主结构振动。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器整体安装于所需振动控制的主结构之上，当主结构在外载激励下产生振动时调谐质量阻尼器起到减振的作用，所述调谐质量阻尼器包括主动式调谐质量阻尼器单元、被动式调谐阻尼器单元、传感单元及控制驱动单元，
所述主动式调谐质量阻尼器单元包括作动器、承载平台、主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块位于承载平台上，所述作动器与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块连接，所述作动器用于推动主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块，所述作动器与承载平台均安装于所需振动控制的主结构之上；
所述被动式调谐阻尼器单元设置在所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块上，
所述传感单元用于采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速。
所述控制驱动单元与传感单元以及作动器连接，所述控制驱动单元用于接收传感单元的信号，自动实时分析、计算主结构的振动情况并输出电信号控制作动器，所述作动器随之推拉主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块，使主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块在承载平台左右运动，从而产生惯性力以减小主结构的振动。
在本发明的一个实施方式中，所述被动式调谐阻尼器单元为质量块型被动式调谐质量阻尼器单元（Tuned Mass Damper），包括被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块、被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件、被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件，其中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块两端设置有挡块，所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块位于主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块两端的挡块之间，且所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块两端的挡块之间分别通过被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件及被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件连接。
所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块上设置有滚轴，所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块支撑在滚轴上，使得所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块之间滚动接触。
在本发明的一个实施方式中，所述被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件采用弹簧部件或橡胶部件。
在本发明的一个实施方式中，所述被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件采用粘滞阻尼器或电涡流阻尼器。
当所述被动式调谐质量阻尼器单元采用质量块型被动式调谐质量阻尼器（TMD）时，通过其阻尼部件内部的电控电磁阀关闭使得质量块型被动式调谐质量阻尼器单元无法运动。
在本发明的一个实施方式中，所述被动式调谐阻尼器单元为液体晃动型被动式调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Damper），包括被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱与被动式调谐液体阻尼器液位调节器，其中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块设置有两个，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块设置成箱体结构，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块的箱体结构即构成被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱，两个被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱之间通过管路连接，在管路上设置有被动式调谐液体阻尼器液位调节器，其中一个被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱内填充有介质。
在本发明的一个实施方式中，所述介质采用水或阻尼油。
在本发明的一个实施方式中，所述被动式调谐液体阻尼器液位调节器为抽水泵。
当所述被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器时，可通过在被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱中注入不同深度的介质以调节被动式调谐液体阻尼器的振动频率和质量。
当所述被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器（TLD）时，可通过在被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱注满介质或抽干介质以使被动式调谐液体阻尼器（TLD）不晃动。
在本发明的一个实施方式中，所述传感单元包括用于感应振动的振动传感单元，所述振动传感单元由多组传感器组成，包括与大地相连接的地基振动测试组，与所需受控主结构相连接的主结构振动测试组以及与阻尼器相连接的产品振动测试组，其中地基振动测试组、主结构振动测试组以及与产品振动测试组均由至少一个振动传感器组成。
其中，所述振动传感单元负责实现传感单元采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号功能；优选地，地基振动测试组设置在结构标高0米层地面，主结构振动测试组设置在阻尼器所安装主结构附近，产品振动测试组设置于阻尼器上。
在本发明的一个实施方式中，所述传感单元包括用于采集自然环境风速的风速仪。
在本发明的一个实施方式中，所述控制驱动单元由信号采集器及运算驱动器构成，信号采集器用于接收传感单元的信号，运算驱动器通过设定的程序自动、实时分析主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算并输出驱动信号以控制作动器。其中，运算驱动器设定的程序以及设定的阈值可以采用本领域的成熟技术手段实现。阈值主要是基于规范中各工况下的规范限制来设定的。
在本发明的一个实施方式中，所述信号采集器为采集上述振动传感单元信号的采集设备，如信号采集板卡；运算驱动器是将计算器输出的弱电信号转换为可驱动作动器作动的强电信号的设备，如步进电机驱动器。
本发明所述的主结构一般为超高层建筑类高耸结构或大跨桥梁。
本发明提供的调谐质量阻尼器使用时，当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，此时几乎无能耗。
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，当被动式调谐阻尼器单元采用质量块型被动式调谐质量阻尼器单元时，通过调节刚度部件将其振动频率调整至与主结构所需控制基频接近，当主结构振动时，质量部件由于惯性而运动，给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上阻尼部件的耗能作用，从而起到减小主结构的振动。
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，当被动式调谐阻尼器单元采用液体晃动型被动式调谐液体阻尼器时，通过调节液位将其振动频率调整至与主结构频率接近，当主结构振动时，液体由于惯性而运动，给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上液体晃动时的液体与液体间、液体与箱体间、液体与箱体所设计挡板间的摩擦耗能，从而起到减小主结构的振动。
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元在控制驱动单元的信号控制下开始作动，由于其可实时以与主结构运动成180°相位差反向作动以高效抑制主结构振动，减振效率相较于纯被动式调谐质量阻尼器更高。主动式调谐质量阻尼器单元起到高效减振耗能的作用。
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，此时被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块。主动式调谐质量阻尼器单元开始作动时，当被动式调谐阻尼器单元采用质量块型被动式调谐质量阻尼器单元时，通过其阻尼部件内部的电控电磁阀关闭使得质量块型被动式调谐质量阻尼器单元无法运动；当被动式调谐阻尼器单元采用液体晃动型被动式调谐液体阻尼器时，通过其液位调节器将调谐液体阻尼器中介质盛放箱注满介质或抽干介质使得其内部无介质晃动。此时，被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块，与主动式调谐质量阻尼器单元的主动部分质量块一同运动，将被动式调谐阻尼器单元的质量得到充分应用。
本发明的所述传感单元起到实时采集主结构以及阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速信号并将信号传输给控制驱动单元的作用。所述控制驱动单元起到接收传感单元的信号并通过预先设定的程序自动实时分析目前主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算输出控制信号控制主动式调谐质量阻尼器单元的作用。
本发明提供的调谐质量阻尼器，主要包括被动式调谐阻尼器单元、主动式调谐质量阻尼器单元、传感单元、控制驱动单元所组成。当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，即可满足减振需求，此时几乎无能耗。当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元开始作动，起到高效减振耗能的作用。
本发明中，主动式调谐质量阻尼器单元在主结构振幅大于所设定阈值时起到减小主结构振动的作用。被动式调谐阻尼器单元同时起到在主结构振幅小于所设定阈值时减小主结构振动的作用以及在主结构振幅大于所设定阈值时作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块的作用。被动式调谐阻尼器单元在当主结构振幅大于所设定阈值时启动时，其可自行改变控制使得其不产生晃、振动。
本发明的调谐质量阻尼器具有构造紧凑合理、空间利用率高，综合了被动式调谐质量阻尼器的低能耗，主动式调谐质量阻尼器的高效率等优点。
与现有技术相比，本发明具有以下优点及有益效果：
第一、本发明提供的调谐质量阻尼器，在减振耗能方面，同时具有被动式调谐质量阻尼器的低能耗，主动式调谐质量阻尼器的高效率的优点。
第二、本发明提供的调谐质量阻尼器，其可自动化、实时化、智能化通过实时分析主结构振动情况以及外部环境情况，实时控制减少主结构振动，并且由于有被动式调谐阻尼器单元的存在，使得产品相较于传统主动式调谐质量阻尼器更为节能环保。
第三、本发明提供的调谐质量阻尼器，采用主动式调谐质量阻尼器单元和被动式调谐阻尼器单元相结合的方式，安装有传感单元，传感单元的存在能够使用户实时了解结构的振动情况及减振效率，起到实时监测作用。即使当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值，仅被动式调谐阻尼器单元工作时，此监测作用仍存在，使得产品相较于传统被动式调谐质量阻尼器更为智能且可提供更多信息供使用者参考。
第四、本发明提供的调谐质量阻尼器，可在现场断电等突发意外情况下，可仍发挥被动式调谐阻尼器单元的减振效果，较纯主动式调谐质量阻尼器适用范围更广，可靠性更高。
第五、本发明提供的调谐质量阻尼器，在突发超大型地震等超出预期荷载的情况下，通过传感器的监测，可通过主动控制部分实现锁定，防止产品振幅过大对结构产生意外影响，此时被动式调谐阻尼器单元部分仍可正常工作进行减振，较纯主动式调谐质量阻尼器单元可应对更多突发多灾害耦合振动情况。
第六、本发明提供的调谐质量阻尼器，由于主动式调谐质量阻尼器单元可通过作动器作动锁定运动，因此可避免纯被动式调谐阻尼器单元需额外安装限位装置而产生的技术、成本等问题，减少综合碳排放。
第七、本发明提供的调谐质量阻尼器，由于同时存在主动式调谐质量阻尼器单元和被动式调谐阻尼器单元，可以使得主动式调谐质量阻尼器单元和被动式调谐阻尼器单元发挥更佳的协同减振效果。
附图说明
图1示出了调谐质量阻尼器的被动式调谐阻尼器单元采用质量块型被动式调谐质量阻尼器单元时的结构示意图。
图2示出了当调谐质量阻尼器中的被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器，其介质高度调节至设计高度使得其振动频率与结构所需控制基频接近时的结构示意图。
图3示出了调谐质量阻尼器中的被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器，且其介质盛放箱中的介质注满或抽干，其不晃动时结构示意图。
图中标号所示：
1-1、作动器，1-2、承载平台，1-3、主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块；
2-1、被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块，2-2、被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件，2-3、被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件，2-4、被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱，2-5、被动式调谐液体阻尼器液位调节器；
3-1、地基振动测试组，3-2、与主结构振动测试组，3-3、产品振动测试组，3-4、风速仪。
4、控制驱动单元。
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1
图1示出了本实施例中调谐质量阻尼器的结构示意图。
本实施例中，被动式调谐阻尼器单元采用调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper，TMD）。
本实施例中，所述调谐质量阻尼器整体安装于所需振动控制的主结构之上，当主结构在外载激励下产生振动时调谐质量阻尼器起到减振的作用，所述调谐质量阻尼器包括主动式调谐质量阻尼器单元、被动式调谐阻尼器单元、传感单元及控制驱动单元4，
所述主动式调谐质量阻尼器单元包括作动器1-1、承载平台1-2、主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3位于承载平台1-2上，所述作动器1-1与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3连接，所述作动器1-1用于推动主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3，所述作动器1-1与承载平台1-2均安装于所需振动控制的主结构之上；
所述被动式调谐阻尼器单元设置在所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3上，
所述传感单元用于采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速；
所述控制驱动单元4与传感单元以及作动器1-1连接，所述控制驱动单元4用于接收传感单元的信号，自动实时分析、计算主结构的振动情况并输出电信号控制作动器1-1，所述作动器1-1随之推拉主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3，使主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3在承载平台1-2左右运动，从而产生惯性力以减小主结构的振动。
本实施例中，所述被动式调谐阻尼器单元为质量块型被动式调谐质量阻尼器单元（Tuned Mass Damper），包括被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块2-1、被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件2-2、被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件2-3，其中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3两端设置有挡块，所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块2-1位于主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3两端的挡块之间，且所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块2-1与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3两端的挡块之间分别通过被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件2-2及被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件2-3连接。
本实施例中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3上设置有滚轴，所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块2-1支撑在滚轴上，使得所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块2-1与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3之间滚动接触。
本实施例中，所述被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件2-2采用弹簧部件。其也可以采用为橡胶部件。
本实施例中，所述被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件2-3采用粘滞阻尼器。其也可以采用电涡流阻尼器。
本实施例中的质量块型被动式调谐质量阻尼器单元TMD通过其阻尼部件内部的电控电磁阀关闭使得质量块型被动式调谐质量阻尼器单元无法运动。
本实施例中，所述传感单元包括用于感应振动的振动传感单元，所述振动传感单元由多组传感器组成，包括与大地相连接的地基振动测试组3-1，与所需受控主结构相连接的主结构振动测试组3-2以及与阻尼器相连接的产品振动测试组3-3，其中地基振动测试组3-1、主结构振动测试组3-2以及与产品振动测试组3-3均由至少一个振动传感器组成。其中，所述振动传感单元负责实现传感单元采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号功能；优选地，地基振动测试组3-1设置在结构标高0米层地面，主结构振动测试组3-2设置在阻尼器所安装主结构附近，产品振动测试组3-3设置于阻尼器上。所述传感单元还包括用于采集自然环境风速的风速仪3-4。
本实施例中，所述控制驱动单元4由信号采集器及运算驱动器构成，信号采集器用于接收传感单元的信号，运算驱动器通过设定的程序自动、实时分析主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算并输出驱动信号以控制作动器1-1。其中，运算驱动器设定的程序以及设定的阈值可以采用本领域的成熟技术手段实现。阈值主要是基于规范中各工况下的规范限制来设定的。所述信号采集器为采集上述振动传感单元信号的采集设备，如信号采集板卡；运算驱动器是将计算器输出的弱电信号转换为可驱动作动器1-1作动的强电信号的设备，如步进电机驱动器。
本实施例所述的主结构一般为超高层建筑类高耸结构或大跨桥梁。
本实施例提供的调谐质量阻尼器使用时，当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，此时几乎无能耗。
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，通过调节刚度部件将其振动频率调整至与主结构所需控制基频接近，当主结构振动时，质量部件由于惯性而运动，给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上阻尼部件的耗能作用，从而起到减小主结构的振动。
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元在控制驱动单元4的信号控制下开始作动，由于其可实时以与主结构运动成180°相位差反向作动以高效抑制主结构振动，减振效率相较于纯被动式调谐质量阻尼器更高。主动式调谐质量阻尼器单元起到高效减振耗能的作用。
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，此时被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块。主动式调谐质量阻尼器单元开始作动时，质量块型被动式调谐质量阻尼器单元通过其阻尼部件内部的电控电磁阀关闭使得被动式调谐阻尼器单元无法运动。此时，被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块，与主动式调谐质量阻尼器单元的主动部分质量块1-3一同运动，将被动式调谐阻尼器单元的质量得到充分应用。
本实施例提供的所述传感单元起到实时采集主结构以及阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速信号并将信号传输给控制驱动单元的作用。所述控制驱动单元起到接收传感单元的信号并通过预先设定的程序自动实时分析目前主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算输出控制信号控制主动式调谐质量阻尼器单元的作用。
本实施例提供的调谐质量阻尼器，主要包括被动式调谐阻尼器单元、主动式调谐质量阻尼器单元、传感单元、控制驱动单元所组成。当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，即可满足减振需求，此时几乎无能耗。当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元开始作动，起到高效减振耗能的作用。
本实施例中，主动式调谐质量阻尼器单元在主结构振幅大于所设定阈值时起到减小主结构振动的作用。被动式调谐阻尼器单元同时起到在主结构振幅小于所设定阈值时减小主结构振动的作用以及在主结构振幅大于所设定阈值时作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块的作用。被动式调谐阻尼器单元在当主结构振幅大于所设定阈值时启动时，其可自行改变控制使得其不产生晃、振动。
本实施例的调谐质量阻尼器具有构造紧凑合理、空间利用率高，综合了被动式调谐质量阻尼器的低能耗，主动式调谐质量阻尼器的高效率等优点。
实施例2
图2示出了当调谐质量阻尼器中的被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器，其介质高度调节至设计高度使得其振动频率与结构所需控制基频接近时的结构示意图。图3示出了调谐质量阻尼器中的被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器，且其介质盛放箱中的介质注满或抽干，其不晃动时结构示意图。
本实施例中，被动式调谐阻尼器单元采用采用调谐液体阻尼器（Tuned LiquidDamper，TLD）且其介质高度调节至设计高度使得其振动频率与结构所需控制基频接近。
本实施例中，所述调谐质量阻尼器整体安装于所需振动控制的主结构之上，当主结构在外载激励下产生振动时调谐质量阻尼器起到减振的作用，所述调谐质量阻尼器包括主动式调谐质量阻尼器单元、被动式调谐阻尼器单元、传感单元及控制驱动单元4，
所述主动式调谐质量阻尼器单元包括作动器1-1、承载平台1-2、主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3位于承载平台1-2上，所述作动器1-1与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3连接，所述作动器1-1用于推动主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3，所述作动器1-1与承载平台1-2均安装于所需振动控制的主结构之上；
所述被动式调谐阻尼器单元设置在所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3上，
所述传感单元用于采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速；
所述控制驱动单元4与传感单元以及作动器1-1连接，所述控制驱动单元4用于接收传感单元的信号，自动实时分析、计算主结构的振动情况并输出电信号控制作动器1-1，所述作动器1-1随之推拉主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3，使主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3在承载平台1-2左右运动，从而产生惯性力以减小主结构的振动。
本实施例中，所述被动式调谐阻尼器单元为液体晃动型被动式调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Damper），包括被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱2-4与被动式调谐液体阻尼器液位调节器2-5，其中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3设置有两个，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3设置成箱体结构，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块1-3的箱体结构即构成被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱2-4，两个被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱2-4之间通过管路连接，在管路上设置有被动式调谐液体阻尼器液位调节器2-5，其中一个被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱2-4内填充有介质。
本实施例中，所述介质采用水，在其他的实施例中也可以采用阻尼油。
本实施例中，所述被动式调谐液体阻尼器液位调节器2-5为抽水泵。
本实施例中，可通过在被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱2-4中注入不同深度的介质以调节被动式调谐液体阻尼器的振动频率和质量。也可通过在被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱2-4注满介质或抽干介质以使被动式调谐液体阻尼器（TLD）不晃动，图3即示出了调谐质量阻尼器中的被动式调谐阻尼器单元采用被动式调谐液体阻尼器，且其介质盛放箱中的介质注满或抽干，其不晃动时结构示意图。
本实施例中，所述传感单元包括用于感应振动的振动传感单元，所述振动传感单元由多组传感器组成，包括与大地相连接的地基振动测试组3-1，与所需受控主结构相连接的主结构振动测试组3-2以及与阻尼器相连接的产品振动测试组3-3，其中地基振动测试组3-1、主结构振动测试组3-2以及与产品振动测试组3-3均由至少一个振动传感器组成。其中，所述振动传感单元负责实现传感单元采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号功能；优选地，地基振动测试组3-1设置在结构标高0米层地面，主结构振动测试组3-2设置在阻尼器所安装主结构附近，产品振动测试组3-3设置于阻尼器上。所述传感单元还包括用于采集自然环境风速的风速仪3-4。
本实施例中，所述控制驱动单元由信号采集器及运算驱动器构成，信号采集器用于接收传感单元的信号，运算驱动器通过设定的程序自动、实时分析主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算并输出驱动信号以控制作动器1-1。其中，运算驱动器设定的程序以及设定的阈值可以采用本领域的成熟技术手段实现。阈值主要是基于规范中各工况下的规范限制来设定的。所述信号采集器为采集上述振动传感单元信号的采集设备，如信号采集板卡；运算驱动器是将计算器输出的弱电信号转换为可驱动作动器1-1作动的强电信号的设备，如步进电机驱动器。
本实施例所述的主结构一般为超高层建筑类高耸结构或大跨桥梁。
本实施例提供的调谐质量阻尼器使用时，当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，此时几乎无能耗。
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，通过调节液位将其振动频率调整至与主结构频率接近，当主结构振动时，液体由于惯性而运动，给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上液体晃动时的液体与液体间、液体与箱体间、液体与箱体所设计挡板间的摩擦耗能，从而起到减小主结构的振动。
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元在控制驱动单元的信号控制下开始作动，由于其可实时以与主结构运动成180°相位差反向作动以高效抑制主结构振动，减振效率相较于纯被动式调谐质量阻尼器更高。主动式调谐质量阻尼器单元起到高效减振耗能的作用。
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，此时被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块。主动式调谐质量阻尼器单元开始作动时，液体晃动型被动式调谐液体阻尼器通过其液位调节器将调谐液体阻尼器中介质盛放箱注满介质或抽干介质使得其内部无介质晃动。此时，被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块，与主动式调谐质量阻尼器单元的主动部分质量块1-3一同运动，将被动式调谐阻尼器单元的质量得到充分应用。
本实施例提供的所述传感单元起到实时采集主结构以及阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速信号并将信号传输给控制驱动单元的作用。所述控制驱动单元起到接收传感单元的信号并通过预先设定的程序自动实时分析目前主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算输出控制信号控制主动式调谐质量阻尼器单元的作用。
本实施例提供的调谐质量阻尼器，主要包括被动式调谐阻尼器单元、主动式调谐质量阻尼器单元、传感单元、控制驱动单元所组成。当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，即可满足减振需求，此时几乎无能耗。当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元开始作动，起到高效减振耗能的作用。
本实施例中，主动式调谐质量阻尼器单元在主结构振幅大于所设定阈值时起到减小主结构振动的作用。被动式调谐阻尼器单元同时起到在主结构振幅小于所设定阈值时减小主结构振动的作用以及在主结构振幅大于所设定阈值时作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块的作用。被动式调谐阻尼器单元在当主结构振幅大于所设定阈值时启动时，其可自行改变控制使得其不产生晃、振动。
本实施例的调谐质量阻尼器具有构造紧凑合理、空间利用率高，综合了被动式调谐质量阻尼器的低能耗，主动式调谐质量阻尼器的高效率等优点。
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 (9)

1.一种调谐质量阻尼器，所述调谐质量阻尼器整体安装于所需振动控制的主结构之上，当主结构在外载激励下产生振动时调谐质量阻尼器起到减振的作用，其特征在于，所述调谐质量阻尼器包括主动式调谐质量阻尼器单元、被动式调谐阻尼器单元、传感单元及控制驱动单元（4），
所述主动式调谐质量阻尼器单元包括作动器（1-1）、承载平台（1-2）、主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3），所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）位于承载平台（1-2）上，所述作动器（1-1）与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）连接，所述作动器（1-1）用于推动主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3），所述作动器（1-1）与承载平台（1-2）均安装于所需振动控制的主结构之上；
所述被动式调谐阻尼器单元设置在所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）上，
所述传感单元用于采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号以及自然环境风速；
所述控制驱动单元（4）与传感单元以及作动器（1-1）连接，所述控制驱动单元（4）用于接收传感单元的信号，自动实时分析、计算主结构的振动情况并输出电信号控制作动器（1-1），所述作动器（1-1）随之推拉主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3），使主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）在承载平台（1-2）左右运动，从而产生惯性力以减小主结构的振动；
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，仅被动式调谐阻尼器单元工作，主动式调谐质量阻尼器单元处于不作动状态，将被动式调谐阻尼器单元的振动频率调整至与主结构所需控制基频接近，当主结构振动时，被动式调谐阻尼器单元给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上被动式调谐阻尼器单元内部的耗能，从而起到减小主结构的振动；
当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，主动式调谐质量阻尼器单元在控制驱动单元（4）的信号控制下开始作动，主动式调谐质量阻尼器单元起到减振耗能的作用，当主结构在外载激励下振幅大于所设定阈值时，控制被动式调谐阻尼器单元不运动，此时，被动式调谐阻尼器单元作为主动式调谐质量阻尼器单元的部分质量块，与主动式调谐质量阻尼器单元的主动部分质量块一同运动，将被动式调谐阻尼器单元的质量得到充分应用。
2.根据权利要求1所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述被动式调谐阻尼器单元为质量块型被动式调谐质量阻尼器单元，包括被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（2-1）、被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件（2-2）、被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件（2-3），其中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）两端设置有挡块，所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（2-1）位于主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）两端的挡块之间，且所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（2-1）与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）两端的挡块之间分别通过被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件（2-2）及被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件（2-3）连接；
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，通过调节刚度部件将其振动频率调整至与主结构所需控制基频接近，当主结构振动时，质量部件由于惯性而运动，给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上阻尼部件的耗能作用，从而起到减小主结构的振动。
3.根据权利要求2所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）上设置有滚轴，所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（2-1）支撑在滚轴上，使得所述被动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（2-1）与主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）之间滚动接触。
4.根据权利要求2所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述被动式调谐质量阻尼器单元刚度部件（2-2）采用弹簧部件或橡胶部件；所述被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件（2-3）采用粘滞阻尼器或电涡流阻尼器，通过所述被动式调谐质量阻尼器单元阻尼部件（2-3）内部的电控电磁阀关闭使得质量块型被动式调谐质量阻尼器单元无法运动。
5.根据权利要求1所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述被动式调谐阻尼器单元为液体晃动型被动式调谐液体阻尼器，包括被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱（2-4）与被动式调谐液体阻尼器液位调节器（2-5），其中，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）设置有两个，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）设置成箱体结构，所述主动式调谐质量阻尼器单元部分质量块（1-3）的箱体结构即构成被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱（2-4），两个被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱（2-4）之间通过管路连接，在管路上设置有被动式调谐液体阻尼器液位调节器（2-5），其中一个被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱（2-4）内填充有介质；
当主结构在外载激励下振幅小于所设定阈值时，通过调节液位将其振动频率调整至与主结构频率接近，当主结构振动时，液体由于惯性而运动，给主结构被动施加与主结构振动成一相位差的力，加上液体晃动时的液体与液体间、液体与箱体间、液体与箱体所设计挡板间的摩擦耗能，从而起到减小主结构的振动。
6.根据权利要求5所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述介质采用水或阻尼油；所述被动式调谐液体阻尼器液位调节器（2-5）为抽水泵。
7.根据权利要求5所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，通过在被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱（2-4）中注入不同深度的介质以调节被动式调谐液体阻尼器的振动频率和质量；
通过在被动式调谐液体阻尼器介质盛放箱（2-4）注满介质或抽干介质以使被动式调谐液体阻尼器不晃动。
8.根据权利要求1所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述传感单元包括用于感应振动的振动传感单元，所述振动传感单元由多组传感器组成，包括与大地相连接的地基振动测试组（3-1），与所需受控主结构相连接的主结构振动测试组（3-2）以及与阻尼器相连接的产品振动测试组（3-3），其中地基振动测试组（3-1）、主结构振动测试组（3-2）以及与产品振动测试组（3-3）均由至少一个振动传感器组成；所述振动传感单元负责实现传感单元采集主结构以及调谐质量阻尼器的位移、速度、加速度信号功能；
所述传感单元还包括用于采集自然环境风速的风速仪（3-4）。
9.根据权利要求1所述的一种调谐质量阻尼器，其特征在于，所述控制驱动单元（4）由信号采集器及运算驱动器构成，信号采集器用于接收传感单元的信号，运算驱动器通过设定的程序自动、实时分析主结构的振动情况并结合预先设定的阈值实时计算并输出驱动信号以控制作动器（1-1）。
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