CN117248645A - 一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法 - Google Patents

一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法 Download PDF

Info

Publication number
CN117248645A
CN117248645A CN202311060713.2A CN202311060713A CN117248645A CN 117248645 A CN117248645 A CN 117248645A CN 202311060713 A CN202311060713 A CN 202311060713A CN 117248645 A CN117248645 A CN 117248645A
Authority
CN
China
Prior art keywords
super
vibration
shock absorber
building structure
assembling
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
Application number
CN202311060713.2A
Other languages
English (en)
Inventor
范华林
李渔
安西月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Guilin University of Electronic Technology
Original Assignee
Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Guilin University of Electronic Technology
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Guilin University of Electronic Technology filed Critical Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority to CN202311060713.2A priority Critical patent/CN117248645A/zh
Publication of CN117248645A publication Critical patent/CN117248645A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/92—Protection against other undesired influences or dangers
    • E04B1/98—Protection against other undesired influences or dangers against vibrations or shocks; against mechanical destruction, e.g. by air-raids
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0237—Structural braces with damping devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Architecture (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Business, Economics & Management (AREA)
  • Emergency Management (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Vibration Prevention Devices (AREA)
  • Buildings Adapted To Withstand Abnormal External Influences (AREA)

Abstract

本发明公开了一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法，属于人防工程技术领域，所述减振器包括：连接件、质量块和橡胶减振器，所述质量块上下设置有橡胶减振器，所述橡胶减振器一侧设置有连接件；当元单元受到外部的波动振动，内部振子也会随之产生振动，从而衰减其内部的振动波，质量振子的局域共振消耗了外部输入的能量，通过理论分析证明在普通单元加入针对固定频段设计出的振子，也就是超结构元单元，具有良好的减振消波的效果。

Description

一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法
技术领域
本发明属于人防工程技术领域，具体涉及一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法。
背景技术
超材料隔振是近年来出现的一门新兴技术形态，在现代建筑工程的深入发展下，更多的研究者开始对结构隔振技术形态展开了更深层次的研究探讨，并在建筑结构隔振技术应用领域取得了一定的研究突破。超材料结构的隔振技术从应用实际来看，通过提高整体的柔性并合理的提高阻尼来实现对建筑物的构件或者结构产生抗震性能。
传统意义上的基础隔振体系主要包括三个部分：上部结构、隔震装置和下部结构，通过将隔震装置设置在基础和上部结构之间，使结构可以在基础的表面上进行柔性滑动，从而达到结构体系的自振周期加长，最终把地面震动隔开，有效地降低了结构的加速度反应。普通的橡胶支座性能很好但是造价很高，滑移摩擦的造价不高但是在低烈度地区经济效应不好，同时对于一些特殊建筑不太适用。而超材料的应用可以解决上述问题，根据需要，可以设计不同形式不同频率的减振器，造价不高同时可以符合各种建筑或者结构的标准，从而达到隔振减振的效果。
发明内容
本发明提供了一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法，所述隔振器通过装配的减振结构单元来对复杂的震动扰动进行针对性设计，实现对低频、宽频段的弹性波进行抑制，进而具备高效的隔振性能。
为达到上述目的，本发明是采用以下技术方案：
一种用于建筑结构的超结构元单元减振器，包括：连接件、质量块和橡胶减振器；所述质量块上下设置有橡胶减振器，所述橡胶减振器外侧设置有连接件；
以上所述结构中，所述质量块采用碳素钢制成，其上下面各设置有16个孔径1cm，孔深1cm的螺纹孔，方便与橡胶减振器连接；
所述连接件设置有16个直径为1cm的圆孔；方便通过减少橡胶减振器的数量来控制频率。
一种用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，包括如下步骤：
步骤一、通过理论计算确定隔振器各部件的参数，完成隔振器的设计，根据计算结果选择相应的部件；
步骤二、按照计算结果在质量块上下安装橡胶减振器，形成上下均为4×4布置的减振单元；
步骤三、将减振单元按不同竖向排布形成四种减振柱，单胞柱，两层柱、三层柱和四层柱；
步骤四、在柱上下都安装连接件，采用螺栓拧紧，形成超结构减振梁。
有益效果：本发明提供了一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法，与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、当元单元受到外部的波动振动，内部振子也会随之产生振动，从而衰减其内部的振动波，质量振子的局域共振消耗了外部输入的能量，通过理论分析证明了在普通单元加入针对固定频段设计出的振子，也就是超结构元单元，具有良好的减振消波的效果；
2、本发明提供的减振器体现了良好的加速度衰减效果，加速度基本维持在0.5g以内，衰减幅值最大达到了负57.39dB，利用LS-DYNA建立了超减振梁的数值仿真模型，仿真与试验吻合较好；利用弹簧质量体系和Euler-Bernoulli梁理论，建立了超减振梁的运动方程，基于Bloch定理假设了位移函数，求出超减振梁的理论带隙区间，结果表明试验数据和理论带隙基本一致；结合振子的带隙和理论带隙认为超结构减振梁的隔振减振效果有局域共振产生；
3、本发明中的减振柱的四种柱型由单胞到四层的加速度衰减效果逐层增加，最小加速度达到了2g，最大幅值峰值从21dB衰减到了9dB，可以看出超减振柱的频域衰减效果随着柱层的增加也在增加，产生的振动频率峰值也会随之减小。对超减振柱进行理论计算，建立多自由度动力平衡方程并给出四种柱的理论带隙区域，可以看出随着柱层的增加，带宽也在增加，但是增幅柱层减小，结果表明，理论与试验结果基本一致，同时与振子的频率做了比较，结果发现超结构减振柱受局域共振振子的影响较小，主要衰减效果来自于层状结构的衰减。
附图说明
图1为本发明实施例中超结构元单元减振器的主视图；
图2为本发明实施例中超结构元单元减振器的俯视图；
图3为本发明实施例中超结构元单元减振器中质量块示意图；
图4为本发明实施例中超结构元单元模块中连接件示意图；
图5为本发明实施例中超结构元单元模块中减振梁示意图；
图6为本发明实施例中超结构元单元模块中超减振柱四层示意图；
图7为本发明实施例中两种橡胶减振器示意图；
图8本发明实施例中超结构减振梁频率响应试验图；
图9本发明实施例中超结构减振梁理论带隙图；
图中：1-连接件、2-质量块、3-橡胶减振器。
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描述：
实施例1
如图1所示，一种建筑结构新型超结构元单元减振器，包括：连接件1、质量块2和橡胶减振器3；质量块2上下设置有橡胶减振器2，橡胶减振器2外侧设置有连接件3；
质量块2采用碳素钢制成，其上下面各设置有16个孔径1cm，孔深1cm的螺纹孔；
连接件1设置有16个直径为1cm的圆孔；
橡胶减振器3有两种，一种为两头都设置M4螺杆，另一种为两头分别设置M4螺纹、M4螺孔。
上述的超结构元单元减振器按下述步骤装配：
步骤一、通过理论计算确定隔振器各部件的参数，包括连接件的尺寸和质量、质量块的尺寸和质量、橡胶减振器的尺寸、质量和邵氏硬度，完成隔振器的设计，根据计算结果选择相应的部件；
当超结构减振梁的一端受到简谐荷载激励时，稳态振动下的超结构减振梁的平衡方程表示为：
其中，式中u1为超减振梁上连接件的位移，u2为下连接件的位移，ur为内部振子的位移，u上的点代表对时间的导数，EI表示为等效之后超减振梁的抗弯刚度，ρ表示超结构减振梁的密度，A表示超结构减振梁的截面积，表示沿着梁长度方向均化后的弹簧刚度，/>则表示沿着梁长度方向均化后的质量块的质量，x表示u对位移的偏导；
上述公式(1)可以简化为如下方程式：
|K-ω2M|＝0 (2)
上式中K为刚度矩阵，M为质量矩阵，ω表示超减振梁的简谐荷载的频率；
在下连接件施加简谐力，并且激励的端部都是自由无约束的，结合简化上式中的简化模型和变量参数，给出四层柱的有限周期下超结构减振柱的动力平衡方程如下：
同理给出超减振柱的三层动力平衡方程见公式(4)、两层动力平衡方程见公式(5)和单胞的动力平衡方程见公式(6)：
根据上述的公式，可以简化为如下方程式：
其中u表示质量的位移矢量，F(t)表示施加的力的矢量。
步骤二、按照上述计算结果在质量块上下安装橡胶减振器，形成上下均为4×4布置的减振单元；
步骤三、将5个减振单元平行排布上下分别安装连接件，根据组合大小不同，连接件有不同长短，这里是对应了五个减振单元的长连接件，采用螺栓拧紧，形成超结构减振梁；或将减振单元按不同竖向排布形成四种减振柱，分别为单胞柱、两层柱、三层柱和四层柱。
对上述得到的超结构减振梁进行频率响应试验，结果如图8所示，如图9所示，根据公式(1)得出超结构减振梁的理论带隙，结果表明试验数据和理论带隙基本一致；结合振子的带隙和理论带隙认为上述超结构减振梁的隔振减振效果有局域共振产生。
以上仅是本发明的优选实施例，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型，都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、确定隔振器各部件的参数，完成隔振器的设计，根据计算结果选择相应的部件；
步骤二、按照上述计算选择的部件进行装配形成减振单元；
步骤三、将减振单元按照不同的需求组装成减振柱或减振梁。
2.根据权利要求1所述的用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，其特征在于，当超结构减振梁的一端受到简谐荷载激励时，稳态振动下的超结构减振梁的平衡方程表示为：
其中，式中u1为超减振梁上连接件的位移，u2为下连接件的位移，ur为内部振子的位移，u上的点代表对时间的导数，EI表示为等效之后超减振梁的抗弯刚度，ρ表示超结构减振梁的密度，A表示超结构减振梁的截面积其中表示沿着梁长度方向均化后的弹簧刚度，/>则表示沿着梁长度方向均化后的质量块的质量；
公式(1)可以简化为如下方程式：
|K-ω2M|＝0 (2)
上式中K为刚度矩阵，M为质量矩阵，ω表示超减振梁的简谐荷载的频率。
3.根据权利要求2所述的用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，其特征在于，四层减振柱的有限周期下超结构减振柱的动力平衡方程如下：
4.根据权利要求2所述的用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，其特征在于，三层减振柱的有限周期下超结构减振柱的动力平衡方程如下：
5.根据权利要求2所述的用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，其特征在于，两层减振柱的有限周期下超结构减振柱的动力平衡方程如下：
6.根据权利要求2所述的用于建筑结构的超结构元单元减振器的装配方法，其特征在于，单胞减振柱的有限周期下超结构减振柱的动力平衡方程如下：
7.权利要求1-6任一项所述方法装配得到的用于建筑结构的超结构元单元减振器，其特征在于，包括：连接件、质量块、橡胶减振器；所述质量块上下安装橡胶减振器，所述橡胶减振器外侧安装连接件。
8.根据权利要求7所述的用于建筑结构的超结构元单元减振器，其特征在于，所述质量块采用碳素钢制成。
CN202311060713.2A 2023-08-21 2023-08-21 一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法 Pending CN117248645A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311060713.2A CN117248645A (zh) 2023-08-21 2023-08-21 一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202311060713.2A CN117248645A (zh) 2023-08-21 2023-08-21 一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN117248645A true CN117248645A (zh) 2023-12-19

Family

ID=89125575

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202311060713.2A Pending CN117248645A (zh) 2023-08-21 2023-08-21 一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN117248645A (zh)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Ma et al. Inerter-based structural vibration control: A state-of-the-art review
Wang et al. Optimum design and performance evaluation of the tuned inerter-negative-stiffness damper for seismic protection of single-degree-of-freedom structures
CN103243831B (zh) 复合式全向调谐减震阻尼摆
Ding et al. NES cell
CN110206184B (zh) 一种复合型减震分级屈服阻尼器
CN102425244A (zh) 多向多频率调谐质量阻尼器
Moon Structural design of double skin facades as damping devices for tall buildings
CN103015557A (zh) 一种碰撞屈曲耗能阻尼器
CN111305632B (zh) 一种带滑动斜弹簧的三维隔振装置
CN113312713A (zh) 一种调谐惯性质量阻尼器的最优参数设计方法
CN106639022A (zh) 一种新型非线性减震器
CN112213061B (zh) 一种用于直升机振动主动控制系统的多向激励装置及系统
CN201377127Y (zh) 微振强震双功用防屈曲支撑
Rong1a et al. A novel nonlinear gas-spring TMD for the seismic vibration control of a MDOF structure
Mehrparvar et al. Performance-based semi-active control algorithm for protecting base isolated buildings from near-fault earthquakes
CN113309216A (zh) 一种基于bim装配式建筑工程用的减震装置
CN117248645A (zh) 一种用于建筑结构的超结构元单元减振器及其装配方法
CN112761401A (zh) 一种多层圆环形调谐液柱阻尼器
Sun et al. Connecting parameters optimization on unsymmetrical twin-tower structure linked by sky-bridge
CN116379085A (zh) 一种具有多种带隙特性的隔振器
CN115288313A (zh) 一种超结构隔振梁及其装配方法
CN106702886B (zh) 一种适用于桥梁的可变刚度粒子阻尼减震装置
CN215106211U (zh) 一种可调节频率范围的并联弹簧板式调谐质量阻尼器
CN215759733U (zh) 一种多层圆环形调谐液柱阻尼器
KR100994175B1 (ko) 하이브리드 진동 격리장치

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