CN117450210A - 一种调谐阻尼器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种调谐阻尼器，属于建筑工程减震设备领域，包括基座、以及用于控制悬索桥竖直振动的第一子结构和用于组合控制悬索桥水平振动的第二子结构，所述第一子结构的底部铰接于基座，基座两端还分别通过第二子结构对称铰接于第一子结构，所述基座可传递水平振动和竖直振动于第二子结构和第一子结构，第一子结构包括支架、以及用于存贮惯性能量的质量组件，支架、质量组件之间通过用于产生自振频率的弹性元件a、阻尼器a固定连接；本发明采用双子结构嵌套方式激励自振频率，可同时作用水平方向和竖直方向的振动，减弱桥身桥身的水平方向上的振动和偏摆，同时组合第一子结构控制竖直方向上较大的振动，使桥身上的振动得到平衡控制。

Description

一种调谐阻尼器

技术领域

本发明涉及一种调谐阻尼器，属于建筑工程减震设备领域。

背景技术

现有的调谐质量阻尼器（TMD）其减震结构体系属于被动减震，现有调谐质量阻尼器主要由主结构和子结构构成，其中子结构包括质量系统、刚度系统和阻尼系统，具有质量、刚度和阻尼等综合特性。通过改变质量或者刚度，调整子结构的自振频率，使其接近主结构的基本频率或激励频率，当主结构受到激励振动时，子结构就会产生一个惯性力作用于主结构上，使得主结构受到的振动发生减弱从而达到相应的减震效果。TMD阻尼器可以在重量比物体（结构）小得多的情况下降低物体的最大振幅，从而可以防止不适、破损或彻底的损坏。它们经常用于建筑物、电力传输、汽车、轮船等生活的方方面面。

现有的调谐质量阻尼器如专利CN106677366B所述的结构中，底座和质量块之间分别连接有弹性元件和阻尼器，底座构成主结构，质量块和弹性元件构成子结构，通过子结构产生的自振频率来抵消底座上传递过来的激励频率，从而控制主结构中的振动幅度。但是其安装在悬吊桥梁时，仅可以减弱弹性元件回弹方向的振动，而桥身的水平方向上的振动和偏摆未能得到有效的控制。并且桥身跨度较大，桥身竖直方向的振动略大于水平方向上的振动，导致桥身本体的振动失衡，难以消除，桥身的抗震能力便会比较弱。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提出了一种调谐阻尼器，采用双子结构嵌套，可以控制桥身竖直方向上的振动，同时也可以减弱桥身桥身的水平方向上的摆动振动，平衡桥身的振动。

为解决上述问题，本发明通过如下技术方案实现：一种调谐阻尼器，包括基座、以及用于控制悬索桥竖直振动的第一子结构和用于组合控制悬索桥水平振动的第二子结构，所述第一子结构的底部铰接于基座，基座两端还分别通过第二子结构对称铰接于第一子结构，所述基座可传递水平振动和竖直振动于第二子结构和第一子结构；

所述第一子结构包括支架、以及用于存贮惯性能量的质量组件，支架、质量组件之间通过用于产生自振频率的弹性元件a、阻尼器a固定连接；

所述第二子结构包括用于铰接基座和第一子结构的伸缩杆，伸缩杆的两个伸缩端头之间通过用于产生自振频率的弹性元件b、阻尼器b固定连接，第一子结构可作为第二子结构用于存储惯性能量的质量单元，通过弹性元件b、阻尼器b嵌套式传递所述水平振动于第二子结构；

进一步地，所述第一子结构的支架为工字形结构，其还包括固定板、以及穿设在弹性元件、质量组件内部的导向杆，质量组件可沿着导向杆滑动，且质量组件一端面通过弹性元件a、阻尼器a固定连接于固定板，使所述基座接收悬索桥竖直振动通过弹性元件a、阻尼器a传递至质量组件，激励质量组件发出自振频率；

进一步地，所述质量组件由不少于一个的质量块构造而成；

进一步地，所述第二子结构还包括分别固定在伸缩杆的两伸缩端头的第一板体、第二板体，第一板体、第二板体之间通过弹性元件b、阻尼器b固定连接，弹性元件b穿设在伸缩杆外侧，使所述伸缩杆可导向弹性元件b回弹运动。

本发明的有益效果为：本发明采用双子结构嵌套方式激励自振频率，第一子结构的底部铰接于基座，第一子结构发出自振频率时，可以控制桥身竖直方向上的振动。基座两端还分别通过第二子结构对称铰接于第一子结构，桥身的水平方向发生振动时，第一子结构可相对于基座发生偏摆，激励第二子结构发出自振频率，第二子结构的自振频率沿着伸缩杆方向作用于基座时，可同时作用水平方向和竖直方向的振动，减弱桥身桥身的水平方向上的振动和偏摆，同时组合第一子结构控制竖直方向上较大的振动，使得桥身上的振动得到平衡控制。

附图说明

图1为一种调谐阻尼器的整体结构示意图；

图2为一种调谐阻尼器的正视图；

图3为一种调谐阻尼器第一实施例安装示意图；

图4为一种调谐阻尼器第二实施例安装示意图。

附图标记说明：1、基座；2、第一子结构；201、支架；202、固定板；2021、导向杆；203、弹性元件a；204、阻尼器a；205、质量块；206、固定杆；3、第二子结构；301、第一板体；302、第二板体；303、弹性元件b；304、阻尼器b；305、伸缩杆；4、桥面板；401、吊板；100、调谐质量阻尼器。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案、达成目的与效果明显易懂，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以便技术人员理解。

需要说明的是，在本发明的描述中，若无明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“相连接”等应做广义理解，即可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

附图中A方向为本发明的横向（即减震方向），B为悬索桥的水平振动方向，C为悬索桥的竖直振动方向（或铅锤方向的振动）。

如图1、图2所示为一种调谐阻尼器100，调谐质量阻尼器100主要包括基座1、以及用于控制悬索桥竖直振动的第一子结构2和用于组合控制悬索桥水平振动的第二子结构3。基座1作为调谐质量阻尼器100的主结构，调谐质量阻尼器100主要通过基座1固定安装于悬索桥下方，悬索桥的水平方向的振动、竖直方向的振动通过基座1传递至第二子结构3和第一子结构2。然后，通过第一子结构和第二子结构共同作用，即激励出对应的水平方向上的振摆频率和铅锤方向的振动频率，来减弱基座上传递过来的振动，即控制悬索桥的水平方向上的振摆和铅锤方向的振动，提高悬索桥的抗震能力。

如图1、2所示第一子结构2的底部固定安装有固定杆206，固定杆206的一端头铰接于基座1，使得水平方向振动时（即如图2所示沿着调谐质量阻尼器100横向振动时），第一子结构2可嵌套于第二子结构3，并作为第二子结构3的质量单元，接收水平振动的惯性能量，从而激励第二子结构3发出自振频率，用于减弱桥身水平方向上的振摆。而竖直振动的惯性能量（或铅锤方向的振动）则通过固定杆的长度方向传递至第一子结构2的质量单元（即由若干个质量块重叠构造成的质量组件，下文会进行详细阐述），第一子结构2的质量单元吸收铅锤方向的惯性能量，并激励第一子结构2发出自振频率，用于减弱桥身铅锤方向上的振动，从而起到控制桥身的振动，提高桥身的抗震能力。

如图1、2所示第一子结构2包括支架201、以及用于存贮惯性能量的质量组件（即质量单元），质量组件由若干个的质量块205构造而成。可以通过调整质量块205的数量来调节第一子结构2以及第二子结构3的自振频率，提高第一子结构2结合第二子结构3控制悬索桥的水平方向振摆和竖直方向振动的控制效果。可根据悬索桥设置的地理位置情况，常年受到的风力影响情况或其他的地质情况，可适当的增加或者减少质量块205的数量，来适应悬索桥的振动大小。例如，悬索桥设置在比较高的山体上，或者设置在峡谷风口时，可增加质量块205的数量。而悬索桥设置在平原地区的城市低海拔区域，以及桥身与水平面间距较小的情况下，可适当的减少质量块205的数量，来适应悬索桥平时的振动幅度大小。

如图1、2所示第一子结构2的支架201、质量组件之间通过用于产生自振频率的弹性元件a203、阻尼器a204固定连接，阻尼器a204配置为目前现有的粘滞阻尼器，其可根据流体运动，特别是当流体通过节流孔时会产生节流阻力的原理而制成的，是一种与活塞运动速度相关的阻尼器。粘滞阻尼器由缸筒、活塞、粘滞流体和导杆等组成缸筒内充满粘滞流体,活塞可在缸筒内进行往复运动,活塞上开有适量的小孔或活塞与缸筒留有空隙。当结构因变形使缸筒和活塞产生相对运动时,迫使粘滞流体从小孔或间隙流过,从而产生阻尼力,将振动能量通过粘滞耗能消掉,达到减震的目的。其常用于构造常规的现有的一些调谐质量阻尼器（TMD）。当质量块205接收到惯性能量后，即可拉动弹性元件a203、阻尼器a204带动质量块205振动，产生自振频率。

如图1、图2所示第一子结构2的支架201为槽体结构，其还包括固定板202、以及穿设在弹性元件a203、质量组件内部的导向杆2021，质量组件可沿着导向杆2021滑动，即质量块205滑动连接在导向杆2021上和可在支架201的槽体结构内滑动，通过导向杆2021导向弹性元件a回弹，从而带动质量组件在支架槽体结构内滑动并来回振动，激发出稳定的自振频率。质量组件一端面通过弹性元件a203、阻尼器a204固定连接于固定板202，使基座接收悬索桥竖直振动通过弹性元件a203、阻尼器a204传递至质量组件，激励质量组件发出自振频率，自振频率反作用于主结构控制悬索桥控制或抵消其振动。

如图2所示基座1两端还分别通过第二子结构3对称铰接于第一子结构2，基座1可传递水平振摆和竖直振动于第二子结构3和第一子结构2。当悬索桥的水平振动传递至第一子结构2时，第一子结构2发生偏摆，作用于第二子结构3。即第一子结构2作为第二子结构3的质量单元，激励第二子结构偏摆运动和回弹运动，产生所述自振频率。

如图1、2所示第二子结构3包括用于铰接基座1和第一子结构2的伸缩杆305，伸缩杆305的两个伸缩端头分别固定第一板体301、第二板体302。第一板体301、第二板体302之间之间通过用于产生自振频率的弹性元件b303、阻尼器b304固定连接。第一子结构2可作为第二子结构3用于存储惯性能量的质量单元，第一子结构2发生偏摆时，通过弹性元件b303、阻尼器b304嵌套式传递水平振动于第二子结构3。激励第二子结构3发出自振频率，第二子结构3的自振频率沿着伸缩杆305方向作用于基座时，可同时作用水平方向和竖直方向的振动，减弱桥身桥身的水平方向上的摆动振动。同时组合第一子结构2控制竖直方向上较大的振动，使得桥身上的整体振动得到平衡控制，防止桥身在地震或者风力影响下发生较大的刚性振动，可减弱桥身的刚性破裂或塑形变形。

如图1、图2所示第二子结构3的弹性元件b303穿设在伸缩杆305外侧，使伸缩杆305可导向弹性元件b303回弹运动，确保第二子结构3能够产生稳定的自振频率。弹性元件b303和弹性元件a203均配置为弹簧，而阻尼器b304和阻尼器a204配置为粘滞阻尼器，粘滞阻尼器其工作原理如上文所述。

如图3所示为一种调谐阻尼器100第一实施例安装示意图，调谐质量阻尼器100的横向A沿着桥面板4的水平方向的长度方向设置，从而通过第二子结构3减弱桥面板4的水平方向上的长度方向上的振动和偏摆。

如图4所示为一种调谐阻尼器100第二实施例安装示意图，调谐质量阻尼器100的横向A沿着吊板401的长度方向设置（或桥面板4的宽度方向设置），从而通过第二子结构3减弱吊板401长度方向（桥面板4的宽度方向）上的振动和偏摆。

此外，调谐质量阻尼器100还可通过第一实施例和第二实施例的安装方式进行组合或交替式安装，从而抵消两个水平方向上的振动和偏摆（即桥面板4的宽度方向和长度方向上的振动和偏摆）。由于桥梁跨度较大以及悬索桥本身以吊板401方式构造而成的桥梁结构，桥梁在沿着桥面板4长度方向的振动会大于沿着吊板401长度方向的振动（即桥面板4长度方向的振动大于其宽度方向上的振动）。组合安装时，可适当增加桥面板4方向的调谐质量阻尼器100数量，来平衡水平方向上的振动，控制桥身水平方向上的振动和偏摆。

调谐质量阻尼器100还可用于其他跨度较大的桥梁和建筑，控制由于大跨度带来的振动和偏摆。此外，其还可适用于较复杂的容易产生振动和偏摆的塔式结构的建筑。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其做出各种改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种调谐阻尼器，其特征在于：包括基座（1）、以及用于控制悬索桥竖直振动的第一子结构（2）和用于组合控制悬索桥水平振动的第二子结构（3），所述第一子结构（2）的底部铰接于基座（1），基座（1）两端还分别通过第二子结构（3）对称铰接于第一子结构（2），所述基座（1）可传递水平振动和竖直振动于第二子结构（3）和第一子结构（2）；

所述第一子结构（2）包括支架（201）、以及用于存贮惯性能量的质量组件，支架（201）、质量组件之间通过用于产生自振频率的弹性元件a（203）、阻尼器a（204）固定连接；

所述第二子结构（3）包括用于铰接基座（1）和第一子结构（2）的伸缩杆（305），伸缩杆（305）的两个伸缩端头之间通过用于产生自振频率的弹性元件b（303）、阻尼器b（304）固定连接，第一子结构（2）可作为第二子结构（3）用于存储惯性能量的质量单元，通过弹性元件b（303）、阻尼器b（304）嵌套式传递所述水平振动于第二子结构（3）。

2.根据权利要求1所述的调谐阻尼器，其特征在于：所述第一子结构（2）的支架（201）为工字形结构，其还包括固定板（202）、以及穿设在弹性元件a(203)、质量组件内部的导向杆（2021），质量组件可沿着导向杆（2021）滑动，且质量组件一端面通过弹性元件a(203)、阻尼器a（204）固定连接于固定板（202），使所述基座接收悬索桥竖直振动通过弹性元件a(203)、阻尼器a（204）传递至质量组件，激励质量组件发出自振频率。

3.根据权利要求2所述的调谐阻尼器，其特征在于：所述质量组件由不少于一个的质量块（205）构造而成。

4.根据权利要求3所述的调谐阻尼器，其特征在于：所述第二子结构（3）还包括分别固定在伸缩杆（305）的两伸缩端头的第一板体（301）、第二板体（302），第一板体（301）、第二板体（302）之间通过弹性元件b（303）、阻尼器b（304）固定连接，弹性元件b（303）穿设在伸缩杆（305）外侧，使所述伸缩杆（305）可导向弹性元件回弹运动。