CN205100389U - 多维双重可调式减振控制装置 - Google Patents

Abstract

多维双重可调式减振控制装置，其结构包括底板、弹性部件I、弹性部件II、活动件和质量摆，弹性部件I顶端设置支撑杆，弹性部件I沿Z轴方向变形带动支撑杆在Z轴方向移动，以实现Z轴方向的减振；弹性部件II和活动件位于弹性部件I的上方，活动件随弹性部件II的变形而在X轴方向移动，以实现X轴方向的减振；质量摆设置在活动件下表面的中心部位，质量摆在Y轴方向摆动，以实现Y轴方向的减振。所述质量摆的质量块内设有液体使质量摆形成调谐液体阻尼器，从而实现双重减振。本实用新型能够双重减小结构在三向上地震或风等荷载作用下的振动响应，具有原理简单、便于安装和性价比高等特点。

Description

多维双重可调式减振控制装置

技术领域

本实用新型涉及建筑结构领域，具体地说是一种多维双重可调式减振控制装置，主要应用于大跨、高耸等相关结构的减振控制。

背景技术

近年来，在大地震和风灾造成损失越来越严重的情况下，人们越来越认识到传统的结构设计对未知强度的自然灾害抵御能力的局限性和不可改变性(如地震设防烈度的不确定性及灾害性天气超出历史统计等)。结构振动控制技术改变了传统的采用承重结构体系直接抵御灾害作用的思路，而釆用非承重的结构控制装置或者构件来减小主体结构的灾害响应，提高工程结构抵御灾害作用的能力，使工程结构在灾害的作用下少损坏或不损坏，并使其完全满足设计要求有了可能，是土木工程结构防灾减灾设计思想的新变革。

当前，由于被动控制装置不需要外部能量提供控制力，而且控制过程不依赖于结构反应和外界干扰信息，构造简单、造价低、易于维护等诸多优点，在实际工程中应用较多，目前应用的被动减振控制装置主要有以下调谐质量阻尼器(TMD)、悬挂质量摆(SMP)和调谐液体阻尼器(TLD)。

调谐质量阻尼器是一种由弹簧、阻尼器和质量块组成的被动控制系统，其工作原理是：结构在外部激励下产生振动，带动调谐质量阻尼器系统一起振动，调谐质量阻尼器系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，通过调谐这个惯性力实现对结构的振动控制。

悬挂质量摆结构减振体系是把质量摆悬挂在结构上，当体系在地震或风荷载作用下结构产生水平振动时，带动摆的振动；而摆振动产生的惯性力则反作用于结构本身，当这种惯性力与结构本身的运动相反时就产生了制振效果，从而达到控制结构振动的目的。

调谐液体阻尼器的工作原理：结构振动带动液体晃动产生与结构运动相反方向的动水压力(等效于阻尼力)来达到减小主体结构振动的目的。

目前，对于实际工程中应用减振装置的越来越多，如：台北101大楼，上海环球金融大厦等，但各种形式的减振器大多仅针对结构某一个或两个方向进行振动控制，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求。

实用新型内容

针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种多维双重可调式减振控制装置，该装置能够减小高耸结构(尤其是塔式结构形式)在左右方向(X轴)、前后方向(Y轴)以及上下方向(Z轴)上地震或风等荷载作用下的振动响应，保护主体结构。

本实用新型解决其技术问题所采取的技术方案是：多维双重可调式减振控制装置，包括底板、弹性部件I、弹性部件II、活动件和质量摆，底板用于承载整个装置。

弹性部件I的底端固定连接在底板上，弹性部件I顶端设置支撑杆，弹性部件I沿Z轴方向变形带动支撑杆在Z轴方向移动，以实现Z轴方向的减振。

弹性部件II和活动件位于弹性部件I的上方，弹性部件II对称的布置在活动件的两侧，活动件随弹性部件II的变形而在X轴方向移动，以实现X轴方向的减振。

质量摆设置在活动件下表面的中心部位，所述质量摆为单向摆且在Y轴方向摆动，以实现Y轴方向的减振。

可以通过改变弹性部件I和弹性部件II的刚度、质量摆的长度，对减振装置的频率进行调节。

进一步的技术方案为：所述质量摆包括摆动杆和质量块，摆动杆的顶端通过单向铰链连接在活动件上，摆动杆的底端连接质量块；所述质量块内设有液体使质量摆形成调谐液体阻尼器，从而实现双重减振。

进一步的技术方案为：所述的质量块为两端封闭的弧形管，弧形管内部的空腔内装有水。质量块设置为弧形管，水在弧形管内晃动时，其上表面会被限制出现不同的高度，使其出现不规则性，进一步避免共振效应，增强减振效果。同时，质量块内的液体采用水，水不仅流动性好，密度合适，而且无毒无味，不会产生污染。

进一步的技术方案为：所述的弹性部件I包括四个竖向弹簧，四个竖向弹簧呈矩形排列，四个竖向弹簧的外部分别套置有套筒以使其沿竖直方向变形；竖向弹簧和套筒的底端均固定连接在底板上，竖向弹簧的顶端连接一盖板，盖板随竖向弹簧的变形在套筒内移动，所述支撑杆为纵向杆并连接在盖板的顶部。

弹性部件I呈矩形排列，便于弹性部件II及活动件在其上方的设置，简化整个装置的结构。

进一步的技术方案为：所述的弹性部件II和活动件设置在一个矩形框架上，矩形框架设置在所述支撑杆的顶端，矩形框架包括两个长边杆件和两个短边杆件，矩形框架的四个角处分别与四个支撑杆的顶端固定连接。

矩形框架与弹性部件I的四个支撑杆连接后构成一个整体的框架，具有一定的基础稳定性，同时因为弹性部件I中各个竖向弹簧的刚度一致，能够避免矩形框架发生偏斜，从而保证弹性部件II在X轴方向进行振动控制。

进一步的技术方案为：所述的活动件包括两个套管和一个连杆，两个套管分别活动套置在两个长边杆件上，连杆的两端分别与两个套管的中心部位相连接。套管的内壁和长边杆件的侧壁均为光滑面，活动件的套管套置在矩形框架的长边杆件上，可保证活动件沿矩形框架的长边杆件移动，避免其偏离X轴方向。

进一步的技术方案为：所述的弹性部件II包括四个水平弹簧和两个液体粘滞阻尼器，水平弹簧和液体粘滞阻尼器对称的分设于活动件的两侧，使活动件随着水平弹簧和液体粘滞阻尼器的变形沿长边杆件移动。

进一步的技术方案为：所述水平弹簧套置在长边杆件上，水平弹簧的一端与长边杆件的端部相连接，水平弹簧的另一端与所述套管的端部相连接；所述液体粘滞阻尼器一端连接在短边杆件的中部，液体粘滞阻尼器的另一端连接在连杆的中部。

水平弹簧套置在长边杆件上，同时液体粘滞阻尼器连接在短边杆件和连杆之间，保证了水平弹簧和液体粘滞阻尼器的变形方向沿X轴方向。

进一步的技术方案为：所述的长边杆件截面为圆形，所述的短边杆件截面为矩形。长边杆件的截面为圆形，便与其形成光滑表面以及与水平弹簧和套管的配合；短边杆件的截面为矩形，便于液体粘滞阻尼器的安装。

进一步的技术方案为：所述底板的上方设有箱体将整个装置罩住。箱体对装置起到保护作用，避免装置受到外力的侵蚀和损坏。

本实用新型的有益效果是：

1、本装置在地震或风荷载作用时，随着结构受力和变形的增大，弹性部件I、弹性部件II和/或质量摆等耗能装置率先产生较大阻尼，大量消耗输入结构的能量，从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的动力反应，保护主体结构。

2、质量摆的质量块内设有液体使质量摆形成调谐液体阻尼器，从而实现双重减振，由于液体具有流动性，在发生晃动时，液体因随外部的激励向各个方向流动，可以实现多个方向上的双重减振控制，减振效果好。

3、多个方向上的减振控制共用一个质量，即质量摆的质量块，有效地减轻了结构的负担。

4、可以通过改变弹性部件I和弹性部件II中弹簧的刚度、质量摆中摆动杆的长度、质量块中液体的液面高度和质量块的质量，对减振装置的频率进行调节，适用范围广。

5、减振控制的原理属于被动控制，便于加工，无需能源输入，容易实现且安全性高。

6、能够减小结构水平双向和竖向的响应，避免共振效应，充分的保证建筑结构的安全性，不仅适用于新建建筑结构的减振，也适用于已有建筑结构的减振控制，可适用于大跨、高耸、体型复杂和安全要求高的建筑结构，能够产生较好的经济效益和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型实施例的主视结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3为本实用新型实施例的俯视结构示意图。

图中：1底板，2竖向弹簧，3套筒，4盖板，5支撑杆，6单向铰链，7摆动杆，8质量块，9水平弹簧，10套管，11连杆，12短边杆件，13长边杆件，14液体粘滞阻尼器，15箱体。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体实施例对本实用新型作进一步的描述：

如图1、图2所示。多维双重可调式减振控制装置，包括矩形的底板1，底板1上设置有四个圆柱形的套筒3，四个圆柱形的套筒3呈矩形排列，套筒3内设置有可以沿高度方向变形的竖向弹簧2，在竖向弹簧2的顶端设置有能沿套筒3上下移动的圆形盖板4，盖板4顶部连接支撑杆5，竖向弹簧2、套筒3、盖板4和支撑杆5构成弹性部件I。

支撑杆5的顶端设置有矩形框架，矩形框架包括两个长边杆件13和两个短边杆件12，矩形框架的四个角处分别与四个支撑杆5的顶端固定连接。所述的长边杆件13截面为圆形，所述的短边杆件12截面为矩形。

两个长边杆件13上分别活动套置有套管10，两个套管10之间连接有连杆11，连杆11的两端分别与两个套管10的中心部位相连接，套管10和连杆11构成“工”字形的活动件。

“工”字形活动件的两侧为弹性部件II，弹性部件II包括四个水平弹簧9和两个液体粘滞阻尼器14，水平弹簧9和液体粘滞阻尼器14对称的分设于活动件的两侧，使活动件随着水平弹簧9和液体粘滞阻尼器14的变形沿长边杆件移动。

水平弹簧9套置在长边杆件13上，水平弹簧9的一端与长边杆件13的端部相连接，水平弹簧9的另一端与所述套管10的端部相连接；所述液体粘滞阻尼器14一端连接在短边杆件12的中部，液体粘滞阻尼器14的另一端连接在连杆11的中部。

在连杆11的下方连接一个质量摆，质量摆包括摆动杆7和质量块8，摆动杆7的顶端通过单向铰链6连接在连杆11上，摆动杆7的底端连接质量块8，质量块8为两端封闭的弧形管，弧形管内部的空腔内装有水。

所述的套筒3与底板1焊接，其内壁光滑。

所述的竖向弹簧2与底板1固结，且直径略小于套筒3直径。

所述的盖板4与上部支撑杆5以及下部竖向弹簧2固定连接，且直径略小于套筒3直径，可上下滑动。

所述的套管10内壁光滑，可沿矩形框架长边杆件13的方向最大程度的滑动。

所述的底板1的上方设有箱体15将整个装置罩住。

弹簧的刚度、摆动杆7的长度以及质量块8中水的液面高度设计保证本实用新型的减振控制装置的频率与结构的振动频率一致。套筒3的作用只允许支撑杆5上下压缩竖向弹簧2运动，进而实现竖向的减振作用。

本实用新型通过单向铰链6依次刚性的摆动杆7和质量块8，发生竖向振动时，质量块8不会发生竖直跳动，保证其他方向振动与竖向振动互不影响。

为便于对本实用新型的理解，下面结合其工作原理对本实用新型作进一步的描述：

将本装置安装在建筑主体结构的适当位置，当建筑主体结构受到地震或风等荷载作用时，会发生振动响应，进而带动本装置一起振动。由于建筑主体结构的振动比较复杂，往往多个方向的振动同时存在，此时，支撑杆5在振动作用下会上下压缩竖向弹簧2运动，“工”字形活动件在振动的作用下会左右移动压缩弹性部件II运动，质量摆会在前后方向摆动，带动质量块8内的水晃动。

支撑杆5运动产生的惯性力反作用到建筑主体结构上，实现上下方向(Z轴方向)的减振控制；“工”字形活动件运动产生的惯性力反作用到建筑主体结构上，实现左右方向(X轴方向)的减振控制；质量摆摆动产生的惯性力反作用到建筑主体结构上，实现前后方向(Y轴方向)的减振控制。

同时，质量块8内的水在振动的作用下产生晃动，由于水的流动特性，水会向多个方向流动，可以实现多个方向上的双重减振控制，减振效果好。

可以通过改变弹性部件I和弹性部件II中弹簧的刚度、质量摆中摆动杆7的长度和质量块8中液体的液面高度，对减振装置的频率进行调节，适用范围广。

本实用新型质量块的形状不限于实施例所述的弧形管，可以采用其它形状的空心腔体；本实用新型质量块内设置的液体也不限于实施例所述的水，可采用其它流动性好、无毒无味的液体；本实用新型质量摆与活动件的连接方式也不限于单向铰链，可以通过设置其它的限位装置以实现质量摆的单向摆动。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不是本实用新型的全部实施例，不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

除说明书所述技术特征外，其余技术特征均为本领域技术人员已知技术，为了突出本实用新型的创新特点，上述技术特征在此不再赘述。

Claims (10)

1.多维双重可调式减振控制装置，其特征是，包括底板、弹性部件I、弹性部件II、活动件和质量摆，

底板用于承载整个装置；

弹性部件I的底端固定连接在底板上，弹性部件I顶端设置支撑杆，弹性部件I沿Z轴方向变形带动支撑杆在Z轴方向移动，以实现Z轴方向的减振；

弹性部件II和活动件位于弹性部件I的上方，弹性部件II对称的布置在活动件的两侧，活动件随弹性部件II的变形而在X轴方向移动，以实现X轴方向的减振；

质量摆设置在活动件下表面的中心部位，所述质量摆为单向摆且在Y轴方向摆动，以实现Y轴方向的减振。

2.根据权利要求1所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述质量摆包括摆动杆和质量块，摆动杆的顶端通过单向铰链连接在活动件上，摆动杆的底端连接质量块；所述质量块内设有液体使质量摆形成调谐液体阻尼器，从而实现双重减振。

3.根据权利要求2所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述的质量块为两端封闭的弧形管，弧形管内部的空腔内装有水。

4.根据权利要求1所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述的弹性部件I包括四个竖向弹簧，四个竖向弹簧呈矩形排列，四个竖向弹簧的外部分别套置有套筒以使其沿竖直方向变形；竖向弹簧和套筒的底端均固定连接在底板上，竖向弹簧的顶端连接一盖板，盖板随竖向弹簧的变形在套筒内移动，所述支撑杆为纵向杆并连接在盖板的顶部。

5.根据权利要求4所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述的弹性部件II和活动件设置在一个矩形框架上，矩形框架设置在所述支撑杆的顶端，矩形框架包括两个长边杆件和两个短边杆件，矩形框架的四个角处分别与四个支撑杆的顶端固定连接。

6.根据权利要求5所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述的活动件包括两个套管和一个连杆，两个套管分别活动套置在两个长边杆件上，连杆的两端分别与两个套管的中心部位相连接。

7.根据权利要求6所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述的弹性部件II包括四个水平弹簧和两个液体粘滞阻尼器，水平弹簧和液体粘滞阻尼器对称的分设于活动件的两侧，使活动件随着水平弹簧和液体粘滞阻尼器的变形沿长边杆件移动。

8.根据权利要求7所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述水平弹簧套置在长边杆件上，水平弹簧的一端与长边杆件的端部相连接，水平弹簧的另一端与所述套管的端部相连接；所述液体粘滞阻尼器一端连接在短边杆件的中部，液体粘滞阻尼器的另一端连接在连杆的中部。

9.根据权利要求5所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述的长边杆件截面为圆形，所述的短边杆件截面为矩形。

10.根据权利要求1所述的多维双重可调式减振控制装置，其特征是，所述底板的上方设有箱体将整个装置罩住。