CN205776858U - 粘弹性碰撞调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种粘弹性碰撞调谐质量阻尼器，包括安装底板、质量块、粘弹性碰撞材料、粘弹性碰撞限位挡板、弹簧、阻尼器和TMD限位挡板。粘弹性碰撞材料安装于粘弹性碰撞限位挡板上，共同组成粘弹性碰撞装置。粘弹性碰撞装置与安装底板之间通过螺栓连接，可根据被控结构和外激励的动力学特性调节预留间隙δ。本实用新型是一种既能有效利谐振原理又能利用碰撞作用提供控制力的并且通过碰撞作用快速耗散被控结构机械能的新型结构减振装置，减振效率比传统TMD有大幅提升，有效频率带宽被拓宽的同时节约了安装空间，降低了成本。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种阻尼器，尤其涉及一种粘弹性碰撞调谐质量阻尼器，主要用于高层建筑、高耸结构和桥塔结构的振动控制领域。
背景技术
随着建筑技术的发展，高层建筑越来越普遍，高层建筑虽然能够有效的节约土地资源，但是在地震/风荷载作用下，高层建筑结构容易产生较大的振动，振动不仅影响人们的舒适度也将对结构的寿命和安全带来较大隐患，因此对高层结构在地震/风荷载下的振动控制显得尤为主要。
调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种传统的减振装置，因原理简单明了，成本较低等原因得到了较广泛应用。但随着建筑结构减振要求的提高和TMD的不断推广，TMD存在的问题也日益凸显:(1)空间要求严苛。TMD主要减振原理是谐振效应，这要求振子要有足够大的运动空间，这将导致空间的巨大浪费有时甚至无法实现。(2)调谐频带窄。谐振效应决定了TMD虽然在激励频率与结构频率完全一致时的减振效果非常理想，但即使激励频率偏离结构频率少许，TMD的减振效果将大幅下降，因此调谐频带十分窄小。而且一旦频率偏离较大，TMD将发生强烈的负作用。(3)附加阻尼器昂贵。使用附加阻尼虽然可以消除外激励频率偏离过大时产生的负作用，但由于TMD工作时，质量块做的是较长时间的大位移摆动，这就要求阻尼器必须是可连续工作的大功率阻尼器，这种阻尼器价格昂贵，使得TMD价格优势不再。而且，附加阻尼并不能拓宽TMD的调谐带宽，通常，外激励频率离主结构频率10％之后，TMD已经失效。
碰撞作用会导致构件破坏，但一方面，碰撞将产生较大的碰撞力，这种碰撞力也可以为振动控制系统提供较大的控制力；另一方面，碰撞作用过程中的能量耗散现象可以被利用，在结构的振动控制系统中，可以通过碰撞作用实现能量的耗散。
粘弹性物质具有良好的吸能效应，并且能够有效的缓冲碰撞发生边界上的冲击作用。还可以通过松弛和蠕变等特有性质使得材料在受多次碰撞之后仍然保持良好的缓冲效果和吸能性。
把粘弹性附加于TMD之后，质量块与粘弹性物质发生粘弹性碰撞，这种粘弹性碰撞将为结构提供强大的振动控制力，并且赋予结构较好的能量耗散能力。
发明内容
本实用新型的目的是为了提高传统TMD的减振效果，并解决传统其存在空间要求严苛、调谐频带过窄以及附加阻尼器昂贵等问题而提供一种粘弹性碰撞调谐质量阻尼器。
本实用新型的目的是这样实现的：在底板上设置有运动轨道，质量块通过底部设置的滚动支撑安装在运动轨道中，在底板的两端对称设置有TMD限位挡板，质量块的两端对称设置有粘弹性碰撞装置，每个粘弹性碰撞装置可拆卸式的安装在底板上，每个粘弹性碰撞装置包括粘弹性限位挡板以及设置在粘弹性限位挡板上的粘弹性碰撞材料，每个TMD限位挡板上安装有至少两个弹簧和至少两个阻尼器，每个弹簧的端部穿过粘弹性碰撞装置上设置的通孔后与质量块连接，每个阻尼器的端部也穿过粘弹性碰撞装置上设置的对应的通孔后与质量块连接。
本实用新型还包括这样一些结构特征：
1.粘弹性碰撞材料的等效弹性模量不大于1×107Pa。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型在传统的TMD上安装了由粘弹性碰撞材料和粘弹性碰撞限位挡板组成的粘弹性碰撞装置。对粘弹性碰撞装置设置合理的碰撞预留间隙和碰撞材料，在获得良好减振效果的同时节约阻尼器的安装空间并降低其成本。通过谐振力和质量块与粘弹性碰撞装置发生碰撞作用产生的碰撞力来共同提供控制力,并且通过碰撞来实现被控结构的快速耗散，该实用新型主要用于高层建筑、高耸结构和桥塔结构的振动控制领域。1)一方面利用碰撞里来加强振动控制力，进而提高其效率，另一方面利用碰撞过程中的能量消耗来的加快能量耗散，从而可以获得比TMD更好的振动控制效果。2)质量块的运动被有效限制，因而安装空间要求和阻尼器成本都将下降。2)粘弹性碰撞调谐质量阻尼器减振控制力由调谐力和碰撞力组成，并且在荷载较大情况下碰撞力占主导部分，减振原理不再是单纯的谐振原理，其调谐减振频带将大大被拓宽。5)本实用新型本实用新型中粘弹性碰撞材料4的材质和厚度、碰撞限位挡板3的安装位置均可根据实际情况调整，对不同结构、不同控制要求有更好的适用性。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的俯视方向的结构示意图；
图3是本发明的碰撞材料与粘弹性碰撞限位挡板的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本实用新型作进一步详细描述。
结合图1至图3，本实用新型涉及一种粘弹性碰撞调谐质量阻尼器(PoundingTuned Mass Damper，简称PTMD)，包括TMD限位挡板1、底板2、粘弹性碰撞限位挡板3、粘弹性碰撞材料4、弹簧5、阻尼器6、质量块7、滚动支承8和运动轨道9，一对TMD限位挡板6分别与安装底板8两端固结，也即TMD限位挡板1与安装底板2之间的连接方式为焊接，不可拆卸更换；一对粘弹性碰撞限位挡板3分别与安装底板8采取螺栓连接，底板2沿运动轨道方向上左右对称设置了4排每排3个共计24个安装螺孔，可以通过改变碰撞限位装置安装位置来调节预留碰撞间隙δ的大小。粘弹性碰撞材料4通过螺栓连接安装于粘弹性碰撞限位挡板3之上，两者共同组成粘弹性碰撞装置。所述的弹簧5和附加阻尼器6穿过粘弹性碰撞装置上的预留孔在质量块7两侧对称布置。并且一端安装于TMD限位挡板1，一端安装于质量块7，为保证质量块7在水平方向上的稳定性，每侧弹簧和附加阻尼器的数量要大于2。以每侧具有两个弹簧和两个阻尼器为例：每个粘弹性碰撞装置开取4孔，每侧的弹簧3、阻尼器1各一对分别穿过设置的孔将质量块7与TMD限位挡板1相连，弹簧和阻尼器的数目也可根据需要设置，此时只要碰撞装置开取对应数量的孔即可。质量块通过滚动支承8安置于安装底板2上的运动轨道9中，并可沿轨道运动。碰撞材料4采用等效模量小于1×107Pa的粘弹性材料。粘弹性碰撞材料4和粘弹性碰撞限位挡板3通过螺栓紧固件连接，并且是可拆卸的，可以根据实际需求选择不同材质和厚度的粘弹性碰撞材料，也即这样的设置使得粘弹性碰撞材料4可更换和维护，所述的粘弹性碰撞限位挡板3通过螺栓对称安装于所述的安装底板2左右两边的安装螺孔，由于有4排螺孔，实际操作中，安装位置将根据被控结构的动力特性和设防要求进行合理选择。也即底板2与粘弹性碰撞限位挡板3之间的安装是可拆卸的，通过改变碰撞限位挡板3的安装位置调节碰撞间隙δ(粘弹性碰撞材料4与质量块7之间的预留间隙δ)的大小，也即可根据被控结构和外激励的动力学特性调节预留间隙δ。
当本实用新型受到水平地震荷载或风荷载作用，即在外激励作用下，当质量块与主结构(底板2)相对位移小于δ，无碰撞，PTMD实质上是TMD，通过谐振效应提供控制力；当地震荷载/风荷载较大，结构反应强烈，一旦质量块与主结构相对位移超过该值，质量块与粘弹性碰撞装置发生碰撞，一方面碰撞将产生与结构运动方向相反的控制力，从而抑制结构的振动；另一方面碰撞作用将耗散结构的机械能，从而获得理想的控制效果。再者质量块7的运动被限制在粘弹性碰撞限位挡板之间，既节约了安装空间又可降低阻尼器成本。也即控制力由谐振力和碰撞产生的碰撞力组成，并且碰撞作用将加快被控结构的能量耗散。PTMD是一种既能有效利谐振原理又能利用碰撞作用提供控制力的并且通过碰撞作用快速耗散被控结构机械能的新型结构减振装置,减振效率比传统TMD有大幅提升，有效频率带宽被拓宽的同时节约了安装空间，降低了成本。
本实用新型的具体实施过程如下：将该粘弹性碰撞调谐质量阻尼器安装在被控结构上，当被控结构受到风或/和地震作用时，被控结构和质量块7都将发生振动，但是两者运动方向相反。若风或/和地震作用较小，质量块与被控结构的相对位移小于δ，质量块7与粘弹性碰撞装置之间不发生碰撞，PTMD通过谐振力来提供控制力达到减振效果；若风或/和地震作用较大，被控结构和质量块7运动剧烈，两者的相对位移一旦超过或等于δ，质量块7将与粘弹性碰撞装置发生碰撞作用，一方面，碰撞将产生与被控结构运动方向相反的碰撞力，该控制力与谐振力共同组成控制力，并且要远大于同等条件下无碰撞装置的传统TMD,因而具有更高的减振效率；另一方面，碰撞作用将耗散能量，被控结构的机械能将被快速消耗，粘弹性碰撞调谐质量阻尼器的减振效率将会进一步提升。
质量块的运动空间被限制在了粘弹性碰撞限位挡板之间，质量块不再做大位移摆动，这将节约安装空间并降低阻尼要求进而降低成本。
Claims (2)
1.粘弹性碰撞调谐质量阻尼器，其特征在于：在底板上设置有运动轨道，质量块通过底部设置的滚动支撑安装在运动轨道中，在底板的两端对称设置有TMD限位挡板，质量块的两端对称设置有粘弹性碰撞装置，每个粘弹性碰撞装置可拆卸式的安装在底板上，每个粘弹性碰撞装置包括粘弹性限位挡板以及设置在粘弹性限位挡板上的粘弹性碰撞材料，每个TMD限位挡板上安装有至少两个弹簧和至少两个阻尼器，每个弹簧的端部穿过粘弹性碰撞装置上设置的通孔后与质量块连接，每个阻尼器的端部也穿过粘弹性碰撞装置上设置的对应的通孔后与质量块连接。
2.根据权利要求1所述的粘弹性碰撞调谐质量阻尼器，其特征在于：粘弹性碰撞材料的等效弹性模量不大于1×107Pa。
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