CN210484975U

CN210484975U - 一种建筑管道结构碰撞调谐减震装置

Info

Publication number: CN210484975U
Application number: CN201921196445.6U
Authority: CN
Inventors: 谭杰; 梁亚斌; 江健; 冯谦
Original assignee: Wuhan Institute Of Earthquake Engineering Co ltd
Current assignee: Wuhan Institute Of Earthquake Engineering Co ltd
Priority date: 2019-07-26
Filing date: 2019-07-26
Publication date: 2020-05-08
Anticipated expiration: 2029-07-26

Abstract

本实用新型公开了一种建筑管道结构碰撞调谐减震装置，包括管道系统、吊杆、碰撞调谐质量阻尼器，所述管道系统包括管道和固定管道的组合管夹，所述吊杆用于将管道系统连接到建筑结构构件，所述碰撞调谐质量阻尼器包括固定限位块、碰撞耗能材料、质量块、弹簧和导向杆，所述导向杆分别通过两个固定限位块固定安装在组合管夹上，且导向杆与管道长度方向垂直，所述碰撞耗能材料固定安装在一个固定限位块上，所述质量块通过滑动副安装在导向杆上，所述弹簧套设于导向杆上且两端分别与质量块和另一个固定限位块相连。本实用新型将质量调谐和碰撞耗能综合利用，结构简单、使用方便、成本低、减振效果显著，可用于建筑管道系统的抗震与抗风。

Description

一种建筑管道结构碰撞调谐减震装置

技术领域

本实用新型属于结构减震(振)工程技术领域，涉及一种建筑管道结构的减震技术，尤其涉及一种建筑管道结构碰撞调谐减震装置。

背景技术

管道系统是建筑结构的常见非结构构件，包括机电管道、通风管道、供水管道等，对结构的使用功能具有重要贡献。在地震中，管道系统比结构构件更容易发生破坏。其破坏不仅会造成巨额的直接经济损失，而且会引起严重的次生灾害和建筑使用功能的丧失。如何有效减小地震引起的管道系统结构破坏，降低灾害带来的损失，已成为管道系统技术发展的关键问题之一。

调谐质量阻尼器具有结构形式简单、减震效果显著、易于实现等优点，在结构减震控制中应用广泛。但缺点是其通过质量调谐吸收输入能量，但由于自身阻尼小，并不能有效耗散输入的能量。碰撞阻尼器具有结构简单、耗能能力强的特点。近年来，将碰撞耗能与质量调谐结合起来，形成了碰撞调谐质量阻尼器，兼具质量调谐和碰撞耗能的特点。碰撞调谐质量阻尼器体积小，结构简单，耗能能力突出，建筑管道结构的组合管夹作为碰撞调谐质量阻尼器的基座，可以有效利用空间，这对其工程应用具有重大意义。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于克服现有技术存在的缺点和不足，提供一种用于建筑管道结构减震的碰撞调谐减震装置。一方面，碰撞调谐减震装置通过碰撞调谐质量阻尼器的频率调谐，吸收传递至管道系统的结构动能，起到传统调谐质量阻尼器的功能；另一方面，质量块在工作时与碰撞耗能材料产生碰撞，消耗输入的动能，增大系统的阻尼；两方面的共同作用，可有效地抑制建筑管道系统的摆动。本实用新型结构简单、使用方便、成本低、减振效果显著，可用于建筑管道系统的抗震与抗风。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：包括管道系统、吊杆、碰撞调谐质量阻尼器，所述管道系统包括管道和固定管道的组合管夹，所述吊杆用于将管道系统连接到建筑结构构件，所述碰撞调谐质量阻尼器包括固定限位块、碰撞耗能材料、质量块、弹簧和导向杆，所述导向杆分别通过两个固定限位块固定安装在组合管夹上，且导向杆与管道长度方向垂直，所述碰撞耗能材料固定安装在一个固定限位块上，所述质量块通过滑动副安装在导向杆上，所述弹簧套设于导向杆上且两端分别与质量块和另一个固定限位块相连。

作为改进，所述质量块内设有通孔，质量块通过通孔套设在导向杆上形成滑动副。

作为改进，所述质量块的通孔内壁设有表面涂抹润滑材料的滑动滚珠。

作为改进，所述导向杆为不锈钢材质的圆柱体，光滑平直，圆柱体表面涂抹润滑材料。

作为改进，所述的固定限位块为实心铁块，所述碰撞耗能材料通过粘贴固定在固定限位块上。

作为改进，所述碰撞耗能材料包括粘弹性材料、形状记忆合金、聚氨酯泡沫和泡沫铝中任意一种或者几种组合，碰撞耗能材料截面应大于质量块碰撞面的面积。

作为改进，所述管道系统上设有一个或者多个碰撞调谐质量阻尼器。

作为改进，所述碰撞调谐质量阻尼器的质量块的总质量为管道系统总质量的1％-5％，单个碰撞调谐质量阻尼器的质量块的质量根据管道系统中碰撞调谐质量阻尼器的个数确定。

作为改进，所述质量块与碰撞耗能材料紧密贴合时，弹簧处于自由伸展平衡状态。

作为改进，所述碰撞调谐质量阻尼器的工作频率与管道系统的侧向摆动频率相同。

本实用新型具有下列优点和积极效果：

①阻尼器固定在管道系统的组合管夹上，不占用额外空间，根据实际工程需求，灵活调整，工程适用性强；

②应用对象广泛，可应用于机电管道、通风管道、供水管道等多种管道系统；

③构造简单，造价成本低廉，便于工程推广应用；

④阻尼器工作机制简单稳定，同时具有质量调谐和碰撞耗能增加阻尼的特点。在吸收能量的同时，耗散能量。该阻尼器对建筑管道的抗风、抗震具有显著效果。

⑤本实用新型将碰撞调谐质量阻尼器的工作频率调节至管道系统的侧向摆动频率。在地震荷载或风荷载下，管道系统产生晃动，碰撞调谐质量阻尼器开始工作。一方面，碰撞调谐质量阻尼器通过频率调谐，吸收传递至管道系统的结构动能，起到传统调谐质量阻尼器的功能；另一方面，质量块在工作时与碰撞耗能材料产生碰撞，消耗输入的动能，增大系统的阻尼；两方面的共同作用，可有效地抑制建筑管道系统的振动。

综上所述，本实用新型结构简单、使用方便、成本低、减振效果显著，适用于多种环境下、各种形状和结构尺寸的建筑管道系统的减震。

附图说明

图1是本实用新型建筑管道结构碰撞调谐减震装置整体结构示意图。

图2是本实用新型碰撞调谐质量阻尼器示意图。

附图标记：1-管道系统，11-管道，12-组合管夹，2-吊杆，3-碰撞调谐质量阻尼器，31-固定限位块，32-碰撞耗能材料，33-质量块，34-弹簧，35-导向杆，13-上固定板，14-下固定板，15-侧板，16-支撑件。

具体实施方式

下面结合附图和实施例详细说明：

如图1至图2所示，一种建筑管道结构摩擦调谐减震装置，包括管道11、组合管夹12、吊杆2、碰撞调谐质量阻尼器3、固定限位块31、碰撞耗能材料32、导向杆35、质量块33和弹簧34，其中组合管夹12将多根管道11固定在一起形成管道系统1，具体本实施例中，组合管夹12将3根管道11固定在一起形成管道系统1，该组合管夹12包括上固定板13、下固定板14、侧板15和支撑件16，所述上固定板13和下固定板14通过两侧板15固定在一起形成包裹管道11的框架，管道11在该框架内通过上下左右四个方向的支撑件16固定在框架上，吊杆2下端与上固定板13和下固定板14均固定相连。

组合管夹12起到将多根管道11固定的作用，吊杆2将管道系统1连接到建筑结构构件；碰撞调谐质量阻尼器3的固定限位块31焊接在组合管夹12的上固定板13上；导向杆35的两端固定在左右两个固定限位块31上，碰撞耗能材料32、质量块33、弹簧34依次穿过导向杆35，碰撞耗能材料32粘贴在左端的固定限位块31表面，弹簧34的左端连接质量块33，右端端连接在右侧的固定限位块31上；质量块33内通孔通过滑动滚珠在导向杆35上滑动，在弹簧34处于自然伸展状态时(即弹簧34对质量块33既没有拉力也没有挤压力)，质量块33与碰撞耗能材料32之间紧密贴合，没有缝隙；。

作为一种优选实施例，固定限位块31为实心铁块，质量块33为内有圆柱孔的圆柱铁块，质量块33圆柱通孔内壁设有有不锈钢材质的滑动滚珠，滑动滚珠表面涂抹润滑材料，以减少质量块33与导向杆35的滑动阻力，本实施例中，导向杆35也为不锈钢材质的圆柱体，光滑平直，其表面涂抹润滑材料。

碰撞调谐质量阻尼器3的质量块33的总质量为管道系统1结构总质量的1％-5％，单个碰撞调谐质量阻尼器3的质量块33的质量根据管道系统1中阻尼器的个数确定。

作为一种优选实施例，工作时，将碰撞调谐质量阻尼器3的工作频率调节至管道系统1的侧向摆动频率，可以获得最优减震效果。

需要指出的是，本实用新型管道11可适用于用于机电管道11、通风管道11、供水管道11等多种材料、多种形状的管道11。

需要指出的是，本实用新型组合管夹12可根据管道11的形状、结构尺寸、数量进行加工拼装而成。组合管夹12的横、竖部件为带孔的C形铝合金，市面上有成品出售，各部件之间通过螺栓相连，当然组合管夹12也可以采用金属型材加工而成。

需要指出的是，本实用新型吊杆2为带螺纹的金属制品，上端通过预埋或者螺栓锚固至结构构件，下端通过螺栓与组合管夹12连接。

需要指出的是，本实用新型固定限位块31为实心铁块，通过焊接牢固固定在组合管夹12上，其截面根据应稍大于碰撞耗能材料32截面。

需要指出的是，本实用新型碰撞耗能材料32可用各种阻尼耗能材料，包括橡胶、泡沫塑料、针织棉等粘弹性材料、聚氨酯泡沫、泡沫铝中和形状记忆合金等材料。其截面应稍大于碰撞质量块33碰撞面的截面。

需要指出的是，本实用新型单个质量块33为圆柱体铁块，其内部嵌有滑动摩擦很小的滚动钢珠，其质量确定方法为所有阻尼器质量块33的总质量为管道系统1结构总质量的1％-5％，单个阻尼器质量块33的质量根据管道系统1中阻尼器的个数确定。

需要指出的是，本实用新型弹簧34的刚度经过计算确定，使碰撞调谐质量阻尼器3工作频率调谐为管道系统1的横向振动频率。根据调谐频率和质量块33质量，可计算出弹簧34所需要的刚度。

需要指出的是，本实用新型导向杆35为不锈钢材质的圆柱体，光滑平直，表面涂抹润滑材料。导向杆35的外表面与质量块33内部嵌入的滚动钢珠之间形成摩擦很小的滑动面，共同组成滑动对。目前市面上有成品导向杆35和滑动块出售。

工作机理

当地震或者大风作用于结构时，管道系统1出现振动。这时安装于组合管夹12上的碰撞调谐质量阻尼器3开始工作。由于碰撞调谐质量阻尼器3的工作频率已被调谐至管道系统1的振动频率，输入管道系统1的能量被传递至碰撞调谐质量阻尼器3，质量块33先压缩弹簧34，动能转化为弹簧34势能；然后质量块33被弹回，当弹簧34从受压回复至平衡状态时，弹簧34势能完全转化为质量块33动能；这时，质量块33撞击在碰撞耗能材料32和固定限位块31上，碰撞中动能被大量耗散。这样，一方面，碰撞调谐质量阻尼器3通过频率调谐，吸收传递至管道系统1的结构动能，起到传统调谐质量阻尼器的功能；另一方面，质量块33在工作时与碰撞耗能材料32产生碰撞，消耗输入的动能，增大系统的阻尼；两方面的共同作用，可有效地抑制建筑管道系统1的振动，提高管道系统1的安全性。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，本实用新型的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本实用新型思路下的技术方案均属于本实用新型的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims

1.一种建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：包括管道系统、吊杆、碰撞调谐质量阻尼器，所述管道系统包括管道和固定管道的组合管夹，所述吊杆用于将管道系统连接到建筑结构构件，所述碰撞调谐质量阻尼器包括固定限位块、碰撞耗能材料、质量块、弹簧和导向杆，所述导向杆分别通过两个固定限位块固定安装在组合管夹上，且导向杆与管道长度方向垂直，所述碰撞耗能材料固定安装在一个固定限位块上，所述质量块通过滑动副安装在导向杆上，所述弹簧套设于导向杆上且两端分别与质量块和另一个固定限位块相连。

2.如权利要求1所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述质量块内设有通孔，质量块通过通孔套设在导向杆上形成滑动副。

3.如权利要求2所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述质量块的通孔内壁设有表面涂抹润滑材料的滑动滚珠。

4.如权利要求2所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述导向杆为不锈钢材质的圆柱体，光滑平直，圆柱体表面涂抹润滑材料。

5.如权利要求2所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述的固定限位块为实心铁块，所述碰撞耗能材料通过粘贴固定在固定限位块上。

6.如权利要求2所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述碰撞耗能材料包括粘弹性材料、形状记忆合金、聚氨酯泡沫和泡沫铝中任意一种或者几种组合，碰撞耗能材料截面应大于质量块碰撞面的面积。

7.如权利要求2所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述管道系统上设有一个或者多个碰撞调谐质量阻尼器。

8.如权利要求7所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述碰撞调谐质量阻尼器的质量块的总质量为管道系统总质量的1％-5％，单个碰撞调谐质量阻尼器的质量块的质量根据管道系统中碰撞调谐质量阻尼器的个数确定。

9.如权利要求1至8任意一项所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述质量块与碰撞耗能材料紧密贴合时，弹簧处于自由伸展平衡状态。

10.如权利要求1至8任意一项所述的建筑管道结构碰撞调谐减震装置，其特征在于：所述碰撞调谐质量阻尼器的工作频率与管道系统的侧向摆动频率相同。