CN211421439U - 杆式调谐质量阻尼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了杆式调谐质量阻尼装置，涉及阻尼减振技术领域。一种杆式调谐质量阻尼装置，包括外壳，以及设置在外壳中的刚度系统、质量系统和阻尼系统；所述刚度系统包括立柱式构件以作为质量系统的下部支撑，所述质量系统包括质量块，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的高度以调整消振频率；所述阻尼系统的杆式阻尼器连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。本实用新型采用立柱式构件作为调谐质量阻尼装置的刚度系统，质量系统刚接于立柱式构件之上，在其工作状态无需初始启动力，可以及时对微小振动进行反应，灵敏度好。

Description

杆式调谐质量阻尼装置

技术领域

本实用新型涉及阻尼减振技术领域，尤其涉及一种杆式调谐质量阻尼装置。

背景技术

高层建筑比如塔桅结构在水平方向的荷载效应显著，因此风荷载、地震荷载是结构设计的主要控制性因素。尤其的，对于单个塔桅结构，为了适应越来越多的设备种类和数量，风荷载的常规解决方式一方面是增加塔桅结构数量或加大单个铁塔结构外观及钢材用量，另一方面是设置各种结构阻尼装置。

对于结构阻尼装置(或称动力吸振器)，其属于结构被动控制措施的一种，主要应用于抗风、抗震和提高人体舒适性。调谐质量阻尼装置是常用的一种，其能够在主结构受到外界动态力作用时提供一个频率几乎相等、与结构运动方向相反的力，从而部分或全部抵消外界激励引起的结构响应。应用时，可以通过合理设计质量、刚度与阻尼系数来达到降低主体结构振动反应、增加结构负载能力的目的。

现有技术中的调谐质量阻尼装置从部件组成上通常分为刚度系统、质量系统和阻尼系统三大部分。这几部分通过不同组合方式可组成不同类型的阻尼装置。以常用的调谐质量阻尼装置为例，常规方案下，质量系统采用质量块，质量块底部设置滑轮，刚度系统采用弹簧，阻尼系统可采用杆式阻尼器或阻尼箱或电涡流阻尼器。上述方案存在如下缺陷：

一方面，灵敏度不高。刚度系统采用弹簧，虽然可靠性强、可现场调节频率，耐久性强等优点，但质量系统底部需设置滑轮等支撑构件，这些支撑构件与地板具有一定摩擦，从而导致其工作状态需要一个初始启动力，在微小振动时难以及时反应，灵敏度一般。

另一方面，难以对频率进行连续调节。目前的频率调节方式包括以下两种方式：一是通过增加或减少质量块的大小来调节频率，此方法会影响减振效果，特别是当质量减小时会导致减振效果降低。二是通过更换弹簧调节频率，缺点是实际操作麻烦。并且上述两种调节方法都属于离散型方法，频率只能调节到可控范围内的某个固定数值，难以调节到可控范围内的任意数值。

发明内容

本实用新型的目的在于：克服现有技术的不足，提供了一种杆式调谐质量阻尼装置。本实用新型采用立柱式构件作为调谐质量阻尼装置的刚度系统，质量系统刚接于立柱式构件之上，在其工作状态无需初始启动力，可以及时对微小振动进行反应，灵敏度好。

为实现上述目标，本实用新型提供了如下技术方案：

一种杆式调谐质量阻尼装置，包括外壳，以及设置在外壳中的刚度系统、质量系统和阻尼系统；

所述刚度系统包括立柱式构件以作为质量系统的下部支撑，所述质量系统包括质量块，立柱式构件的一端与外壳刚性连接，立柱式构件的另一端与质量块底部刚性连接，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的高度以调整消振频率；所述阻尼系统包括一个或多个杆式阻尼器，杆式阻尼器的一端连接在外壳上，杆式阻尼器的另一端连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。

进一步，包括多个杆式阻尼器时，多个杆式阻尼器在质量块的周围对称布置，每个杆式阻尼器的一端与外壳连接，另一端与质量块连接。

进一步，所述杆式阻尼器为单出杆式粘滞阻尼器、双出杆式粘滞阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器，粘滞体为流体或半流体。

进一步，所述杆式阻尼器包括筒体，一对盖体，在筒体和盖体所包围的封闭空间中填充有粘滞体，一端盖体或两端盖体上设置有活塞杆，振动时，活塞杆运动使粘滞体通过节流孔或使粘滞体在封闭空间中进行相对运动，耗散振动能量。

进一步，所述外壳包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。

进一步，所述围护钢板包括顶板、底板和侧壁板，立柱式构件的下端与底板刚性连接，立柱式构件的上端与质量块底部刚性连接，所述杆式阻尼器的一端连接在侧壁板上，杆式阻尼器的另一端连接在质量块侧部。

进一步，所述质量块上设置有供立柱式构件穿过的通孔，所述立柱式构件沿轴长设置有限位件，通过限位件将质量块固定在立柱式构件的预设高度位置。

进一步，所述立柱式构件包括上部和下部，上部用于固定质量块，下部的长度可调节，通过调节下部的长度来调整立柱式构件的高度，从而调整固定在上部的质量块的高度。

进一步，所述立柱式构件为金属杆、碳纤维棒和玻璃纤维杆中的一个或多个组成的单根杆构件、多根杆构件或格构式结构。

进一步，所述质量块为钢材、铅块、混凝土和灌浆料中的一种或多种混合构成。

本实用新型由于采用以上技术方案，与现有技术相比，作为举例，具有以下的优点和积极效果：

1)刚度系统采用立柱式构件作为质量系统的下部支撑，质量系统直接刚接于立柱式构件之上，工作时无需初始启动力，在微小振动时可以及时反应，其灵敏度良好。

2)便于调整阻尼装置的刚度和频率。操作时，可以通过调节质量块在立柱式构件上的相对位置来实现刚度和频率的连续性调节，调节方式方便、简单、有效。

3)调节频率时无需改变质量块，与传统的通过调整质量块大小来调整频率方案相比，降低了频率调整对阻尼装置的减振效果的影响。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的杆式调谐质量阻尼装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例提供的杆式调谐质量阻尼装置在建筑上的安装示意图。

图3为图2中的A-A的剖面图。

图4为本实用新型实施例提供的单出杆式粘滞阻尼器的结构示意图。

图5为本实用新型实施例提供的双出杆式粘滞阻尼器的结构示意图。

图6为本实用新型实施例提供的质量块与立柱式构件的连接结构示意图。

图7为图6中调整质量块在立柱式构件上的相对位置的结构示意图。

图8为本实用新型实施例提供的立柱式构件的结构形式示意图。

附图标记说明：

调谐质量阻尼装置100；

外壳110；

刚度系统120，杆121，连接构件122；

质量系统130；

阻尼系统140，筒体141，活塞杆142，节流孔143，盖体144，粘滞体145，封闭空间148；

通信塔200；

安装平台210。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型公开的杆式调谐质量阻尼装置作进一步详细说明。应当注意的是，下述实施例中描述的技术特征或者技术特征的组合不应当被认为是孤立的，它们可以被相互组合从而达到更好的技术效果。在下述实施例的附图中，各附图所出现的相同标号代表相同的特征或者部件，可应用于不同实施例中。因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

需说明的是，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定实用新型可实施的限定条件，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应落在实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。本实用新型的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所述的或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本实用新型的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

实施例

参见图1所示，为本实用新型实施例提供的一种杆式调谐质量阻尼装置的结构示意图。

所述杆式调谐质量阻尼装置100，包括外壳110，以及设置在外壳110中的刚度系统120、质量系统130和阻尼系统140。

所述刚度系统120包括立柱式构件，所述立柱式构件作为质量系统130的下部支撑。

所述质量系统130包括质量块，立柱式构件的一端与外壳110刚性连接，立柱式构件的另一端与质量块底部刚性连接。

所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的相对高度以调整消振频率。

所述阻尼系统140包括一个或多个杆式阻尼器，杆式阻尼器的一端连接在外壳上，杆式阻尼器的另一端连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。

本实用新型提供的上述技术方案，外壳作为整个阻尼装置的外围骨架及防护结构，立柱式构件作为阻尼装置的刚度系统，质量块刚接在立柱式构件上作为质量系统，阻尼器作为阻尼装置的阻尼系统，在配合目标对象减振同时，还可有效的减小阻尼装置自身的振动时间和振动行程，耗散振动能量。

参见图2所示，以通信塔200为例，比如通过在通信塔200上增加一个或多个上述阻尼装置，在通信塔200主结构受到外界动态力作用(如风荷载)时，阻尼装置提供一个频率相近或相等、与结构运动方向相反的力，来部分或全部抵消外界激励引起的结构响应。

所述杆式调谐质量阻尼装置100可以通过安装平台210以中心对称形式安装在通信塔200上，参见图3所示。

本实施例中，优选的，所述阻尼系统140包括多个杆式阻尼器。此时，多个杆式阻尼器在质量块的周围对称布置，每个杆式阻尼器的一端与外壳连接，另一端与质量块连接。进一步，所述多个杆式阻尼器相对质量块成中心对称布置。作为举例而非限制，比如所述阻尼系统140包括4个杆式阻尼器，则4个杆式阻尼器相互成90度角设置，如此可以分别构成质量块前后摆动、左右摆动的阻尼。

所述杆式阻尼器可以为单出杆式粘滞阻尼器、双出杆式粘滞阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器，粘滞体为流体或半流体。

杆式粘滞阻尼器一般由活塞、油缸及阻尼孔组成，是利用活塞前后压力差使油流过阻尼孔产生阻尼力的一种阻尼装置。作为举例，以单出杆式粘滞阻尼器为例，阻尼器可以包括活塞缸筒，在缸筒内设有活塞，所述活塞将缸筒内室分为第一活塞腔和第二活塞腔，两个活塞腔内分别填充有粘滞体作为阻尼介质，活塞上连接有活塞杆，活塞杆的另一端与耳环相连接。考虑到密封性能，所述缸筒内还设有密封装置，比如所述缸筒、密封装置、活塞杆之间可以通过密封圈进行密封。其工作原理如下：当受到外力时，外力会推动活塞杆和活塞在缸筒内运动，活塞推压第一活塞腔(或第二活塞腔)的阻尼介质，使粘滞体通过阻尼孔，来产生摩擦阻尼，进而耗散受到的振动能量。

所述粘滞体优选的采用可压缩硅油。

本实施例中，所述杆式阻尼器优选的包括筒体141和一对盖体144，在筒体141和盖体144所包围的封闭空间148中填充有粘滞体145。可以在一端盖体144或两端盖体144上设置活塞杆142，参见图4所示，示例了在左端盖体144上设置活塞杆142，其构成单出杆式粘滞阻尼器；参见图5所示，示例了在左右两端的盖体144上同时设置活塞杆142，其构成双出杆式粘滞阻尼器。

活塞杆142上的活塞将前述封闭空间148分割成2个活塞腔，两个活塞腔内均填充有粘滞体145。振动时，活塞杆142运动使粘滞体145通过节流孔或使粘滞体145在封闭空间中进行相对运动，以此实现振动能量的耗散。

本实施例中，所述外壳110包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。

具体的，所述围护钢板可以包括顶板、底板和侧壁板，根据外壳110的形状，所述侧壁板可以构成圆形，也可以构成方形，或者其它形状，其不应作为对本实用新型的限制。

所述立柱式构件的下端与外壳110的底板刚性连接，立柱式构件的上端与质量块底部刚性连接，所述杆式阻尼器的一端连接在侧壁板上，杆式阻尼器的另一端连接在质量块侧部。如此，在振动时，质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动，从而消耗振动能量。

参见图6所示，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的相对高度以调整消振频率。

根据结构动力学，阻尼装置属于单自由度体系，阻尼装置身频率的计算公式如下：

其中，ω为圆频率；k为刚度；m为质量；f为频率。

针对立柱式结构，以实心圆心铁棒为例，

刚度k的计算公式如下：

其中，E为立柱材料的弹性模量；H为质量块中心离立柱地面的高度；I为截面惯性矩。

其中截面惯性矩I的计算公式如下：

其中，D为立柱直径。

综合式(1)-(4)，计算得出最终频率计算公式如下：

由公式(5)可知，当立柱截面、材料以及质量块大小不变时，可通过调整质量块在立柱上的高度位置来调整阻尼装置频率大小。

参见图7所示，比如需要增大阻尼装置频率时，可以将高度H调小至高度H1。

具体的，在本实施例的一种实施方式中，所述质量块上设置有供立柱式构件穿过的通孔，所述立柱式构件沿轴长设置有限位件，通过限位件将质量块固定在立柱式构件的预设高度位置。

作为举例而非限制，所述的限位件比如可以沿立柱式构件轴长方向设置的螺纹，所述质量块的通孔内壁上可以设置与所述螺纹匹配的内螺纹，通过正向或反向旋转来调整质量块在立柱式构件上的位置。

当然，所述限位件还可以根据需要选用抱箍、卡扣、夹具等限位结构，只要能将质量块固定在立柱式构件的预设高度位置即可，其可以是与立柱式构件一体设置，也可以与立柱式构件分体设置。

本实用新型提供的上述方案，通过调节质量块在立柱上的相对位置来连续调节产品刚度和频率，可以实现频率的连续性调节，调节方式方便、简单、有效。

另一种实施方式中，所述立柱式构件包括上部和下部，上部用于固定质量块，下部的长度可调节，通过调节下部的长度来调整立柱式构件的高度，从而调整固定在上部的质量块的高度。

作为举例而非限制，比如所述立柱式构件的下部采用嵌套式伸缩杆，使得下部能够进行升降调节，升降调节完成后通过锁紧螺栓进行紧固。所述锁紧螺栓设置在伸缩杆的连接处。作为典型方式的举例，比如立柱下部可以包括外柱和内柱，所述外柱的下端套设在内柱外，所述内柱的上端嵌套在外柱的下端内部，在外柱和内柱的连接处设置有锁紧螺栓。需要调整下部的长度时，先旋转锁紧螺栓解除锁定，然后使内柱轴向移动进入外柱内，调整到需要的高度后，反向旋转锁紧螺栓进行锁紧。下部的长度变长后，固定在上部的质量块的高度也就变高了。

本实施例中，所述立柱式构件可以为金属杆、碳纤维棒和玻璃纤维杆中的一个或多个组成的单根杆构件、多根杆构件或格构式结构。

参见图8所示，示例了单根杆、多根杆或格构式结构。单根杆由一根杆121组成，多根杆由2根以上间隔布置的杆121组成，格构式结构的主体由多根杆121间隔布置组成，多根杆之间通过连接构件122连接形成一体。

所述的金属杆，比如钢杆、铁杆、铜杆或铝杆等。除碳纤维棒和玻璃纤维杆外，也可以根据需要采用其它复合材料。

所述质量块可以为钢材、铅块、混凝土和灌浆料中的一种或多种混合构成。

在上面的描述中，本实用新型的公开内容并不旨在将其自身限于这些方面。而是，在本公开内容的目标保护范围内，各组件可以以任意数目选择性地且操作性地进行合并。另外，像“包括”、“囊括”以及“具有”的术语应当默认被解释为包括性的或开放性的，而不是排他性的或封闭性，除非其被明确限定为相反的含义。所有技术、科技或其他方面的术语都符合本领域技术人员所理解的含义，除非其被限定为相反的含义。在词典里找到的公共术语应当在相关技术文档的背景下不被太理想化或太不实际地解释，除非本公开内容明确将其限定成那样。本实用新型领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (10)

1.一种杆式调谐质量阻尼装置，包括外壳，以及设置在外壳中的刚度系统、质量系统和阻尼系统，其特征在于：

所述刚度系统包括立柱式构件以作为质量系统的下部支撑，所述质量系统包括质量块，立柱式构件的一端与外壳刚性连接，立柱式构件的另一端与质量块底部刚性连接，所述质量块在立柱式构件上的高度可调节，通过调节质量块在立柱式构件上的高度以调整消振频率；所述阻尼系统包括一个或多个杆式阻尼器，杆式阻尼器的一端连接在外壳上，杆式阻尼器的另一端连接在质量块上，使得质量块能够在外壳中以立柱式构件作为支撑进行弹性摆动。

2.根据权利要求1所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：包括多个杆式阻尼器时，多个杆式阻尼器在质量块的周围对称布置，每个杆式阻尼器的一端与外壳连接，另一端与质量块连接。

3.根据权利要求2所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述杆式阻尼器为单出杆式粘滞阻尼器、双出杆式粘滞阻尼器、摩擦阻尼器或粘弹性阻尼器，粘滞体为流体或半流体。

4.根据权利要求3所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述杆式阻尼器包括筒体，一对盖体，在筒体和盖体所包围的封闭空间中填充有粘滞体，一端盖体或两端盖体上设置有活塞杆，振动时，活塞杆运动使粘滞体通过节流孔或使粘滞体在封闭空间中进行相对运动，耗散振动能量。

5.根据权利要求1所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述外壳包括主体框架和围护钢板，所述主体框架形成外壳的骨架，所述围护钢板形成外壳的外围防护。

6.根据权利要求5所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述围护钢板包括顶板、底板和侧壁板，立柱式构件的下端与底板刚性连接，立柱式构件的上端与质量块底部刚性连接，所述杆式阻尼器的一端连接在侧壁板上，杆式阻尼器的另一端连接在质量块侧部。

7.根据权利要求1所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述质量块上设置有供立柱式构件穿过的通孔，所述立柱式构件沿轴长设置有限位件，通过限位件将质量块固定在立柱式构件的预设高度位置。

8.根据权利要求1所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述立柱式构件包括上部和下部，上部用于固定质量块，下部的长度可调节，通过调节下部的长度来调整立柱式构件的高度，从而调整固定在上部的质量块的高度。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述立柱式构件为金属杆、碳纤维棒和玻璃纤维杆中的一个或多个组成的单根杆构件、多根杆构件或格构式结构。

10.根据权利要求1-8中任一项所述的杆式调谐质量阻尼装置，其特征在于：所述质量块为钢材、铅块、混凝土和灌浆料中的一种或多种混合构成。

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