CN215714562U - 一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，包括钢绞线和两质量块组件，钢绞线固连于待减振物上，两质量块组件分别固定于钢绞线的两端；质量块组件包括第一质量块、至少一个连接件、与连接件数量相同的第二质量块，第一质量块固定于钢绞线的端部；连接件一端与第一质量块靠近钢绞线的一侧连接；第二质量块与对应的连接件的另一端连接。由于钢绞线自带阻尼和刚度，可通过钢绞线和质量块组件组合实现与待减振物的共振耦合，控制平面内各个方向的振动，有效抑制结构的多方向振动；且可通过第一质量块和第二质量块提供反向的惯性力，并通过多个第二质量块达到多频控制的目的。因此，本申请可有效抑制结构的多方向、多频率复合的振动。

Description

一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器

技术领域

本申请涉及振动控制技术领域，特别涉及一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器。

背景技术

随着新材料及新技术的应用，现代工程结构中的一些关键构件的长细比进一步变大，如大跨度及超大跨度拱桥的吊杆、斜拉桥的斜拉索、悬索桥的吊索等；此外，由于架空输电线和铁路接粗网两端的间距变大，导致其长细比也很大。而这些细长构件存在长细比大、质量轻、阻尼比小的特点，在外荷载作用下易发生各种形式的振动，甚至是垂直平面内0°～360°之间的振动，且在受到风力作用时，还会发生周期性反复的振动，而这种振动易导致结构发生损坏，不仅影响结构的使用性能，还会增加结构的管养成本。

相关技术中，针对这种细长构件可通过增加TMD(Tuned Mass Damper，调谐质量阻尼器)加以控制。其中，TMD一般由质量块、弹簧和阻尼器组成，由于其结构简单、使用方便、成本低等优点，广泛应用于工程结构振动控制。但是，由于传统TMD的工作方向往往是单一的，而细长构件的振动则是多方向及多频率复合的振动，以致传统TMD无法充分满足细长构件的减振要求，进而无法有效抑制细长构件的振动。

发明内容

本申请提供一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，以解决相关技术中由于传统TMD的工作方向单一而导致的无法有效抑制细长构件振动的问题。

第一方面，提供了一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，包括：

钢绞线，所述钢绞线用于固定连接于待减振物上；

两质量块组件，两所述质量块组件分别固定于所述钢绞线的两端；所述质量块组件包括：

第一质量块，所述第一质量块固定于所述钢绞线的端部；

至少一个连接件，所述连接件的一端与所述第一质量块靠近所述钢绞线的一侧连接；

与所述连接件数量相同的第二质量块，所述第二质量块与对应的所述连接件的另一端连接。

一些实施例中，多个所述第二质量块呈环形分布。

一些实施例中，两相邻所述第二质量块间的间距大于所述钢绞线的直径。

一些实施例中，多个所述第二质量块的振动频率均不相等。

一些实施例中，多个所述第二质量块的形状均不相同和/或多个所述第二质量块的质量均不相同。

一些实施例中，所述第二质量块的纵截面为U字型。

一些实施例中，所述调谐质量阻尼器还包括夹具，所述钢绞线通过所述夹具固定连接于待减振物上。

一些实施例中，所述连接件为柔性钢绞线。

一些实施例中，所述第一质量块分别与所述钢绞线、所述连接件铸造成型。

一些实施例中，所述钢绞线的外表面设有阻尼橡胶。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：可以有效抑制结构的多方向、多频率复合的振动。

本申请提供了一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，包括：钢绞线和两质量块组件，所述钢绞线用于固定连接于待减振物上，两所述质量块组件分别固定于所述钢绞线的两端；所述质量块组件包括：第一质量块、至少一个连接件、与所述连接件数量相同的第二质量块，所述第一质量块固定于所述钢绞线的端部；所述连接件的一端与所述第一质量块靠近所述钢绞线的一侧连接；所述第二质量块与对应的所述连接件的另一端连接。由于钢绞线自带阻尼和刚度，因此可通过钢绞线和质量块组件组合实现与待减振物的共振耦合，即通过钢绞线线股间的摩擦耗散能量，进而可控制平面内各个方向的振动，有效抑制结构的多方向振动；且由于本申请中的钢绞线的两端均设置有第一质量块和第二质量块，所以，可通过第一质量块和第二质量块提供反向的惯性力，并通过多个第二质量块达到多频控制的目的。因此，通过本申请可有效抑制结构的多方向、多频率复合的振动。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器的立体结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种质量块组件的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的质量块组件振动的力学分析示意图；

图5为本申请实施例提供的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器应用于吊索的示意图。

图中：1-钢绞线，2-质量块组件，21-第一质量块，22-连接件，23-第二质量块，3-夹具，4-待减振物，5-刚性减振架。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其能解决相关技术中由于传统TMD的工作方向单一而导致的无法有效抑制细长构件振动的问题。

参见图1和图2所示，本申请实施例提供了一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器的结构示意图，该阻尼器包括钢绞线1和两质量块组件2，所述钢绞线1用于固定连接于待减振物4上，其两端分别与两质量块组件2固定，充分利用了钢绞线1自带的刚度和阻尼实现了调谐质量阻尼器，即可通过钢绞线1和质量块组件2组合实现与待减振物4的共振耦合，进而可控制待减振物4在平面内各个方向的振动，有效抑制结构的多方向振动；钢绞线1可优选为镀锌钢绞线，其具有不易生锈、不易氧化，还可以增强钢绞线1的坚韧程度的优势，使得钢绞线1在长期饱尝雨淋日晒的环境下，丝毫不受影响，仍然可保持完好，没有锈迹。

每个质量块组件2均包括第一质量块21、至少一个连接件22、与所述连接件22数量相同的第二质量块23；所述第一质量块21固定于所述钢绞线1的端部，其中，第一质量块21可优选采用预留槽孔现浇锌铝合金的方式与钢绞线1铸造成型，其可消除第一质量块21与钢绞线1连接处的间隙，进而提升耐久性；连接件22的一端与所述第一质量块21靠近所述钢绞线1的一侧连接，另一端与第二质量块23连接，可达到多个控制主频的效果，实现对待减振物4的多重调谐减振；优选的，第二质量块23的数量为多个且呈环形分布，不仅可达到多个控制主频的效果，且可使得360度方向上的待减振物4均能有效减振，进而提高减振效果。

更进一步的，在本申请实施例中，连接件22可以为刚性的钢管或钢棒，也可以为柔性的镀锌钢绞线，在此不作限定；其中，若连接件22为刚性的，则通过焊接的方式分别与第一质量块21、第二质量块23相连；若连接件22为柔性的，则通过锌铝合金现浇的方式与第一质量块21、第二质量块23相连。本实施例中，连接件22可优选为柔性的镀锌钢绞线，第二质量块23通过镀锌钢绞线与第一质量块21连接，可以增加控制主频，进一步达到多频控制的目的。

此外，本实施例中，质量块组件2既可竖直放置，也可水平放置，其均可控制结构平面内各个方向的振动，在此不作限定。

可见，本实施例中，由于钢绞线1自带阻尼和刚度，因此通过钢绞线1和质量块组件2组合可实现与待减振物4的共振耦合，即通过钢绞线1线股间的摩擦耗散能量，进而控制平面内各个方向的振动，有效了抑制结构的多方向振动；且由于本申请中的钢绞线1的两端均设置有第一质量块21和第二质量块23，所以，通过第一质量块21和第二质量块23可提供反向的惯性力，并通过多个第二质量块23达到多频控制的目的。因此，通过本申请可有效抑制结构的多方向、多频率复合的振动。

更进一步的，在本申请实施例中，钢绞线1的每端均设有4个第二质量块23，且两相邻的第二质量块23间的间距大于所述钢绞线1的直径，保证钢绞线1在振动时，不与第二质量块23发生碰撞。

更进一步的，在本申请实施例中，多个所述第二质量块23的振动频率均不相等，具体的，多个所述第二质量块23的形状均不相同和/或多个所述第二质量块23的质量均不相同，从而进一步增加其控制主频；即可通过调整第二质量块23的质量和形状，来设置单个质量块组件2的控制频率，从而使得两个质量块组件2的控制频率均不相等，并将两个不同控制频率的质量块组件2安装钢绞线1的两端，即可控制待减振物4的多阶振动，进而实现待减振物4的多模态振动的控制。此外，参见图3所示，第二质量块23可优选为纵截面为U字型的U型质量块，U型侧可进一步增加其控制主频，进而提高减振效果。

更进一步的，在本申请实施例中，该阻尼器还包括夹具3，所述钢绞线1通过所述夹具3固定连接于待减振物4上，其中，夹具3可选择耐久性更好的锌铝合金制备，进一步提高其耐久性，并通过锌铝合金现浇的方式固定在钢绞线1上；此外，该夹具3可优选与待减振物4进行可拆卸连接，使得钢绞线1不仅可快速方便地固定至待减振物4，也可在需要更换阻尼器的时候，快速方便地从待减振物4上拆卸下来，有效提高了阻尼器的施工效率。

更进一步的，在本申请实施例中，钢绞线1的外表面设有阻尼橡胶，可增加多向多重调谐质量阻尼器的阻尼，进而更好地控制待减振物4的振动。

具体的，本申请实施例提供的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器的工作原理为：由质量块组件2(即第一质量块21、连接件22和第二质量块23)提供质量参数，由钢绞线1的抗弯刚度提供刚度，由钢绞线1的线股间的摩擦提供阻尼参数；其控制频率可以通过控制第一质量块21和第二质量块23的质量、钢绞线1的直径和长度等进行调整，使得钢绞线1的一端至少有两个控制主频，进而构成至少有4个控制主频的不对称阻尼器(通过改变其中某一或多项参数)；

其中，参见图4所示，控制频率的计算公式如下：

(1)一阶弯曲主频：

其中，f₁为阻尼器的一阶弯曲控制频率，单位为Hz；M为第一质量块21的质量，单位为kg；K₁为钢绞线1的抗弯刚度，并通过以下公式计算得到，单位为N/m；

其中，E为钢绞线1的弹性模量，单位为2×10¹¹N/m²；J为钢绞线1的惯性矩，单位为m⁴；L为钢绞线1的长度，单位为m；

(2)二阶扭转主频：

其中，f₂为阻尼器的二阶扭转控制频率，单位为Hz；g为重力加速度，单位为9.8m/s²；K为钢绞线1的单位幅度旋转力矩，单位N·m/rad；m为端部锤头质量块质量；l为质点m与原点O的距离。

因此，当结构在任何方向发生振动时，在惯性的作用下，第一质量块21和第二质量块23将提供反向的惯性力，并通过钢绞线1线股间的摩擦将能量耗散，同时可通过布置不同形状尺寸及质量的质量块，以达到多个控制主频的效果，进而实现对结构的多向多重调谐减振。

参见图5所示，以将本申请实施例提供的阻尼器安装至某大跨度悬索桥吊索采用销铰式平行钢丝双吊索为例：该桥塔附近长吊索易发生高频涡激振动，振动频率范围为8～20Hz，且横桥向与纵桥向均有发生；由于该桥通过刚性减振架5将双吊索(该双吊索即为待减振物4)相连，因此，可通过夹具3将本申请实施例的钢绞线1和质量块组件2安装(焊接或螺栓连接)在刚性减振架5的中部，通过调谐原理设计阻尼器的控制频率，进而可有效覆盖吊索振动频率区间，抑制吊索的振动。由此可见，本申请实施例具有很好的减振效果。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；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，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于，包括：

钢绞线(1)，所述钢绞线(1)用于固定连接于待减振物(4)上；

两质量块组件(2)，两所述质量块组件(2)分别固定于所述钢绞线(1)的两端；所述质量块组件(2)包括：

第一质量块(21)，所述第一质量块(21)固定于所述钢绞线(1)的端部；

至少一个连接件(22)，所述连接件(22)的一端与所述第一质量块(21)靠近所述钢绞线(1)的一侧连接；

与所述连接件(22)数量相同的第二质量块(23)，所述第二质量块(23)与对应的所述连接件(22)的另一端连接。

2.如权利要求1所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：多个所述第二质量块(23)呈环形分布。

3.如权利要求2所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：两相邻所述第二质量块(23)间的间距大于所述钢绞线(1)的直径。

4.如权利要求2所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：多个所述第二质量块(23)的振动频率均不相等。

5.如权利要求4所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：多个所述第二质量块(23)的形状均不相同和/或多个所述第二质量块(23)的质量均不相同。

6.如权利要求1所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：所述第二质量块(23)的纵截面为U字型。

7.如权利要求1所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：所述调谐质量阻尼器还包括夹具(3)，所述钢绞线(1)通过所述夹具(3)固定连接于待减振物(4)上。

8.如权利要求7所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：所述连接件(22)为柔性钢绞线。

9.如权利要求1所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：所述第一质量块(21)分别与所述钢绞线(1)、所述连接件(22)铸造成型。

10.如权利要求1所述的摆锤式多向多重调谐质量阻尼器，其特征在于：所述钢绞线(1)的外表面设有阻尼橡胶。

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