專利名稱：新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于土木工程領(lǐng)域，具體為一種固定在摩擦擺支座上，通過顆粒碰撞提供阻尼的新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，可以應(yīng)用于土木結(jié)構(gòu)(包括高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等)振動控制領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)減振控制技術(shù)以其對原結(jié)構(gòu)改動小、施工簡單、減振效果顯著等特點而廣受重視，并在國內(nèi)外土木工程中得到廣泛應(yīng)用。為了控制結(jié)構(gòu)的水平向振動，通常采用懸吊式的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，通過調(diào)整擺長使得單擺頻率與結(jié)構(gòu)頻率調(diào)諧，達(dá)到振動控制效果。但是很多情況下，由于空間或者技術(shù)原因，單擺的應(yīng)用會受到限制，而且調(diào)諧質(zhì)量阻尼器自身又有減振頻帶窄，附加的阻尼器造價昂貴等缺點。近來，出現(xiàn)了將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與顆粒阻尼器結(jié)合的新型阻尼器，該阻尼器通過 顆粒間的碰撞來消耗能量，用顆粒群取代粘滯阻尼器將大幅度降低阻尼器的造價。但顆粒阻尼器也有其自身不足的限制，比如顆粒與腔體的碰撞多為彈性碰撞，碰撞耗能能力有限；傳統(tǒng)的顆粒阻尼器內(nèi)顆粒堆疊在一起，這樣極大地限制了顆粒的運動能力，減振效果不佳。本發(fā)明新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器用摩擦擺支座代替單擺的吊索，可以將阻尼器放置于結(jié)構(gòu)之上，可以有效利用空間，而且將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和顆粒阻尼器結(jié)合起來，使其優(yōu)勢互補，并進(jìn)行了改進(jìn)開發(fā)，形成一種安裝方便、價格低廉、耗能能力好、耐久性優(yōu)良的新型阻尼器，具有重大的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出一種新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，該裝置結(jié)合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和顆粒阻尼器的各自優(yōu)點，并加以改進(jìn)，即將阻尼器空腔分隔，每個腔體內(nèi)只容納一層顆粒群，保證最大限度地發(fā)揮顆粒群的運動能力，并在空腔內(nèi)部粘貼緩沖材料，增強碰撞的耗能能力。本發(fā)明拋棄了單擺調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的懸吊形式，改用摩擦擺支座，通過將阻尼器空腔體固定在四個角部的摩擦擺支座上，腔體便可以隨摩擦擺支座蓋板在圓弧滑道上擺動。滑塊與蓋板的特殊關(guān)節(jié)的設(shè)計可以保證阻尼器腔體在運動過程中始終保持水平，并且該阻尼器的運動不受方向的約束，對任意方向的振動均有減振耗能作用。同時，不僅顆粒間、顆粒與阻尼器腔體間的碰撞、摩擦可以耗散能量，摩擦擺支座擺動過程中，滑塊與滑道之間的摩擦也能耗散振動能量。限位裝置的設(shè)置可以保證阻尼器在超強風(fēng)或/和強地震作用下，不至于擺動幅度過大而撞擊結(jié)構(gòu)產(chǎn)生破壞。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。本發(fā)明提出的一種新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括阻尼器腔體I、顆粒群2、緩沖材料3和摩擦擺支座4 ;阻尼器腔體I為長方體或圓柱體空腔，阻尼器腔體I是一個或多個，多個阻尼器腔體I水平或豎直方向布置，每個阻尼器腔體I內(nèi)部平鋪一層顆粒群2，阻尼器腔體I內(nèi)壁上粘貼有緩沖材料3 ;其特點在于阻尼器腔體I底部四周固接于四個摩擦擺支座4上，使阻尼器腔體I隨滑塊沿球面滑動時能保持水平；每個摩擦擺支座4由蓋板5、連接軸6、底座7、滑塊8、滑道9和限位裝置10組成，底座7上方開有下凹球形，所述下凹球形表面為滑道9，滑塊8位于滑道9上方，滑塊8底面涂有復(fù)合摩擦材料，當(dāng)滑塊8在滑道9上滑動時產(chǎn)生摩擦力輔助消耗能量，滑塊8由位于上部的凸起的半球形關(guān)節(jié)和位于下部的柱形體連接而成一體，滑塊8底面半徑與滑道9半徑相同，滑塊8上部的凸起的半球形關(guān)節(jié)與連接軸6底部凹槽的部位對接；連接軸6頂部固定于蓋板5下方，蓋板5蓋于底座7上方，蓋板5與底座7之間設(shè)置有限位裝置10，以防止其發(fā)生過大擺動，蓋板5與底座7之間通過固定栓板11連接。本發(fā)明中，所述顆粒群2由若干個球形顆粒組成，可以為直徑2mnT50mm的鋼球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的一種或多種。顆粒群2在水平面投影面積為阻尼器腔體I水平面積的40% 80%，顆粒群2的體積應(yīng)為阻尼器腔體I體積的5% 20%。本發(fā)明中，所述緩沖材料3包括橡膠、泡沫塑料或珍珠棉中的一種或多種，以增加碰撞耗能能力。 本發(fā)明中，采用四個摩擦擺支座4，放置于阻尼器腔體I底部的四個角部。四個摩擦擺支座4型號完全相同，可以對水平任意方向的振動起到減振作用。摩擦擺支座4中的滑塊8與連接軸6之間采用半球形的關(guān)節(jié)連接，可以保證上部蓋板5以及阻尼器腔體I保持水平。本發(fā)明中，在摩擦擺支座4的蓋板5與底座7之間設(shè)置限位裝置10。該限位裝置10具有小位移下不工作，大位移下提供拉力防止擺動幅度過大的功能。本發(fā)明的效果是顆粒群的碰撞由阻尼器腔體運動而激發(fā)，阻尼器的頻率主要由摩擦擺支座提供，并通過設(shè)置限位裝置來調(diào)整。摩擦擺支座可以提供水平向任意方向的擺動，所以該阻尼器對水平任意方向的振動都有減振效果。本發(fā)明采用附加緩沖材料的方法，增加顆粒與腔體碰撞所消耗的能量，提高耗能效率。本發(fā)明構(gòu)造形式簡單，采用可靠耐久廉價的顆粒作為附加阻尼的提供載體，結(jié)合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和顆粒阻尼器的優(yōu)點，通過調(diào)頻質(zhì)量、顆粒碰撞與摩擦、摩擦擺支座的摩擦來消耗能量，降低了傳統(tǒng)阻尼器的造價，從而適用性和經(jīng)濟性更強。


圖I為新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的正立面示意 圖2為新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的平面示意 圖3為摩擦擺支座的半剖平面示意 圖4為摩擦擺支座的立面示意 圖中標(biāo)號I一阻尼器腔體，2—顆粒群，3—緩沖材料，4一摩擦擺支座，5—蓋板，6—連接軸，7—底座，8—滑塊，9一滑道，10—限位裝置，11 一固定栓板。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的具體實施方式
。實施例I :如圖I 一圖4所示，阻尼器腔體I、顆粒群2、緩沖材料3和摩擦擺支座4。摩擦擺支座4由蓋板5、連接軸6、底座7、滑塊8、滑道9和限位裝置10組成。其特點在于摩擦擺支座4的滑道9為不銹鋼材料制作的下凹球形表面，并在滑塊8底面涂有復(fù)合摩擦材料，當(dāng)滑塊8在滑道9上滑動時產(chǎn)生摩擦力輔助消耗能量，摩擦材料往往采用聚四氟乙烯(PTFE)。在滑塊8的上表面設(shè)置一半球形關(guān)節(jié)，滑塊8底面半徑與下部滑道9半徑相同，上部的凸起的半球形關(guān)節(jié)與連接軸6下部凹進(jìn)的部位對接。在阻尼器腔體I下四角處分別固定四個摩擦擺支座4，從而阻尼器腔體I隨滑塊沿球面滑動時能保持水平。阻尼器腔體I為長方體或圓柱體空腔。阻尼器腔體I可以是一個或多個，多個阻尼器腔體I可以水平或豎直方向布置，每個腔體I內(nèi)部平鋪一層顆粒群2，阻尼器腔體I內(nèi)壁上粘貼有緩沖材料3。阻尼器腔體I固接于四個摩擦擺支座4的蓋板5上，蓋板5與底座7之間設(shè)置有限位裝置10，以防止其發(fā)生過大擺動。在風(fēng)或/和地震作用下，該裝置能夠在水平方向上，沿著多個方向振動，一方面通過調(diào)諧結(jié)構(gòu)自振頻率，另一方面通過顆粒群2的滾動、滑動、摩擦、碰撞轉(zhuǎn)移和耗散結(jié)構(gòu)的動能，粘貼緩沖材料3可以增加碰撞所耗散的能量。而且對于摩擦擺支座，當(dāng)滑塊8在滑道9上滑動時產(chǎn)生的摩擦力也可以幫助消耗能量。阻尼器腔體I是由5mnTl0mm厚的鋼板焊接而成的長方體空腔，在空腔的內(nèi)壁和底面粘貼緩沖材料3。緩沖材料3可以用橡膠、泡沫塑料或者珍珠棉等材料制作，厚度在5mm左右。阻尼器空腔I固定在四個摩擦擺支座4的蓋板5上，蓋板5上的連接軸6通過半球 形關(guān)節(jié)擱置在滑塊8上，并隨滑塊8 一起沿著圓弧形滑道9擺動，連接軸6與滑塊8的半球形關(guān)節(jié)可以保證蓋板5擺動時始終保持水平。按照要求的頻率設(shè)計滑道9的曲率半徑，使得阻尼器頻率與結(jié)構(gòu)頻率協(xié)調(diào)。限位裝置10是在小位移下不工作，大位移時提供較高拉力的限位索。在一個或多個阻尼器空腔I內(nèi)擺放一層顆粒群2，顆粒群2在水平面投影面積應(yīng)為阻尼器腔體I水平面積的409Γ80%，顆粒群2的體積應(yīng)為阻尼器腔體I體積的59Γ20%。在運送阻尼器過程中，可以通過安裝固定栓板11防止阻尼器的擺動，固定栓板11要求具有一定的彎曲剛度，在使用過程中將固定栓板11拆除便可以實現(xiàn)擺動。
權(quán)利要求
1.一種新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括阻尼器腔體(I)、顆粒群(2)、緩沖材料(3)和摩擦擺支座(4);阻尼器腔體(I)為長方體或圓柱體空腔，阻尼器腔體(I)是一個或多個，多個阻尼器腔體(I)水平或豎直方向布置，每個阻尼器腔體(I)內(nèi)部平鋪一層顆粒群(2)，阻尼器腔體(I)內(nèi)壁上粘貼有緩沖材料(3);其特點在于阻尼器腔體(I)底部四周固接于四個摩擦擺支座(4)上，使阻尼器腔體(I)隨滑塊沿球面滑動時能保持水平；每個摩擦擺支座(4)由蓋板(5)、連接軸(6)、底座(7)、滑塊(8)、滑道(9)和限位裝置(10)組成，底座(7)上方開有下凹球形，所述下凹球形表面為滑道(9)，滑塊(8)位于滑道(9)上方，滑塊(8)底面涂有復(fù)合摩擦材料，當(dāng)滑塊(8)在滑道(9)上滑動時產(chǎn)生摩擦力輔助消耗能量，滑塊(8)由位于上部的凸起的半球形關(guān)節(jié)和位于下部的柱形體連接而成一體，滑塊(8)底面半徑與滑道(9)半徑相同，滑塊(8)上部的凸起的半球形關(guān)節(jié)與連接軸(6)底部凹槽的部位對接；連接軸(6)頂部固定于蓋板(5)下方，蓋板(5)蓋于底座(7)上方，蓋板(5)與底座(7)之間設(shè)置有限位裝置(10)，以防止其發(fā)生過大擺動，蓋板(5)與底座(7)之間通過固定栓板(11)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于所述顆粒群(2)由若干球形顆粒組成，是鋼球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中的一種或多種，顆粒群(2)在水平面投影面積為阻尼器腔體(I)水平面積的409Γ80%，顆粒群(2 )的體積為阻尼器腔體(I)體積的5% 20%。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于所述緩沖材料(3)采用橡膠、泡沫塑料或珍珠棉中任一種或多種。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型二維調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括摩擦擺支座、阻尼器腔體、顆粒群、緩沖材料以及限位裝置。摩擦擺支座由滑動面、滑塊、連接軸組成，通過控制滑動面的曲率半徑可以使該阻尼器得到預(yù)期頻率，并利用滑塊和滑動面間的滑動摩擦部分消耗振動能量。通過將阻尼器腔體固定在四個摩擦擺支座上，可以始終保持腔體水平運動。阻尼器腔體為長方體或圓柱體，可以為單個腔體，也可以在水平或/和豎向設(shè)立多個分區(qū)，每個分區(qū)腔體內(nèi)平鋪一層顆粒群，腔體內(nèi)部粘貼有緩沖材料，幫助顆粒碰撞耗能。阻尼器腔體固定在底部四個摩擦擺支座上，并在摩擦擺的底座和蓋板之間設(shè)置限位裝置，以防止其過大的擺動。在風(fēng)或/和地震等作用下該阻尼器能沿水平任意方向運動，一方面通過調(diào)諧結(jié)構(gòu)自振頻率，另一方面通過顆粒群的滾動、滑動、摩擦、碰撞轉(zhuǎn)移和耗散結(jié)構(gòu)的振動能量，加入緩沖材料后尤其可以增加耗能的效果。
文檔編號E04B1/98GK102888904SQ20121040642
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月23日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月23日
發(fā)明者魯正, 施衛(wèi)星, 李曉瑋 申請人:同濟大學(xué)