[發明專利]電渦流阻尼調節的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器

有效

• 申請號: 201010602181.7
• 申請日: 2010-12-23
• 公開（公告）號: CN102031751A
• 公開（公告）日: 2011-04-27
• 發明（設計）人: 王建輝;陳政清
• 申請（專利權）人: 湖南大學
• 主分類號: E01D19/00
• 分類號: E01D19/00;E04B1/98
• 代理公司: 長沙正奇專利事務所有限責任公司 43113
• 代理人: 馬強

技術領域

本發明屬于土木工程結構振動控制領域，具體涉及到一種采用懸臂梁與電渦流分別作為剛度與阻尼元件的大噸位水平調諧質量阻尼器，適用于大型工程結構如大跨度人行橋的水平振動控制。

背景技術

隨著輕質高強材料使用的增多和對結構美學要求的提高，現代人行橋變得越來越輕柔，且具有極小的結構固有阻尼比。近年來，一些人行橋發生了由行人激起的大幅度橫向振動，嚴重影響到行人的舒適性和橋梁的耐久性。雖然目前對人行橋的橫向振動機理仍處于探索階段，但工程界已摸索出有效的應對措施，即通過提高結構的等效模態阻尼比來抑制人行橋的振動。具體措施有：吸能減振如調諧質量阻尼器(TMD)，或耗能減振如附加粘滯阻尼器。由于粘滯阻尼器必須安裝在結構內部具有較大相對位移的位置，在實際應用時有一定的局限性，因此TMD在大跨度人行橋的減振設計中得到了更為廣泛的應用。

調諧質量阻尼器(TMD)主要由質量塊，調諧頻率的彈性元件，耗散結構振動能量的阻尼元件三大組件構成。彈性元件主要有螺旋彈簧、擺與懸臂梁等方式。采用螺旋彈簧作為彈性元件的優勢是剛度比較容易設計與調整，且所需空間小，比較適合豎向TMD采用。水平TMD若采用螺旋彈簧，則需額外的支承和精確的導向結構，否者會產生較大的摩擦阻尼，降低TMD在小振幅下的減振效果與啟動速度。擺式結構的擺長與振動頻率成反比，低頻時需要較大的空間，也可設計成結構復雜的復擺，高頻時則振幅不能過大。懸臂梁式所需空間適當，本身兼備導向和支承功能，但是設計不當的懸臂梁會在固定端產生應力集中，在TMD長期工作中，有可能發生疲勞損傷。至于阻尼元件，小型TMD的阻尼構件一般采用橡膠，大型TMD則采用附加的液體粘滯阻尼器等。但是橡膠材料存在老化和剛度與阻尼不易分離的缺點，粘滯阻尼器存在漏油和不易養護等問題。

研究表明，對于設定的質量比(即TMD子結構的質量與結構質量的比值)，基于定義的優化準則(一般取主結構的某種響應最小化或附加模態阻尼比的最大化)，TMD均存在一個最優的阻尼比。TMD的阻尼比如果相對最優值稍微增大，不會嚴重影響減振效果，并且還可以有效減小TMD的沖程，避免與限位裝置的頻繁碰撞。因此，如果TMD的阻尼系數也能夠較容易地調節，將有助于提高TMD的整體控制效果與耐久性。但是，目前已有的大噸位TMD采用的阻尼元件多為小孔節流式或液壓活塞式粘滯阻尼器，阻尼器一旦加工制作完畢，阻尼系數基本是一定值，很難進行后期調整。

相對阻尼參數，TMD的頻率調諧精度對振動控制效果影響更大。一方面結構的理論計算頻率與實測值會有所偏差，另一方面結構的活載也會發生不斷變化，也就是說結構的模態參數存在一定的不確定性，因此要求TMD的頻率在安裝及運營工程中，能夠進行一定的微調，目前已有技術大都通過調整質量或更換彈簧的方式實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題是，針對現有大噸位調諧質量阻尼器存在的頻率與阻尼參數不易調節的問題，提供一種電渦流阻尼調節的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器，為剛度與阻尼可調式調諧質量阻尼器(TMD)，并能使調諧質量阻尼器系統的剛度與阻尼實現完全分離，通過懸臂梁的等強度設計保證彈性元件的疲勞壽命。

本發明的技術方案是，所述電渦流阻尼調節的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器包括由兩側支柱和橫梁組成的等強度懸臂梁，橫梁兩端分別同該兩側支柱對應連接，兩側支柱底端固定在基座上；其結構特點是，質量塊的上端同橫梁連接，該質量塊的下端裝有矩形永磁體；質量塊下部一側設有經支承件固定安裝在基座上的銅板，且該銅板同所述矩形永磁體之間留有間隙。

以下對本發明做出進一步說明。

進一步地，在所述橫梁兩端與對應的兩側支柱之間設有橫梁高度調節機構；橫梁高度調節是指橫梁相對基座的距離調節，亦即橫梁相對地面的距離調節，它是通過調節橫梁端部在支柱上的位置來實現的。

本發明中，通過橫梁高度調節機構調節橫梁高度，即調節質量塊的高度，實現調諧質量阻尼器(TMD)頻率的微調；調諧質量阻尼器(TMD)的阻尼由電渦流阻尼器提供，通過調節矩形永磁體與銅板之間的間隙可以方便地調節調諧質量阻尼器(TMD)阻尼比的大小，并實現阻尼的連續可調；從而有效解決了常規TMD采用粘滯阻尼器出現的漏油失效與阻尼參數難以調節且對頻率有干擾的問題。

本發明中，由相互之間不接觸的矩形永磁體和銅板構成電渦流阻尼機構，耐久性與可靠性高，通過變化矩形永磁體與銅板之間的距離可以實現電渦流阻尼的連續調節。

所述懸臂梁按等強度設計，解決了彈性元件的疲勞問題，且通過橫梁高度調節機構可以調節有效懸臂梁長度(即剛度)，實現調諧質量阻尼器(TMD)頻率的微調。