[發明專利]緩沖型懸吊式顆粒調諧質量阻尼器

有效

• 申請號: 201210332837.7
• 申請日: 2012-09-11
• 公開（公告）號: CN102817423A
• 公開（公告）日: 2012-12-12
• 發明（設計）人: 魯正;呂西林;施衛星
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術領域

本發明涉及一種通過鋼索與主體結構鉸接，在一個或多個腔體內部填充顆粒并附加緩沖材料的緩沖型懸吊式顆粒調諧質量阻尼器，通過調諧和摩擦碰撞來耗能，屬于土木結構（包括高層建筑、高聳結構和橋梁結構等）振動控制領域。

背景技術

近年來調諧質量阻尼器（TMD）或調諧液體阻尼器（TLD）減振控制技術以其對原結構改動小、施工簡單、減振效果顯著等特點而廣受重視，并在國內外土木工程中得到應用。顆粒阻尼器作為一種新型的消能減振控制技術，具有對原系統改動小、減振頻帶寬、耐久性好、可靠度高、對溫度變化不敏感，易于用在惡劣環境等優點，逐漸成為土木工程研究人員的研究熱點。

屬于被動控制裝置的調諧質量減振系統目前存在以下不足：首先，調諧質量阻尼器系統需設置昂貴的阻尼器，不利于廣泛應用。其次，調諧質量系統減振頻帶窄，往往只能對其調諧的頻率產生較好的減振效果，對于偏離該頻率的振動區域控制效果不佳。屬于被動控制裝置的顆粒阻尼器減振系統目前存在以下不足：首先，顆粒與腔體的碰撞多為彈性碰撞，耗能能力有限。其次，傳統顆粒阻尼器多采用一定堆疊高度的顆粒群，極大地限制了底層區域顆粒的滑動和碰撞耗能。此外，傳統顆粒阻尼器僅依靠顆粒自身滑動摩擦碰撞對結構調頻往往導致調頻效果不佳。因此，將調諧質量阻尼器和顆粒阻尼器結合起來，使其優勢互補，并進行改進開發，形成一種構造形式更加簡單、價格低廉、耗能能力好、調頻能力強的新型顆粒調諧質量阻尼器具有重大的工程意義。

發明內容

為了解決傳統調諧質量阻尼器調諧頻帶窄，設置耗能阻尼器價格昂貴的問題，以及傳統顆粒阻尼器由于顆粒堆疊以及彈性碰撞導致的耗能能力有限，調諧能力差的問題，本發明的目的在于提出一種緩沖型懸吊式顆粒調諧質量阻尼器，該裝置結合調諧質量阻尼器和顆粒阻尼器各自優點，并加以改進，即通過鋼索與主體結構鉸接，在一個或多個腔體內部填充顆粒并附加緩沖材料，形成緩沖型懸吊式顆粒調諧質量阻尼器。本阻尼器構造簡單、碰撞耗能能力好、調頻能力強、水平方向上多維控制效果好。在風或/和地震作用下，一個或多個腔體內的顆粒群可以伴隨阻尼器腔體通過鋼索系統沿著振動輸入的方向提供調諧結構振動頻率的作用，同時通過顆粒間、顆粒與阻尼器腔體間的摩擦、碰撞耗散能量，顆粒只設置一層和附加緩沖材料，均能夠增加耗能能力。限位裝置的設置可以保證阻尼器在超強風或/和地震下，不至于擺動幅度過大而撞擊結構產生破壞。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案。

本發明的一種緩沖型懸吊式顆粒調諧質量阻尼器，包括：阻尼器腔體1、顆粒群2、緩沖材料3、鋼索4和限位裝置5，阻尼器腔體1為長方體或圓柱體結構，阻尼器腔體1為一個或多個，多個阻尼器腔體1為水平或豎直方向設置，每個阻尼器腔體1內部平鋪一層顆粒群2，阻尼器腔體1內壁上覆蓋有緩沖材料3，鋼索4將預埋件與阻尼器腔體1鉸接，一個或多個阻尼器腔體1外部設置有限位裝置5，以防止其振動過大撞壞結構；在風或/和地震等作用下，該裝置能夠在水平方向上，沿著多個方向振動，一方面通過調諧結構自振頻率，另一方面通過顆粒群2的滾動、滑動、摩擦、碰撞轉移和耗散結構的動能，通過緩沖材料3增加碰撞所耗散的能量。

本發明中，所述顆粒群2由若干個圓形顆粒組成，圓形顆粒直徑為2mm~50mm的鋼球、混凝土球、玻璃球或陶瓷球中一種以上。

本發明中，顆粒群2在水平面占用面積為阻尼器腔體1水平面積的40%~80%，顆粒群2的體積應為阻尼器腔體1體積的5%~20%。

本發明中，所述緩沖材料3包括橡膠、泡沫塑料或珍珠棉中一種以上，以增加碰撞所耗散的能量。

本發明中，鋼索將結構內設置的預埋件與阻尼器腔體鉸接，使得阻尼器能夠在水平方向上，沿著多個方向振動，以抵抗不同方向作用的風或/和地震荷載。

本發明中，在阻尼器腔體的外部設置限位裝置，以防止其在巨大的強風或/和地震作用下產生過大的位移，撞擊結構而造成破壞。

本發明采用鋼索將主體結構內設置的預埋件與阻尼器腔體鉸接，在一個或多個腔體內部填充顆粒并附加緩沖材料，并在阻尼器外部設置限位裝置，形成緩沖型懸吊式顆粒調諧質量阻尼器。在風或/和地震等作用下，該裝置能夠在水平方向上，沿著多個方向振動，一方面通過調諧結構自振頻率，另一方面通過顆粒群的滾動、滑動、摩擦、碰撞轉移和耗散結構的動能，加入緩沖材料后尤其可以增加碰撞所耗散的能量。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

1）本發明顆粒群可以伴隨阻尼器腔體通過鋼索系統沿著振動輸入的方向提供調諧結構振動頻率的作用，能夠在水平向的多個振動方向減振。