[實(shí)用新型]一種電磁調(diào)諧質(zhì)量阻尼器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201320668807.3
• 申請(qǐng)日: 2013-10-28
• 公開（公告）號(hào): CN203613669U
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 潘鵬;陳浩文
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98;E01D19/00
• 代理公司: 北京眾合誠成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11246
• 代理人: 張文寶

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于土木工程結(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種電磁調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，用于橋梁工程中或高層結(jié)構(gòu)中。

背景技術(shù)

橋梁屬于大型、復(fù)雜結(jié)構(gòu)。它的靜動(dòng)力特性,包括空間內(nèi)力計(jì)算、穩(wěn)定、振動(dòng)、風(fēng)和地震響應(yīng)等問題,如果在橋梁的設(shè)計(jì)當(dāng)中解決不好,將帶來很大的危害。近年來，橋梁的振動(dòng)問題備受關(guān)注：如在既有鐵路橋梁基礎(chǔ)上進(jìn)行列車提速帶來的過度振動(dòng)、城市軌道高架橋振動(dòng)帶來的城市噪聲污染、大跨度橋梁橋塔和拉索的風(fēng)致振動(dòng)等問題。

橋梁振動(dòng)控制方法有主動(dòng)控制和被動(dòng)控制之分,由于主動(dòng)控制中有許多問題尚未解決,所以目前的結(jié)構(gòu)工程中一般采用被動(dòng)控制。被動(dòng)控制的手段包括：改變結(jié)構(gòu)質(zhì)量、改變結(jié)構(gòu)阻尼、改變結(jié)構(gòu)剛度或輸入外力。但由于橋梁強(qiáng)度、變形條件、行車條件的限制,改變橋梁質(zhì)量、剛度或外力未必總是可能的。調(diào)諧質(zhì)量減振器（TMD）是解決這一難題的方法之一,無需附加太多質(zhì)量即可增加結(jié)構(gòu)阻尼。TMD是1909年由Frahm發(fā)明的一種吸振器,它具有經(jīng)濟(jì)、方便，抑制窄帶振動(dòng)效果顯著的優(yōu)點(diǎn).幾十年來在機(jī)械、土木、航空航天、船舶、化工工程等眾多領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用。其原理是把TMD(包括質(zhì)量塊、并聯(lián)的彈簧和阻尼器)連接到主結(jié)構(gòu)上，當(dāng)結(jié)構(gòu)在外激勵(lì)作用下產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)TMD子系統(tǒng)一起振動(dòng)。TMD子系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)上，對(duì)結(jié)構(gòu)的震動(dòng)產(chǎn)生控制作用。從能量的角度來說，TMD子系統(tǒng)振幅遠(yuǎn)大于結(jié)構(gòu)，因此由激勵(lì)荷載輸入的能量絕大部分由TMD消耗，輸入主體結(jié)構(gòu)的能量減小，從而抑制主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。它用于橋梁結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)在于可以耗散橋梁的振動(dòng)能量而不需與大地連接。

TMD中的阻尼器是其中的關(guān)鍵部件，目前多采用粘滯性液體阻尼器。粘滯性液體阻尼器制作工藝成熟，應(yīng)用廣泛，具有一定的穩(wěn)定性。但針對(duì)建筑用TMD的長使用壽命，粘滯性液體阻尼器也存在著一些無法回避的弊端。首先，粘滯性液體阻尼器容易發(fā)生液體泄漏，使用壽命較短，需要較高的維護(hù)頻率和維護(hù)成本；其次，TMD在安裝過程和使用過程中都需要對(duì)阻尼進(jìn)行進(jìn)一步調(diào)節(jié)，粘滯性液體阻尼器的調(diào)節(jié)較為麻煩且可調(diào)整的區(qū)間較小；再次，粘滯性液體阻尼器由于構(gòu)造方面的要求，工藝相對(duì)復(fù)雜，成本也較高。粘滯性液體阻尼器的以上弊病在一定程度上也即是現(xiàn)有TMD的弊病，限制了TMD的推廣和應(yīng)用。

因此，開發(fā)一種新型TMD，使其在現(xiàn)有TMD的功能定位下克服現(xiàn)有TMD的缺點(diǎn)，提高使用穩(wěn)定性、延長使用壽命、方便阻尼調(diào)節(jié)，簡化制作工藝和成本，無疑將擁有廣闊的市場(chǎng)前景，同時(shí)也有利于綠色建筑的推廣和實(shí)現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本實(shí)用新型提出了一種電磁調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，通過傳動(dòng)裝置將質(zhì)量塊振動(dòng)轉(zhuǎn)化為電磁元件中的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)，通過電磁原件提供的電磁阻尼取代現(xiàn)有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器中的粘滯性液體阻尼器，克服了現(xiàn)有調(diào)諧質(zhì)量阻尼器使用壽命短，穩(wěn)定性不足的缺點(diǎn)。通過調(diào)節(jié)外電路的負(fù)載電阻，可以方便調(diào)節(jié)電磁阻尼的大小，且調(diào)節(jié)范圍較粘滯阻尼器更大。所形成的電磁回路還可以通過轉(zhuǎn)換電路對(duì)超級(jí)電容進(jìn)行充電，作為外接負(fù)載的可持續(xù)性電源。

本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為：

該阻尼器由工字型支座、質(zhì)量塊、彈簧、傳動(dòng)系統(tǒng)、永磁鐵、線圈以及能量采集電路組成。所述質(zhì)量塊設(shè)置在工字型支座的上方，兩者間通過若干根彈簧連接；永磁鐵的陰極和陽極分別固定于工字型支座的兩個(gè)翼緣外側(cè)；所述傳動(dòng)系統(tǒng)對(duì)稱設(shè)置在工字型支座的兩側(cè)，由齒條、軸承、大直徑的雙層平齒輪和若干個(gè)小直徑的單層齒輪組成；其中，兩根齒條分別與質(zhì)量塊的兩側(cè)固結(jié)，并分別與各自所在一側(cè)的雙層平齒輪的內(nèi)輪相嚙合，若干個(gè)單層齒輪相互串聯(lián)并與雙層平齒輪的外輪嚙合；兩側(cè)的雙層平齒輪和單層齒輪通過軸承連接到工字型支座的腹板區(qū)域；所述線圈與單層齒輪之間固結(jié)，位于永磁鐵的兩磁極之間，隨齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，且線圈與能量采集電路相連。

所述能量采集電路由一個(gè)可變電阻、一個(gè)普通電容、一個(gè)電感指示開關(guān)、四個(gè)二極管、一個(gè)超級(jí)電容和外接用電器構(gòu)成。

所述每套傳動(dòng)系統(tǒng)中，單層齒輪為4個(gè)，按每側(cè)兩個(gè)分居雙層平齒輪的兩側(cè)。

該電磁調(diào)諧質(zhì)量阻尼器通過C字型鋼板安裝于橋梁底板的正下方，C字型鋼板的下翼緣與工字型支座鉚接，上翼緣鉚接于橋梁底板。

本實(shí)用新型金屬阻尼器具有如下優(yōu)點(diǎn)：

（1）使用壽命長，穩(wěn)定性高。本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有調(diào)諧阻尼器中粘滯性阻尼器穩(wěn)定性差容易發(fā)生滲漏的弊端，不需要進(jìn)行頻繁的檢修和維護(hù)，提高了調(diào)諧阻尼器的使用壽命和穩(wěn)定性，從而降低了成本，提升了其實(shí)際工程應(yīng)用價(jià)值。