[發明專利]一種結構電磁變阻尼主被動控制復合調諧控制裝置

有效

• 申請號: 201610056941.6
• 申請日: 2016-01-26
• 公開（公告）號: CN105696720B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 譚平;劉彥輝;周福霖;徐凱;龍耀球
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所11344
• 代理人: 馬麗麗,張瑞杰

技術領域

本發明涉及高層、超高層及高聳結構的抗風、抗震技術領域，具體涉及一種用于減小高層、超高層及高聳結構在風振或地震作用下的響應的結構電磁變阻尼主被動控制復合調諧控制裝置。

背景技術

近年來，隨著經濟的快速發展，世界各地興建了大量的高層建筑、電視塔、大跨度橋梁和空間結構等高聳、大跨建筑物，特別是城市的地標性建筑已經成為城市經濟實力的象征。由于新建結構越來越高，風致振動引起了人們的關注；而在地震頻發地區，超高柔結構的地震安全也是人們關心的問題。這些建筑多屬于長周期結構，在強風、地震等作用下，極易發生過大的變形。這種變形，一方面，會使人們感到不舒適；另一方面，也可能使結構處于非正常的工作狀態，或使結構產生局部破壞，甚至整體破壞。如何保證這些高層、超高層、高聳結構的地震作用下的安全性以及強風作用下的舒適性和安全性已經成為需要迫切解決的關鍵問題。大量的研究與工程實踐表明，結構控制技術可以有效地增加高聳結構的阻尼，減小高聳結構的風致振動和地震反應，提高結構的抗風抗震性能。因此，有必要采用先進可靠的減振技術，減輕風振和地震作用，提高高層、超高層和高聳結構的舒適度和抗震性能。

針對高層、超高層、高聳結構的減震控制在現有的結構減震控制技術中研究最多是調諧質量阻尼器(TMD)和主動控制質量阻尼器(AMD)，是近年來結構減震控制領域內的一個十分活躍的研究方向。但在，調諧質量阻尼器(TMD)和主動控制質量阻尼器(AMD)在控制系統設計、控制裝置實施、實時控制軟件以及在控制系統安全性等在工程應用方面存在以下問題：

首先，被動TMD控制系統對頻率比較敏感，只能控制結構某個振型的反應，而且由于TMD控制系統需要調諧到與被控結構振型反應共振的頻率，TMD控制系統的質量塊行程通常較大，實現比較困難，而且在超烈度地震或強風作用下，TMD存在超越行程的危險，影響整個系統的安全。AMD控制系統需要較大的外部能源，其控制力通常較大，在應用與超高層及高聳實際時，通常難以實現，且工程造價較高，另外，當失去外部能源時，控制系統將失效，不具有容錯的功能。

其次，被動TMD控制裝置方面，目前主要采用懸吊式TMD或支撐式TMD，當采用懸吊式TMD時，由于懸擺較長，且需要設置阻尼器，通常需要較大的空間才能實現；當采用支撐式TMD時，其彈性元件通常用彈簧提供剛度，需要彈簧的長度較大，造成支撐裝置的設計較大，引起控制裝置造價大幅上揚。在AMD控制裝置方面，控制系統絕大多數是依靠液壓驅動或者是伺服電機馬達驅動，液壓系統構造復雜、需要空間大、能源利用效率降低，需要定期換油、維護成本高，運行時噪音大等，這些問題在一定程度上限制了液壓驅動型AMD控制系統的應用；旋轉伺服電機雖然對液壓驅動作了一些改進，但由于它需要借助于機械傳動部件(滾珠絲杠)等中間環節，存在響應慢、難以獲得更高的加速度、控制精度低等問題，一直在實際工程中難以應用。

第三，由于高層、超高層和高聳結構對豎向重力荷載較為敏感，調諧質量阻尼器是要設置質量塊作用調諧質量阻尼器的質量，當在結構的上部設置調諧質量阻尼器時，需要在主結構上額外附加質量，從而造成對結構的受力不利，當設置不當時，有可能增加結構受力。同時，目前當采用支撐式TMD時，由于位置較高，為了節省平面控制，AMD高寬比也較大；高層、超高層和高聳結構為彎曲變形結構，彎曲變形引起建筑結構頂部傾斜；主動控制質量阻尼器設置在被動調諧質量塊上面時，水平驅動力作用到被動調諧質量塊的上頂面，在以上因素作用下，TMD有可能發生傾覆。

現有技術中存在的以上難題一直阻礙了TMD和AMD控制技術的工程應用，目前只在一些特殊的工程進行應用，且主要集中在日本、美國、澳大利亞等發達國家，我國在層、超高層、高聳結構中基本沒有應用AMD控制系統。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術的不足，提供一種結構電磁變阻尼主被動控制復合調諧控制裝置，具有造價低、主動質量阻尼器出力小、控制效果好、結構簡單、易于實施、穩定性好、安全性好、控制裝置所需空間和失效安全等優點，同時，結合高層、超高層及高聳結構自身的消防水箱作為調諧質量，從而不需要附加例如鉛球等作為調諧質量的物體，有利于大大降低調諧控制裝置的造價。

本發明通過以下技術方案實現該目的：