[實(shí)用新型]一種多級(jí)混合型耗能減振裝置

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720707543.6
• 申請(qǐng)日: 2017-06-16
• 公開（公告）號(hào): CN206956965U
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 陳瑛;邵照宇;馮若愚;王丹
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 山東大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 濟(jì)南圣達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司37221
• 代理人: 趙敏玲

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及結(jié)構(gòu)工程振動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種減小高聳結(jié)構(gòu)地震、風(fēng)荷載作用下振動(dòng)響應(yīng)，具體地說是一種多級(jí)混合型耗能減振裝置。

背景技術(shù)

近年來，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中對(duì)各種高聳結(jié)構(gòu)（風(fēng)力發(fā)電機(jī)、輸電塔-線體系、通訊鐵塔、煙囪等）的需求日益增加。然而這種結(jié)構(gòu)高、柔性強(qiáng)、阻尼小、結(jié)構(gòu)輕等特征，對(duì)地震荷載、風(fēng)荷載等動(dòng)力荷載作用下非常敏感，振動(dòng)十分明顯，一旦失效或破壞將會(huì)對(duì)社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。強(qiáng)烈的振動(dòng)往往使得結(jié)構(gòu)無法維持正常使用；長(zhǎng)期在交變應(yīng)力作用下，容易使得結(jié)構(gòu)形成疲勞裂紋，影響使用壽命。因此減小高聳結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，確保高聳結(jié)構(gòu)的可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

簡(jiǎn)單來說，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是通過采取一定的控制措施以減輕或抑制結(jié)構(gòu)由于動(dòng)荷載引起的反應(yīng)。對(duì)于工程中的振動(dòng)問題，傳統(tǒng)的方法即利用構(gòu)件的承載能力和變形來消耗地震或風(fēng)的能量是不合理的，是一種資源的浪費(fèi)，目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者關(guān)于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制技術(shù)開展了大量的研究，取得了豐碩的成果，實(shí)際工程中取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益。現(xiàn)階段，人們已經(jīng)徹底將土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制理念加入到防震減災(zāi)的研究領(lǐng)域當(dāng)中，不同的控制系統(tǒng)有不同的控制方法，側(cè)重點(diǎn)也有所不同。振動(dòng)控制主要分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制、智能控制四個(gè)部分。被動(dòng)控制構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)較高，占據(jù)空間大，而且安裝完成后質(zhì)量塊的配置和彈簧的剛度不便調(diào)節(jié)，主動(dòng)控制效果顯著，但需要外部能量且控制器設(shè)置技術(shù)較高，應(yīng)用起來困難。混合控制具有主動(dòng)與被動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，振動(dòng)控制效果顯著。智能控制采用智能化的控制系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境主動(dòng)調(diào)節(jié)內(nèi)部參數(shù)，改變減振裝置特性從而迅速減小振動(dòng)。

地震或風(fēng)荷載作用時(shí)方向具有隨機(jī)性，且高聳結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載作用時(shí)的敏感性，需要針對(duì)高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方向的振動(dòng)控制，同時(shí)強(qiáng)震或強(qiáng)風(fēng)作用下需要能量能夠以多種方式快速耗散，進(jìn)而快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。根據(jù)TLMD、記憶合金、彈簧擺、電渦流等優(yōu)點(diǎn)，提出了一種多級(jí)混合型耗能減振裝置，該裝置能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的強(qiáng)烈實(shí)現(xiàn)不同方式的振動(dòng)控制，同時(shí)能量能夠通過電渦流，水體的晃動(dòng)，彈簧擺的碰撞達(dá)到能量的耗散，從而快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

實(shí)用新型內(nèi)容

針對(duì)實(shí)際工程中高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問題，提出一種多級(jí)混合型耗能減振裝置，該裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、減振效果明顯、適用范圍廣泛、對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)力高，能夠快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型技術(shù)方案如下：

多級(jí)混合型耗能減振裝置，包括質(zhì)量塊、擺箱和外箱體；所述的質(zhì)量塊通過豎直設(shè)置的彈簧安裝在外箱體的上方與外箱體相連，所述的擺箱通過連接裝置固定在質(zhì)量塊底部，擺箱與外箱體之間通過水平設(shè)置的彈簧連接；在所述的擺箱內(nèi)懸掛一個(gè)彈簧，所述的彈簧底部連接一個(gè)金屬擺球，在擺箱的頂部和底部固定有磁極相反的永久強(qiáng)磁鐵塊，所述的金屬擺球能夠在空間擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，進(jìn)而在金屬擺球內(nèi)部形成電渦流，感應(yīng)電渦流也會(huì)形成一個(gè)電磁場(chǎng)來阻礙擺球的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能耗散掉；在所述的外箱體內(nèi)部裝有水，形成TLD裝置；所述TLD裝置能夠在外力作用下發(fā)生晃動(dòng)，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)相反的慣性力，同時(shí)水能夠與擺箱、外箱體的碰撞耗散結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)多級(jí)有效地耗能減振。

進(jìn)一步的，所述的彈簧為鎳鈦形狀記憶合金彈簧，該彈簧自恢復(fù)能力強(qiáng)，阻尼大，能夠在振動(dòng)結(jié)束后恢復(fù)原來的狀態(tài)，同時(shí)提供阻尼力，達(dá)到了耗能的目的。

進(jìn)一步的，所述擺球?yàn)殡妼?dǎo)率較高的紫銅球，擺動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)中切割磁感線所產(chǎn)生的渦流大，能夠快速將結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，達(dá)到快速耗能的目的。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊上豎直的開有相對(duì)較大的矩形通孔，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量塊水平移動(dòng)時(shí)而不阻礙質(zhì)量塊的豎向的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)空間多維減振的目的。

進(jìn)一步的，所述的矩形通孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)限位桿，所述限位桿的底部固定在外箱體上；豎直設(shè)置的彈簧套裝在限位桿上。

進(jìn)一步的，所述TLD裝置外箱體為不銹鋼容器，做好防腐處理，同時(shí)液面的高度與容器的尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率選取，當(dāng)該裝置的振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)的主頻率達(dá)到一致時(shí)減振效果最佳。

進(jìn)一步的，彈簧擺擺球的重量，彈簧的長(zhǎng)度與剛度，根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率計(jì)算得到，當(dāng)振動(dòng)時(shí)彈簧擺與結(jié)構(gòu)共振時(shí)，減振效果最佳，同時(shí)擺球表面粘貼黏彈性材料，能夠在擺球與擺箱碰撞時(shí)達(dá)倒吸收能量的目的。

進(jìn)一步的，質(zhì)量塊、擺箱、彈簧擺的總質(zhì)量，記憶合金彈簧的剛度與長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)主頻率選取，當(dāng)振動(dòng)時(shí)與結(jié)構(gòu)達(dá)到共振時(shí)減振效果最佳。