[發明專利]三向非線性混合耗能自復位阻尼器

在審

• 申請號: 201810370638.2
• 申請日: 2018-04-24
• 公開（公告）號: CN108442552A
• 公開（公告）日: 2018-08-24
• 發明（設計）人: 魯正;馬乃寅;馬晨智
• 申請（專利權）人: 同濟大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

本發明涉及一種三向非線性混合耗能自復位阻尼器，包括阻尼器腔體、顆粒群、緩沖材料、粘滯液體、變剛度彈簧和固定結構。阻尼器腔體為內外兩個長方體空腔，內腔體內部鋪有一層顆粒群，并在內壁粘貼有緩沖材料。內腔體外壁和外腔體內壁通過變剛度彈簧相連，并在內外腔體之間填充粘滯液體。外腔體底部均勻布置四根變剛度彈簧與基本結構相連，水平方向通過正交布置的兩根變剛度彈簧與固定結構相連。通過合理設置各形狀記憶合金制成的非線性變剛度彈簧的剛度，在風/地震等作用下該阻尼器可以在水平和豎直的三個方向上提供不同的剛度以調諧結構的頻率，并通過粘滯耗能、彈簧耗能和顆粒群的摩擦、碰撞等多種方式耗散結構的振動能量。

技術領域

本發明涉及一種三向非線性混合耗能自復位阻尼器，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）以其對原結構改動小、施工簡單、減振效果顯著等特點受到廣泛重視，并在國內外土木工程結構中得到廣泛的應用。但調諧質量阻尼器只能在特定的頻帶范圍內具有一定的減振效果，對于偏離此頻帶的頻率減振效果不佳，而且具有附加的耗能阻尼器造價昂貴的缺點。同時，附加質量塊與主體結構通過懸吊或者滑動支座的方式相連，只能在水平方向上提供相同的自振頻率，而土木結構在風和/或地震作用下在水平和豎直方向上具有不同的振動特性。

形狀記憶合金（SMA）由于其超彈性具有較強的自復位能力和抗疲勞、較高的抗拉強度等特性，目前在各領域的應用均廣獲好評。

發明內容

為了解決傳統調諧質量阻尼器減振頻帶窄，設置耗能阻尼器價格昂貴的問題，以及傳統調諧質量阻尼器只能在水平方向上提供某一特定的調諧頻率的問題，本發明的目的在于提出一種三向非線性混合耗能自復位阻尼器，該裝置通過在質量塊上設置空腔，依靠放入的顆粒群內部及與阻尼器空腔的碰撞、內外腔體之間粘滯液體和形狀記憶合金彈簧提供阻尼，可以顯著降低阻尼器的造價。同時，根據基本結構在水平和豎直方向的振動特性布置多級非線性變剛度SMA彈簧，使得阻尼器可以在水平和豎直的三個方向上提供不同的調諧頻率，當基本結構的振動頻率與彈簧設置的頻率相同時，可通過共振的方式將主體結構的能量傳遞至阻尼器腔體，引起其中內腔體與粘滯液體的相對運動、SMA彈簧的拉壓變形和顆粒群內部及顆粒群與內腔體發生碰撞，導致阻尼器振動特性發生變化，且阻尼器的振動將不會傳遞到主體結構，從而實現振動能量由主體結構到阻尼器的單向傳遞，實現能量的高效傳遞和耗散。同時，彈簧的變剛度可以俘獲主體結構高階的振動能量，通過阻尼器與主體結構共振傳遞，可迅速降低主體結構的振動，實現靶能量傳遞，達到高效耗能的目的，具有重大的工程意義和廣泛的應用前景。

為了實現上述目的，本發明采取如下技術方案。

本發明提出的一種三向非線性混合耗能自復位阻尼器，包括：阻尼器外腔體1、阻尼器內腔體2、緩沖材料3、顆粒群4、一級水平彈簧5、二級水平彈簧6、一級豎向彈簧7、二級豎向彈簧8、固定結構9和粘滯液體10，其中：阻尼器腔體為長方體空腔，阻尼器內腔體2位于阻尼器外腔體1內，阻尼器內腔體2內部平鋪一層顆粒群4，內腔體2內壁及頂部和底部粘貼有緩沖材料3；阻尼器內腔體2外壁四周和阻尼器外腔體1內壁四周通過水平方向正交布置的四根二級水平彈簧6相連，阻尼器內腔體2外壁底部和阻尼器外腔體1底部上方通過均勻布置的四根二級豎向彈簧8相連，且阻尼器外腔體1和阻尼器內腔體2之間填充粘滯液體10；阻尼器外腔體1底部均勻布置四根一級豎向彈簧7與基本結構相連，阻尼器外腔體1四外壁水平方向通過正交布置的兩根一級水平彈簧5與固定結構9相連，固定結構9固定于基本結構上，且具有較大的側向剛度。