[發明專利]一種超低頻調諧質量阻尼器及其參數設計方法

有效

• 申請號: 202110654882.3
• 申請日: 2021-06-11
• 公開（公告）號: CN113356385B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 吳肖波;汪正興;王波;荊國強;王翔;李東超;馬長飛;尹琪;劉鵬飛;趙龍;湯李;蔡欣;肖龍;李力;戴青年
• 申請（專利權）人: 中鐵大橋局集團有限公司;中鐵大橋科學研究院有限公司
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02;E01D19/00
• 代理公司: 武漢智權專利代理事務所(特殊普通合伙) 42225
• 代理人: 何偉

本發明涉及減振技術領域，具體涉及一種超低頻調諧質量阻尼器及其參數設計方法。該阻尼器包括：質量塊、彈簧組和至少一阻尼元件。其中，彈簧組的一端與待減振結構連接，另一端與質量塊連接，為質量塊提供彈力；每一阻尼元件與質量塊連接，用于為質量塊提供阻尼和與彈力相同方向的力。該參數設計方法包括以下步驟：根據待減振結構的控制目標確定質量塊的質量和阻尼器的控制頻率；根據質量塊的振幅和允許安裝空間確定彈簧組的靜力變形量；根據質量塊的質量、阻尼器的控制頻率和彈簧組的靜力變形量，確定阻尼元件提供的力。能夠解決現有技術中超低頻TMD彈簧靜伸長，以及克服彈簧靜伸長量過大的問題。

技術領域

本發明涉及減振技術領域，具體涉及一種超低頻調諧質量阻尼器及其參數設計方法。

背景技術

近些年來，隨著高強輕質材料的使用、新工藝的出現和建造技術的提升，超大跨度橋梁和超高層建筑結構層出不窮，但此類結構體系輕柔纖細、阻尼小、自振頻率低的特點也越來越明顯，在脈動風、人、車輛和地震等荷載作用下，易發生各種形式的振動，這些振動不僅會引起人員不適、結構搖晃、結構疲勞等問題，甚至會造成惡劣的社會負面影響，如2020年陸續出現的鸚鵡洲長江大橋和虎門大橋渦激振動現象，振動頻率均低于0.4Hz，已經屬于超低頻振動的范疇。

調諧質量阻尼器(TMD)主要包括彈簧、質量、阻尼三大構件，在橋梁結構和高層建筑結構中廣泛應用，對于結構振動有非常明顯的抑制作用。但常規TMD用于超低頻減振時，難以處理彈簧的低剛度和平衡質量塊重力的矛盾。若直接純依靠彈簧彈性力平衡質量塊重力，則其彈簧的靜力伸長量為：式中，δ為彈簧靜力伸長量(單位為m)，m為質量塊質量(單位為kg)，k 為彈簧剛度(單位為N/m)，g為重力加速度(單位：m/s2)，f為阻尼器頻率(單位為Hz)。從上述公式可以看出，彈簧的靜力伸長量δ與頻率f的平方成反比，隨著頻率的降低，彈簧靜力伸長量會迅速增大，減振器所占空間也會迅速增大，而為達到如此大的伸長量，同時保證彈簧鋼絲應力滿足設計規范要求，彈簧鋼絲的直徑和總長也會迅速增大，從而導致其質量迅速增大。計算可知，常規TMD達到0.3Hz 和0.1Hz所需彈簧伸長量分別為2.76m和24.82m，在活動質量自重不變的前提下，頻率越小，彈簧的剛度越小，為了抵抗自重，只能通過大變形量來實現，而對于實際的橋梁結構而言，其主梁允許阻尼器的凈空位置約在2～3m以內。因此對于超低頻阻尼器而言，按照常規方案，彈簧是無法設計的，故使超低頻阻尼器僅停留在概念階段，無法滿足使用要求。

發明內容

針對現有技術中存在的缺陷，本發明的目的在于提供一種超低頻調諧質量阻尼器及其參數設計方法，能夠解決現有技術中超低頻 TMD彈簧靜伸長，以及克服彈簧靜伸長量過大的問題。

為達到以上目的，本發明采取的技術方案是：

一方面，本發明提供一種超低頻調諧質量阻尼器，其特征在于，包括：

質量塊；

彈簧組，其一端與待減振結構連接，另一端與所述質量塊連接，為所述質量塊提供彈力；

至少一阻尼元，每一所述阻尼元件均與所述質量塊連接，用于為所述質量塊提供阻尼和與所述彈力相同方向的力。

一些可選的方案中，每一所述阻尼元件包括：

儲液箱，其用于儲存阻尼液；

浮力塊，其設于所述儲液箱內，并可浸泡在所述阻尼液中提供浮力；

傳力桿，其一端與所述質量塊連接，另一端與所述浮力塊，用于傳遞所述浮力至所述質量塊，且所述浮力和彈力作用至所述質量塊的方向相同。

一些可選的方案中，當所述超低頻調諧質量阻尼器設于所述待減振結構下方時：

所述阻尼元件設于所述待減振結構下方，并位于所述質量塊上方；

或者包括至少兩組阻尼元件，并周向間隔設置在所述質量塊的外側。