[發(fā)明專利]一種適用于大跨空間結構的壓電變摩擦阻尼系統(tǒng)

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• 申請日: 2021-11-01
• 公開（公告）號: CN113958005A
• 公開（公告）日: 2022-01-21
• 發(fā)明（設計）人: 蘆燕;羅奇星;韓慶華;劉銘劼;王力晨
• 申請（專利權）人: 天津大學
• 主分類號: E04B1/342
• 分類號: E04B1/342;E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 天津市北洋有限責任專利代理事務所 12201
• 代理人: 王蒙蒙

本發(fā)明公開了一種適用于大跨空間結構的壓電變摩擦阻尼系統(tǒng)，阻尼系統(tǒng)包括阻尼器，阻尼器包括阻尼器外殼、阻尼器蓋板、阻尼器活塞、壓電堆、摩擦片、彈簧擋板和彈簧；阻尼器活塞包括套筒和活塞桿，套筒的底面與阻尼器外殼的底面相接觸組成第一摩擦副，阻尼器通過阻尼器外殼和活塞桿連接在結構桿件中；壓電堆設置在套筒內；摩擦片設置在壓電堆和阻尼器蓋板之間，摩擦片與阻尼器蓋板相接觸組成第二摩擦副；套筒左、右側壁的外部分別設置有彈簧擋板，每個彈簧擋板與阻尼器外殼之間設置有彈簧。本發(fā)明通過調節(jié)壓電堆表面電壓，使得壓電堆沿上下表面法向伸長或縮短，改變摩擦副法向壓力，從而改變阻尼器的摩擦力，實現(xiàn)大跨空間結構振動響應的有效抑制。

技術領域

本發(fā)明涉及大跨空間結構振動控制技術，特別涉及一種適用于網架、網殼、鋼管桁架結構及張弦梁結構等大跨空間結構的壓電變摩擦阻尼系統(tǒng)。

背景技術

大跨空間結構多應用于人員密集的公共建筑，結構在強震、大風、暴雨等振動激勵作用下的結構動力響應強烈，已嚴重影響了大跨空間結構的發(fā)展。控制結構在振動激勵下的動力響應，提高結構在強震、大風、暴雨等災害下的抗災能力，是目前大跨空間結構亟待解決的問題。

傳統(tǒng)的抗震方法以“抗”為主，通過提高結構的強度和剛度抵抗災害振動，依靠結構自身的耗能能力消耗災害作用的能量，在較強的振動激勵下容易導致結構產生損傷或發(fā)生破壞。基于阻尼器的結構振動控制技術，利用阻尼器消耗環(huán)境振動輸入結構的能量，結合振動控制算法，能有效抑制結構的振動響應。

摩擦阻尼器通過摩擦副滑動耗能，消耗環(huán)境振動激勵輸入結構的能量，增強結構的耗能能力，避免結構因振動產生損傷或發(fā)生破壞。摩擦阻尼器一般安裝于框架結構的側向支撐桿件，具有結構簡單、耗能能力強、易修復的優(yōu)點，既能為結構提供水平剛度，也能在水平振動激勵下提供較強的耗能能力。然而，豎向振動對大跨建筑結構的影響尤為顯著。要控制大跨空間結構的豎向振動響應，阻尼器必須克服原桿件在豎向靜力荷載下的軸力。如果摩擦阻尼器摩擦力較小，在正常使用下阻尼器滑動，影響結構正常使用；如果提高摩擦阻尼器摩擦力，會影響摩擦阻尼器的減振能力和復位能力。因此，如何克服原桿件在豎向靜力荷載下的軸力是影響摩擦阻尼器在大跨空間結構推廣應用的制約因素。

采用傳統(tǒng)的摩擦阻尼器進行結構振動控制屬于被動控制，對環(huán)境變化適應能力差。隨著結構振動控制領域的發(fā)展，主動振動控制技術、半主動振動控制技術逐漸成熟。其中，主動振動控制需要精確的結構數(shù)學模型、復雜的實時控制系統(tǒng)和龐大能量供給系統(tǒng)；半主動振動控制只需要外部輸入較小能量便可以調節(jié)結構的動力特性，實現(xiàn)結構的振動控制，具有一定的環(huán)境變化適應能力，克服了被動控制和主動控制的缺點。將半主動控制系統(tǒng)與適用于大跨空間結構的變摩擦阻尼器結合，能夠實現(xiàn)對大跨空間結構振動響應的有效控制。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有摩擦阻尼器的不足，提供一種適用于大跨空間結構的壓電變摩擦阻尼系統(tǒng)，根據振動控制算法調節(jié)壓電堆表面電壓，壓電堆沿上下表面法向伸長或縮短，改變摩擦副法向壓力，從而改變阻尼器的摩擦力，實現(xiàn)大跨空間結構振動響應的有效抑制。

本發(fā)明所采用的技術方案是：一種適用于大跨空間結構的壓電變摩擦阻尼系統(tǒng)，所述阻尼系統(tǒng)包括阻尼器，所述阻尼器包括：

阻尼器外殼，所述阻尼器外殼為由左側壁、右側壁、前側壁、后側壁和底面組成的頂面敞開的結構；

阻尼器蓋板，所述阻尼器蓋板連接在所述阻尼器外殼的頂面上；

阻尼器活塞，所述阻尼器活塞包括套筒和活塞桿，所述套筒為由左側壁、右側壁、前側壁、后側壁和底面組成的頂面敞開的結構，所述套筒設置在所述阻尼器外殼內，并且，所述套筒的底面與所述阻尼器外殼的底面相接觸組成第一摩擦副；所述活塞桿包括相對的第一端和第二端，所述活塞桿的第一端連接在所述套筒的右側壁上、第二端穿過所述阻尼器外殼的右側壁延伸至所述阻尼器外殼的外部；

壓電堆，所述壓電堆設置在所述套筒內；