[發明專利]一種帶準零剛度特性的豎向調諧減震/振裝置

在審

• 申請號: 202210073756.3
• 申請日: 2022-01-21
• 公開（公告）號: CN114164958A
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發明（設計）人: 陳鵬;王斌;戴靠山
• 申請（專利權）人: 四川大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04H9/02
• 代理公司: 四川省成都市天策商標專利事務所(有限合伙) 51213
• 代理人: 劉堋

本發明公開一種帶準零剛度特性的豎向調諧減震/振裝置，包括外套筒、豎向準零剛度彈簧組、調諧質量構件、黏滯阻尼器以及加載限位棒；加載限位棒承載于豎向準零剛度彈簧組之上，豎向準零剛度彈簧組為加載限位棒提供非線性彈性回復力；黏滯阻尼器兩端分別與主體受控結構和加載限位棒相連，通過兩者相對變形吸收振動能量，減小主體受控結構的振動幅值；調諧質量構件連接在加載限位棒底端，并對豎向準零剛度彈簧組起支撐作用；外套筒位于加載限位棒和豎向準零剛度彈簧組的外層，外套筒上設置有與主體受控結構連接的連接部。本發明利用豎向準零剛度彈簧組的非線性剛度特性，提升裝置的控制帶寬范圍，實現結構樓板和豎向柔性結構的地震和振動雙控效果。

技術領域

本發明涉及地震災害防護和振動控制技術領域，尤其涉及一種帶準零剛度特性的豎向調諧減震/振裝置。

背景技術

地震是一種多維度的作用，其豎向震動分量對于建筑結構樓板有較大影響。由于樓板的自振周期遠遠小于結構的墻、柱等豎向構件，對豎向地震動有放大作用。樓板地震作用的放大，雖然不會對結構的地震損傷有決定性的影響，但研究表明，豎向震動是引起非結構構件，例如樓板裝修吊頂、通風管線和屋內電器家具等破壞的主要因素。隨著城市軌道交通的快速發展，越來越多的住宅修建于地鐵站或地鐵線路之上。軌道交通振動引起居住不適的問題越發顯著。此外，人行天橋、大跨度樓板等豎向柔性結構，人行導致豎向振動問題也尤為突出。

基于以上，設計提出一種針對建筑結構樓板和豎向柔性結構的地震、振動雙控的減震/振裝置，能切實解決工程中的實際問題。

調諧減振屬于一種被動的振動控制技術，調諧減振裝置通常由質量塊、彈簧和阻尼系統三部分組成。它通過將減振裝置的固有頻率設計至受控結構的主頻率附近，改變結構的共振動力特性，以達到減振的作用。調諧質量減振的理念提出至今已有100余年的歷史，在工程中得到了廣泛應用。在土木工程領域，調諧質量阻尼器(TMD)通常被應用在超高層建筑的風振控制，例如上海中心，臺北101大樓等。然而，調諧質量阻尼器具有有效頻率帶寬較窄，控制效果不穩定的缺點，使得其對于地震等激勵頻率范圍較廣的震動作用發揮的控制作用有限。故鮮有將TMD應用到地震控制的研究。

發明內容

本發明提供了一種帶準零剛度特性的豎向調諧減震/振裝置，以解決豎向地震動引起非結構構件損壞，以及豎向柔性結構環境振動控制的問題。本發明能夠針對豎向地震動和其他豎向振動輸入有著比傳統基于線性剛度的調諧減振裝置更優異的震/振動控制效果。

本發明采用的技術方案是：提供一種帶準零剛度特性的豎向調諧減震/振裝置，包括外套筒、豎向準零剛度彈簧組、調諧質量構件、黏滯阻尼器以及加載限位棒；

所述加載限位棒承載于豎向準零剛度彈簧組之上，豎向準零剛度彈簧組為加載限位棒提供非線性彈性回復力；

所述黏滯阻尼器兩端分別與主體受控結構和加載限位棒相連，通過兩者之間的相對變形吸收振動能量，實現吸收主體受控結構的振動能量；

所述調諧質量構件連接在所述加載限位棒的底端，并對豎向準零剛度彈簧組起支撐作用；在外部振動作用下由豎向準零剛度彈簧組的變形產生上下往復運動，帶動黏滯阻尼器產生相對變形耗能；

所述外套筒位于所述加載限位棒和豎向準零剛度彈簧組的外層，且所述外套筒上設置有與主體受控結構連接的連接部。

本發明采用了豎向準零剛度彈簧組作為TMD彈簧，由于其具有豎向準零剛度特性，在豎向提供非線性回復力。在靜態承受質量塊重力時，彈簧組提供較大的“靜剛度”，表現為彈簧的重力變形較小；而在受外部激勵做往復振動時，提供較小的“動剛度”，表現為減震/振裝置具有更寬的調諧頻率范圍，可對具有較廣頻譜范圍的地震動激勵有減震效果。

本發明采用黏滯阻尼器作為耗能裝置，通過豎向準零剛度彈簧組與主體受控結構之間的相對變形來耗散振動能量。