[發明專利]具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置及其安裝

有效

• 申請號: 202210588648.X
• 申請日: 2022-05-26
• 公開（公告）號: CN115045942B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 陳林;孫利民;鄒易清;侯寧;覃磊;黃志權
• 申請（專利權）人: 同濟大學;柳州歐維姆機械股份有限公司
• 主分類號: F16F7/08
• 分類號: F16F7/08
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 褚明偉

本發明涉及結構工程技術領域，尤其是涉及具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置及其安裝。本發明中，當大跨結構發生振動時，振動通過第二連桿傳遞給第一連桿，第一連桿繞滑塊鉸耳轉動，預壓縮彈簧的預壓力在振動方向產生一個推力分量產生負剛度效果，同時第一連桿另一端摩擦塊相對摩擦板發生滑動，產生一個阻尼力；通過設計調整第二連桿連接點距離滑塊鉸耳的距離和第一連桿的長度比，實現負剛度效果和摩擦力的放大。利用本發明的具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置，可以提升對柔性結構多階模態振動的阻尼，抑制風等作用下的結構振動。

技術領域

本發明涉及結構工程技術領域，尤其是涉及具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置及其安裝。

背景技術

隨著土木和交通工程的發展，大跨空間結構、高聳桅桿結構和超大跨橋梁結構具有重大建設和運維需求。這些結構基頻低、頻率分布密集、自身阻尼低，容易在風、地震等激勵下出現大幅、持續時間長、多種模態的振動，威脅結構的適用性和長期安全性。亟需研究此類結構的振動控制方法。

結構振動控制主要采用氣動措施和增加機械措施。氣動措施主要包括優化結構斷面形狀，例如采用壓坑、繞螺旋線等方式處理拉/吊索表面，破壞水線、渦旋等的形成減小氣動激振力，對于橋梁主梁斷面，常采用增加導流板、抑制板、分離斷面等方式。隨著結構風工程的發展，已經充分發展出多種氣動措施，但是由于這類措施對結構外形、阻尼等動力參數敏感，在結構長期運營中，由于粉塵、冰雪覆蓋等原因導致的結構外形改變也可能導致氣動措施失效甚至誘發其他機理的振動。

結構工程實踐中越來越多地在氣動措施的基礎上采用機械措施提升結構阻尼，實現對多種振動的穩定抑制。因而，機械裝置能夠提升的阻尼值以及覆蓋的振動模態區間是減振的關鍵。多種類型的阻尼器已經在結構減振、隔震中得到應用，包括粘滯阻尼器、粘性剪切阻尼器、摩擦型阻尼器、高阻尼橡膠阻尼器和電渦流阻尼器等。各種阻尼器均有自身的特點，例如粘滯阻尼器對于單階振動的阻尼提升效果好，但是由于不同模態對應的最優阻尼器系數不同，起對多階模態的阻尼提升效果受到限制。摩擦型阻尼器對多階模態能達到的阻尼效果相當，但是其效果與拉索振動幅值相關，例如當結構振幅低于一定值時，摩擦面不發生滑動時，其完全失去阻尼減振效果。同時由于阻尼器安裝位置的限制，其在結構振動中的變形有限，因而提升的阻尼上限低，常不能滿足減振需求。

工程結構的多模態振動控制仍是亟需解決的難題，摩擦阻尼器在工程實踐中有所應用，但是存在由于安裝位置限制導致阻尼效率不高的問題，因此不適應于超長索和超大跨結構，尚缺乏有效實用的摩擦阻尼器效果增強技術。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置及其安裝，為拉/吊索等細長大跨結構提供一種創新高效方案。本發明的一種具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置，利用預壓縮彈簧和第一連桿同時產生負剛度效應和摩擦面的法向力，同時利用第二連桿在第一連桿上的安裝位置調整力臂實現負剛度效應和摩擦力的同時放大。具體而言，當大跨結構發生振動時，振動通過第二連桿傳遞給第一連桿，第一連桿繞滑塊鉸耳轉動，預壓縮彈簧的預壓力在振動方向產生一個推力分量產生負剛度效果，同時第一連桿另一端摩擦塊相對摩擦板發生滑動，產生一個阻尼力；通過設計調整第二連桿連接點距離滑塊鉸耳的距離和第一連桿的長度比，實現負剛度效果和摩擦力的放大。利用本發明的具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置，可以提升對柔性結構多階模態振動的阻尼，抑制風等作用下的結構振動。

本發明的目的可以通過以下技術方案來實現：

本發明的第一個目的是提供一種具有力放大機制和負剛度效應的摩擦型減振裝置，固定于大跨結構和支架上，包括彈簧導管、調節螺栓、彈簧、底板、滑塊、第一連桿、摩擦塊、端板、第二連桿；

所述第二連桿與大跨結構相連接；所述彈簧導管一端與支架連接，另一端與底板相連接；

所述第二連桿遠離大跨結構的端部與第一連桿的中部活動連接，且靜止狀態下第一連桿和第二連桿垂直；