專利名稱：電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器的制作方法
電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器技術領域
本發(fā)明屬于土木工程結構振動控制領域，具體涉及到一種采用懸臂梁與電渦流分 別作為剛度與阻尼元件的大噸位水平調諧質量阻尼器，適用于大型工程結構如大跨度人行 橋的水平振動控制。
背景技術：
隨著輕質高強材料使用的增多和對結構美學要求的提高，現(xiàn)代人行橋變得越來越 輕柔，且具有極小的結構固有阻尼比。近年來，一些人行橋發(fā)生了由行人激起的大幅度橫向 振動，嚴重影響到行人的舒適性和橋梁的耐久性。雖然目前對人行橋的橫向振動機理仍處 于探索階段，但工程界已摸索出有效的應對措施，即通過提高結構的等效模態(tài)阻尼比來抑 制人行橋的振動。具體措施有吸能減振如調諧質量阻尼器(TMD)，或耗能減振如附加粘滯 阻尼器。由于粘滯阻尼器必須安裝在結構內部具有較大相對位移的位置，在實際應用時有 一定的局限性，因此TMD在大跨度人行橋的減振設計中得到了更為廣泛的應用。
調諧質量阻尼器(TMD)主要由質量塊，調諧頻率的彈性元件，耗散結構振動能量 的阻尼元件三大組件構成。彈性元件主要有螺旋彈簧、擺與懸臂梁等方式。采用螺旋彈簧作 為彈性元件的優(yōu)勢是剛度比較容易設計與調整，且所需空間小，比較適合豎向TMD采用。水 平TMD若采用螺旋彈簧，則需額外的支承和精確的導向結構，否者會產生較大的摩擦阻尼， 降低TMD在小振幅下的減振效果與啟動速度。擺式結構的擺長與振動頻率成反比，低頻時 需要較大的空間，也可設計成結構復雜的復擺，高頻時則振幅不能過大。懸臂梁式所需空間 適當，本身兼?zhèn)鋵蚝椭С泄δ?，但是設計不當?shù)膽冶哿簳诠潭ǘ水a生應力集中，在TMD 長期工作中，有可能發(fā)生疲勞損傷。至于阻尼元件，小型TMD的阻尼構件一般采用橡膠，大 型TMD則采用附加的液體粘滯阻尼器等。但是橡膠材料存在老化和剛度與阻尼不易分離的 缺點，粘滯阻尼器存在漏油和不易養(yǎng)護等問題。
研究表明，對于設定的質量比(即TMD子結構的質量與結構質量的比值)，基于定 義的優(yōu)化準則(一般取主結構的某種響應最小化或附加模態(tài)阻尼比的最大化)，TMD均存 在一個最優(yōu)的阻尼比。TMD的阻尼比如果相對最優(yōu)值稍微增大，不會嚴重影響減振效果，并 且還可以有效減小TMD的沖程，避免與限位裝置的頻繁碰撞。因此，如果TMD的阻尼系數(shù)也 能夠較容易地調節(jié)，將有助于提高TMD的整體控制效果與耐久性。但是，目前已有的大噸位 TMD采用的阻尼元件多為小孔節(jié)流式或液壓活塞式粘滯阻尼器，阻尼器一旦加工制作完畢， 阻尼系數(shù)基本是一定值，很難進行后期調整。
相對阻尼參數(shù)，TMD的頻率調諧精度對振動控制效果影響更大。一方面結構的理 論計算頻率與實測值會有所偏差，另一方面結構的活載也會發(fā)生不斷變化，也就是說結構 的模態(tài)參數(shù)存在一定的不確定性，因此要求TMD的頻率在安裝及運營工程中，能夠進行一 定的微調，目前已有技術大都通過調整質量或更換彈簧的方式實現(xiàn)。發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是，針對現(xiàn)有大噸位調諧質量阻尼器存在的頻率與阻尼 參數(shù)不易調節(jié)的問題，提供一種電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器， 為剛度與阻尼可調式調諧質量阻尼器(TMD)，并能使調諧質量阻尼器系統(tǒng)的剛度與阻尼實 現(xiàn)完全分離，通過懸臂梁的等強度設計保證彈性元件的疲勞壽命。
本發(fā)明的技術方案是，所述電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼 器包括由兩側支柱和橫梁組成的等強度懸臂梁，橫梁兩端分別同該兩側支柱對應連接，兩 側支柱底端固定在基座上；其結構特點是，質量塊的上端同橫梁連接，該質量塊的下端裝有 矩形永磁體；質量塊下部一側設有經支承件固定安裝在基座上的銅板，且該銅板同所述矩 形永磁體之間留有間隙。
以下對本發(fā)明做出進一步說明。
進一步地，在所述橫梁兩端與對應的兩側支柱之間設有橫梁高度調節(jié)機構；橫梁 高度調節(jié)是指橫梁相對基座的距離調節(jié)，亦即橫梁相對地面的距離調節(jié)，它是通過調節(jié)橫 梁端部在支柱上的位置來實現(xiàn)的。
本發(fā)明中，通過橫梁高度調節(jié)機構調節(jié)橫梁高度，即調節(jié)質量塊的高度，實現(xiàn)調諧 質量阻尼器(TMD)頻率的微調；調諧質量阻尼器(TMD)的阻尼由電渦流阻尼器提供，通過調 節(jié)矩形永磁體與銅板之間的間隙可以方便地調節(jié)調諧質量阻尼器(TMD)阻尼比的大小，并 實現(xiàn)阻尼的連續(xù)可調；從而有效解決了常規(guī)TMD采用粘滯阻尼器出現(xiàn)的漏油失效與阻尼參 數(shù)難以調節(jié)且對頻率有干擾的問題。
本發(fā)明中，由相互之間不接觸的矩形永磁體和銅板構成電渦流阻尼機構，耐久性 與可靠性高，通過變化矩形永磁體與銅板之間的距離可以實現(xiàn)電渦流阻尼的連續(xù)調節(jié)。
所述懸臂梁按等強度設計，解決了彈性元件的疲勞問題，且通過橫梁高度調節(jié)機 構可以調節(jié)有效懸臂梁長度(即剛度)，實現(xiàn)調諧質量阻尼器(TMD)頻率的微調。
本發(fā)明適用于大型工程結構如大跨度人行橋的橫向振動控制，它同現(xiàn)有技術相比 具有以下優(yōu)點
1、本發(fā)明的調諧質量阻尼器彈性元件采用等強度懸臂梁，不僅避免了等截面懸臂 梁存在的應力集中現(xiàn)象，而且本身兼?zhèn)渲С泻蛯蚬δ?，簡化了結構和制造工藝，提高了調 諧質量阻尼器(TMD)有效質量與總質量的比值；
2、本發(fā)明的調諧質量阻尼器可以通過調節(jié)懸臂梁等效長度進行所述調諧質量阻 尼器(TMD)頻率的調節(jié)；
3、本發(fā)明的調諧質量阻尼器構造的電渦流阻尼機構實現(xiàn)了調諧質量阻尼器剛度 與阻尼的完全分離，調節(jié)阻尼比時不會產生調諧質量阻尼器的附加剛度；
4、本發(fā)明的調諧質量阻尼器可以通過改變永磁體與銅板之間的間距，很容易地實 現(xiàn)所述調諧質量阻尼器阻尼參數(shù)的調節(jié)；
5、本發(fā)明的調諧質量阻尼器采用的電渦流阻尼還有以下優(yōu)點不與結構直接接 觸，無任何摩擦阻尼，基本不需任何后期維護；內無流體，無需密封件，不會出現(xiàn)任何漏液； 不受溫度等環(huán)境因素影響。


圖1是本發(fā)明一種實施例的結構示意圖。在圖中
1-質量塊，2-長螺桿，3-帶座滾珠軸承，
4-螺栓，5-螺栓，6-支承點調節(jié)螺桿，
7-支柱，8-螺釘，9-矩形永磁體，
10-立桿，11-鋼板，12-銅板，
13-螺栓，14-基座，15-角鋼，
16-螺栓，17-螺栓，18-橫梁。
具體實施方式
如圖1所示，本發(fā)明的大噸位水平懸臂式電渦流調諧質量阻尼器包括由兩側支柱 7和橫梁18組成的等強度懸臂梁，橫梁18兩端分別同該兩側支柱7對應連接，兩側支柱7 底端固定在基座14上；其結構特點是，質量塊1的上端同橫梁18連接，該質量塊1的下端 裝有矩形永磁體9 ；質量塊1下部一側設有經支承件固定安裝在基座14上的銅板12，且該 銅板12同所述矩形永磁體9之間留有間隙。
所述基座14采用槽鋼制作。
如圖1，所述橫梁高度調節(jié)機構的一種組成是，橫梁18端部裝在帶座滾珠軸承3 上，該帶座滾珠軸承3的座裝在支柱上，通過橫梁支承點高度調節(jié)螺桿6，就可調節(jié)帶座滾 珠軸承3在支柱7上的安裝位置，即調節(jié)懸臂梁的等效長度，從而實現(xiàn)所述TMD頻率的微 調。所述橫梁高度調節(jié)機構還可采用現(xiàn)有技術的各種機械調節(jié)機構。
所述質量塊1由若干標準薄鋼板通過螺栓串接，組成鋼制質量塊。
所述銅板12的支承件由立桿10和裝在該立桿10上的鋼板11組成，銅板12固定 在鋼板11上。
本發(fā)明的工作過程是，當與所述基座(TMD槽鋼基座)14相連的結構發(fā)生水平振動 時，通過帶座滾珠軸承3固定在橫梁7上的質量塊1隨之運動，通過長螺桿2串接的質量塊 1帶動與之相連的矩形永磁體9同時運動，從而會在通過立桿10與鋼板11固定不動的銅 板12中產生抑制質量塊1相對運動的電渦流效應，形成TMD耗能所需的阻尼，并且可以通 過變化銅板12與矩形永磁體9的間隙，實現(xiàn)TMD電渦流阻尼大小的調節(jié)。
針對我國某大跨度人行橋的橫向振動控制，試制了本發(fā)明的TMD樣機，質量塊含 永磁體重0.6噸。自由振動試驗表明當不加銅板，即沒有電渦流形成時，懸臂質量系統(tǒng)本 身的阻尼比在0. 5%以下；加設兩塊銅板后，當銅板與永磁體間距3mm時，TMD的阻尼比可達 16% ；當銅板從3mm間距逐漸遠離永磁體時，TMD的阻尼比逐漸降低，間距大于km以后，阻 尼比下降到以下；TMD的橫梁安裝高度在1. 4m-1. 5m變化時，頻率在IHz-O. 9Hz變化。
權利要求
1.一種電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器，包括由兩側支柱(7) 和橫梁(18)組成的等強度懸臂梁，橫梁(18)兩端分別同該兩側支柱(7)對應連接，兩側支 柱(7)底端固定在基座(14)上；其特征是，質量塊(1)的上端同橫梁(18)連接，該質量塊 (1)的下端裝有矩形永磁體(9)；質量塊(1)下部一側設有經支承件固定安裝在基座(14) 上的銅板(12)，且該銅板(12)同所述矩形永磁體(9)之間留有間隙。
2.根據(jù)權利要求1所述電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器，其特 征是，所述質量塊(1)由若干標準薄鋼板通過螺栓串接組成。
3.根據(jù)權利要求1所述電渦流阻尼調節(jié)的大噸位懸臂梁式水平調諧質量阻尼器，其特 征是，所述銅板(1 的支承件由立桿(10)和裝在該立桿(10)上的鋼板(11)組成，銅板 (12)固定在鋼板(11)上。
全文摘要
本發(fā)明為一種用于大型工程結構如大跨度人行橋的水平振動吸能減振裝置，屬于土木工程結構振動控制領域，包括由兩側支柱和橫梁組成的等強度懸臂梁，橫梁兩端分別同該兩側支柱對應連接，兩側支柱底端固定在基座上；其特征是，質量塊的上端同橫梁連接，該質量塊的下端裝有矩形永磁體；質量塊下部一側設有經支承件固定安裝在基座上的銅板，且該銅板同所述矩形永磁體之間留有間隙。它能使調諧質量阻尼器系統(tǒng)的剛度與阻尼實現(xiàn)完全分離，可以很容易地通過調節(jié)永磁體與銅板之間的間隙實現(xiàn)TMD的阻尼比在較大范圍內連續(xù)可調，有效解決了常規(guī)TMD出現(xiàn)的漏油失效與阻尼參數(shù)難以調節(jié)且對頻率有干擾的問題。
文檔編號E04B1/98GK102031751SQ20101060218
公開日2011年4月27日 申請日期2010年12月23日 優(yōu)先權日2010年12月23日
發(fā)明者王建輝, 陳政清 申請人:湖南大學