專利名稱：一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在結(jié)構(gòu)所有方向(水平各向、豎向以及扭轉(zhuǎn))均能進行調(diào)諧耗能減震的阻尼器，屬于結(jié)構(gòu)工程的抗震減震技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著人們生活水平的提高，人們對于建筑結(jié)構(gòu)的抗震要求也越來越高，同時人們也越來越注意生活在里面的舒適度。地震動是一種復(fù)雜的多維運動，地震來臨時地面各質(zhì)點的運動也是復(fù)雜多維的，而地震波也是各個方向復(fù)雜多樣的，地震的多維動力作用導(dǎo)致在地震作用下建筑物結(jié)構(gòu)的動力特性也是多維復(fù)雜的，包括建筑物結(jié)構(gòu)的水平各個方向運動、建筑物的上下不規(guī)則運動以及建筑物結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)等。今年來我國及世界各地強震頻頻發(fā)生，而我國及世界有些地區(qū)對于建筑物的抗震是遠遠不夠的，結(jié)果是造成人類的巨大損失?，F(xiàn)在人們研究的用于建筑物結(jié)構(gòu)的阻尼器更注重單個方向的抗震減震，例如水平單方向或兩個方向的質(zhì)量調(diào)諧阻尼器，以及顆粒阻尼器等等。然而這些單向或兩向阻尼器并不能滿足地震多維振動下建筑物結(jié)構(gòu)各個方向的動力減震抗震。一般的調(diào)諧系統(tǒng)只針對結(jié)構(gòu)在某一個方向的振動進行獨立的減振設(shè)計，多維振動控制尤其是豎向和扭轉(zhuǎn)振動控制效果不佳。此外，調(diào)諧系統(tǒng)的造價較昂貴，不利于廣泛應(yīng)用。所以開發(fā)研制全方位多維的調(diào)諧阻尼系統(tǒng)就變得更有工程實際意義。

發(fā)明內(nèi)容
為了改善目前阻尼器只是針對結(jié)構(gòu)在某一個方向的振動進行獨立的減振設(shè)計，多維振動控制尤其是豎向和扭轉(zhuǎn)振動控制效果不佳的特點和缺陷，本發(fā)明提出了一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，本阻尼器具有多維減震、制作簡單、布置方便靈活等特點。在地震作用下， 該阻尼器能夠?qū)崿F(xiàn)水平各個方向、豎直方向以及水平扭轉(zhuǎn)的耗能減震。為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案。本發(fā)明的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，其特征在于:包括:顆粒阻尼箱體1、顆粒阻尼2豎向隔振彈簧4、粘彈性材料5、鋼混支座6、第一球面形鋼板7、第二球面形鋼板8和滾輪9 ;底面為球面的圓柱體顆粒阻尼箱體I通過滾輪9與下部的第二球面形鋼板8連接；阻尼箱體I內(nèi)部有顆粒阻尼；2第二球面形鋼板8與其下部的第一球面形鋼板7之間通過豎向隔振彈簧4進行豎向連接；第一球面形鋼板7與最下部的鋼混支座6之間由粘彈性材料5進行連接。其中，第一球面形鋼板7的上下表面、第二球面形鋼板8的上下表面以及鋼混支座6上表面曲率相同。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，其特征在于:還包括限位彈簧3和擋板10 ;擋板10位于顆粒阻尼箱體I的外圍，限位彈簧3位于擋板10的內(nèi)側(cè)。阻尼器內(nèi)部滾輪之上的顆粒阻尼箱體及顆粒阻尼構(gòu)件作為水平向調(diào)諧進行減震耗能；豎向隔振彈簧之上的所有構(gòu)件作為豎向和搖擺向調(diào)諧質(zhì)量進行減震耗能；粘滯性材料鉛、鋼混支座和弧形鋼板所形成的轉(zhuǎn)動體系作為扭轉(zhuǎn)向調(diào)諧質(zhì)量進行減震耗能。從而最終實現(xiàn)阻尼器在所有方向內(nèi)的減震耗能功能。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，特征在于:所述的顆粒阻尼箱體、顆粒阻尼、滾輪和擋板構(gòu)成水平調(diào)諧，所述的顆粒阻尼的級配顆粒包含主體顆粒和細顆粒其中主體顆粒粒徑為50mm 100mm，材料為鋼珠，細顆粒粒徑為主體顆粒粒徑的1/200 1/10，材料為鐵粉、鉛粉、銅粉。顆粒阻尼在顆粒阻尼箱體內(nèi)，通過顆粒阻尼自身以及與顆粒阻尼箱體的相互碰撞，實現(xiàn)水平方向的減震耗能。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，特征在于:第二球面形鋼板上表面為光滑內(nèi)球面，滾輪位于顆粒阻尼箱體下部與球面形鋼板之間能靈活運動，實現(xiàn)顆粒阻尼箱體在球面形鋼板上來回靈活運動，保證在水平方向的減震功能。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，特征在于:擋板內(nèi)側(cè)的限位彈簧可以保證適當(dāng)減小擋板的剛度，保證在顆粒阻尼箱體在第二球面形鋼板上水平方向來回運動時不至于脫離弧形鋼板實現(xiàn)地震時水平方向減震。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，特征在于:所述的豎向隔振彈簧與球面形鋼板和球面形鋼板之間均為固結(jié)，具有足夠的剛度和強度，保證地震時豎向減震。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，其特征在于:第一球面形鋼板和鋼混支座之間通過環(huán)形的粘彈性材料的粘彈性以及粘彈性材料與第一球面形鋼板及鋼混支座的摩擦，確保提供阻尼器的水平抗扭轉(zhuǎn)功能。所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，特征在于:阻尼器底部的鋼混支座可焊接于樓頂，實現(xiàn)圓鍋式全向質(zhì)量減震阻尼器與樓房等建筑物固結(jié)，保證一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器進行全方位多維減震。本發(fā)明通過鋼混支座與建筑物結(jié)構(gòu)的固結(jié)使其成為建筑物的附屬結(jié)構(gòu)，改善原結(jié)構(gòu)的動力特性，實現(xiàn)在地震作用下能夠調(diào)諧結(jié)構(gòu)自振特性、轉(zhuǎn)移和耗散結(jié)構(gòu)本應(yīng)該承受的部分外部動能的功能。另外本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)的水平各個方向、豎直方向及水平抗扭轉(zhuǎn)的多維抗震減震。通過全面耗能，保證減少建筑物結(jié)構(gòu)的損傷。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:I)本發(fā)明中的調(diào)諧質(zhì)量可以在水平各向、豎向及扭轉(zhuǎn)均實現(xiàn)運動，從而轉(zhuǎn)移和耗散地震中結(jié)構(gòu)主體的動能，實現(xiàn)了全向減震的功能，能夠有效提高減振控制效果。2)本發(fā)明采用較為簡單靈活的層狀結(jié)構(gòu)便于安裝，另外，顆粒阻尼箱體在光滑的圓弧行面上運動靈活，更易于實現(xiàn)水平抗震耗能。3)本發(fā)明需要成本較低，就能實現(xiàn)建筑物結(jié)構(gòu)的全方位多個方向的多維抗震減震，工程實際意義較大。


圖1為本發(fā)明的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器正面示意圖；圖2為本發(fā)明的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器正剖面三維示意圖；圖3為本發(fā)明的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器的顆粒阻尼俯視示意
圖4為本發(fā)明的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器的豎向隔振彈簧所在的球面俯視示意圖；圖5為本發(fā)明的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器粘彈性材料所在球面俯視不意圖；圖中:1-顆粒阻尼箱體，2-顆粒阻尼，3-限位彈簧，4-豎向隔振彈簧，5-環(huán)形粘彈性材料，6-鋼混支座，7-第一球面形鋼板，8-第二球面形鋼板，9-滾輪，10-擋板
具體實施例方式實施例1:下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式
。某辦公樓在八度抗震設(shè)防區(qū)，需要考慮應(yīng)用減震措施提高抗震減震能力。該建筑的平面尺寸為28m*40m，基本周期為0.25s。根據(jù)實際需要來安置本顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器。首先，根據(jù)實際建筑物結(jié)構(gòu)的平面尺寸、估算的質(zhì)量、轉(zhuǎn)動慣量和剛度等選取最優(yōu)的調(diào)諧質(zhì)量及阻尼比，設(shè)定合適的顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器的總體數(shù)量，假定要設(shè)定阻尼器的數(shù)量2個。其次，確定每個顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器的質(zhì)量、半徑大小、球面形鋼板7球面形鋼板8的質(zhì)量和大小、需要的顆粒阻尼的數(shù)量及需要抗扭粘彈性材料5的面積以在鋼混支座6和球面形鋼板7合理布置。選定需要定做的每個阻尼器的質(zhì)量大小為500kg,初步設(shè)定半徑大小為Im,高0.6m。設(shè)定顆粒阻尼箱體采用半徑0.6m,厚度為0.3m。顆粒阻尼箱體I中的顆粒阻尼·采用球形鋼珠，具體材料為直徑0.04m和0.02m兩種鋼珠，采用0.06m的鋼珠與0.03m的鋼珠的采用1:2質(zhì)量級配比。粘彈性材料5采用鉛，環(huán)形的粘彈性材料的寬度設(shè)定為0.05m。然后，對于單體阻尼器的制作，根據(jù)設(shè)計方案，加工制作各個部件。在保持球面形鋼板7和球面形鋼板8的剛度的前提下，保持球面形鋼板8內(nèi)表面的光滑，保證滾輪9的來回靈活運動。鋼混支座6與辦公樓頂層之間通過焊接等方式進行固結(jié)，使本顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器成為建筑物的附屬結(jié)構(gòu)。最后，在建筑物的其他部位合理布置阻尼器，以實現(xiàn)共同抗震減震。辦公樓為長方形，辦公樓的中線兩側(cè)四分之一處分別各安放一個阻尼器，阻尼器與樓層之間采用固結(jié)，錨固與樓頂層。利用有限元軟件模擬，在不設(shè)顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器時，八度地震下該辦公樓的水平加速度大約為0.8m2/s ;在向上述實例中設(shè)置顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器時，在相同地震級數(shù)下，該辦公樓的的水平加速度約為0.6m2/s。其水平抗扭轉(zhuǎn)以及豎向抗震也得到了加強。所以該顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器對于建筑物的全方位多維抗震具有一定的效果。以上為本發(fā)明的一個典型實施例，單本發(fā)明的實施不限于此。
權(quán)利要求
1.一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，其特征在于包括顆粒阻尼箱體(I)、顆粒阻尼(2)豎向隔振彈簧(4)、粘彈性材料(5)、鋼混支座(6)、第一球面形鋼板(7)、第二球面形鋼板(8)和滾輪(9);底面為球面的圓柱體顆粒阻尼箱體(I)通過滾輪(9)與下部的第二球面形鋼板(8)連接；阻尼箱體(I)內(nèi)部有顆粒阻尼(2);第二球面形鋼板(8)與其下部的第一球面形鋼板(7)之間通過豎向隔振彈簧(4)進行豎向連接；第一球面形鋼板(7 )與最下部的鋼混支座(6 )之間由粘彈性材料(5 )進行連接。其中，第一球面形鋼板(7 )的上下表面、第二球面形鋼板(8)的上下表面以及鋼混支座(6)上表面曲率相同。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器，其特征在于還包括限位彈簧(3)和擋板(10);擋板(10)位于顆粒阻尼箱體(I)的外圍，限位彈簧(3)位于擋板(10)的內(nèi)側(cè)。
全文摘要
一種顆粒調(diào)諧質(zhì)量式圓底形全向減震阻尼器屬于結(jié)構(gòu)工程的抗震減震技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明包括顆粒阻尼箱體、顆粒阻尼、限位彈簧、豎向隔振彈簧、粘彈性材料、鋼混支座、第一球面形鋼板、第二球面形鋼板、滾輪、擋板。阻尼器內(nèi)部滾輪之上的顆粒阻尼箱體及顆粒阻尼構(gòu)件作為水平向調(diào)諧進行減震耗能；豎向隔振彈簧之上的所有構(gòu)件作為豎向和搖擺向調(diào)諧質(zhì)量進行減震耗能；粘彈性材料鉛、鋼混支座和弧形鋼板所形成的轉(zhuǎn)動體系作為扭轉(zhuǎn)向調(diào)諧質(zhì)量進行減震耗能。從而最終實現(xiàn)阻尼器在所有方向內(nèi)的減震耗能功能。阻尼器具有多維減震、制作簡單、布置方便靈活等特點。在地震作用下，該阻尼器能夠?qū)崿F(xiàn)水平各個方向、豎直方向以及水平扭轉(zhuǎn)的耗能減震。
文檔編號E04B1/98GK103255850SQ20131008444
公開日2013年8月21日 申請日期2013年3月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月15日
發(fā)明者何浩祥, 呂永偉, 韓恩圳, 叢茂林 申請人:北京工業(yè)大學(xué)