本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程振動控制領(lǐng)域，特別是涉及多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置、應(yīng)用及方法。

背景技術(shù)：

輸電塔-線體系、通訊鐵塔等高聳結(jié)構(gòu)，具有結(jié)構(gòu)高，整體結(jié)構(gòu)柔性強(qiáng)等特征，一旦失效或破壞將會對社會造成巨大損失。地震或風(fēng)荷載作用下，高聳結(jié)構(gòu)振動十分明顯，倒塌破壞時有發(fā)生，易損性較高。減小輸電塔等高聳結(jié)構(gòu)的振動，提高高聳結(jié)構(gòu)的可靠性具有十分重要的意義。

傳統(tǒng)的抗震方法強(qiáng)調(diào)的是“抗”，利用構(gòu)件的承載能力和變形能力消耗地震或風(fēng)的能量，減輕地震或風(fēng)反應(yīng)，這種方法是不經(jīng)濟(jì)的、不合理的。針對實(shí)際工程的振動問題，國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)開展了大量的研究，取得了突破性進(jìn)展。簡單來說，結(jié)構(gòu)振動控制是通過采取一定的控制措施以減輕動力荷載引起的反應(yīng)。振動控制分為被動控制、主動控制、混合控制、智能控制四個部分。被動控制分為隔振、耗能減振和吸能減振三類。隔振技術(shù)主要為基礎(chǔ)隔振、層間隔振。耗能減振技術(shù)是在結(jié)構(gòu)上設(shè)置耗能機(jī)構(gòu)，從而耗散或者吸收結(jié)構(gòu)的振動能量以達(dá)到減小結(jié)構(gòu)的振動。吸能減振技術(shù)通常在結(jié)構(gòu)頂部安裝附加結(jié)構(gòu)，如調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)、調(diào)諧液體阻尼器(TLD)或懸掛質(zhì)量擺(SMP)，調(diào)節(jié)附加結(jié)構(gòu)的頻率與結(jié)構(gòu)主頻率一致，振動時與結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共振，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力，從而降低結(jié)構(gòu)的振動。主動控制技術(shù)需要額外的能量，技術(shù)復(fù)雜并且造價高?；旌峡刂凭哂兄鲃涌刂婆c被動控制的優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)、控制效果好。智能控制采用智能化的控制系統(tǒng)，振動時根據(jù)環(huán)境主動調(diào)節(jié)內(nèi)部參數(shù)，改變減振裝置特性從而迅速減小振動。

而對輸電塔-線體系、通訊鐵塔等高聳結(jié)構(gòu)，所受震動或風(fēng)荷載作用方向具有較強(qiáng)的隨機(jī)性，而現(xiàn)有技術(shù)的減震方案控制較為單一，不能實(shí)現(xiàn)綜合性的有效控制，某一方向的能量耗散受到影響，耗散速度較慢，因此，需要對適用于高聳結(jié)構(gòu)的多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置進(jìn)行進(jìn)一步研究分析。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置，該裝置可實(shí)現(xiàn)多方向的振動控制，并可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能進(jìn)行耗散，整個裝置具有良好的耐久性、可靠性，有效提高能量耗散效率。

多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置的具體方案如下：

多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置，包括：

外箱，外箱的頂部和底部各自設(shè)有一永磁體，兩永磁體的磁極相反；

質(zhì)量塊，質(zhì)量塊設(shè)于外箱內(nèi)部，質(zhì)量塊的側(cè)面通過第一彈性減振組件與外箱內(nèi)壁連接以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量塊水平方向上的耗能減振作用；

設(shè)于質(zhì)量塊下方的液體容器，液體容器內(nèi)乘有設(shè)定體積的液體，液體輔助減振，液體容器內(nèi)設(shè)有第二彈性減振組件，第二彈性減振組件底端與液體容器內(nèi)底部連接，頂端與質(zhì)量塊固定，以通過第二彈性減振組件帶動質(zhì)量塊上下移動以實(shí)現(xiàn)豎直方向上的耗能減振作用，同時，質(zhì)量塊在移動過程中，切割兩永磁體產(chǎn)生的磁感線以將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能的形式進(jìn)行耗散。

上述的吸能耗能減振裝置屬于被動控制范疇，通過能夠第一彈性減振組件、第二彈性減振組件的設(shè)置配合永磁體額的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)多級多方向有效地減振，同時能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)振動的強(qiáng)弱，自動選擇不同減振方式進(jìn)行結(jié)構(gòu)的減振控制。

其中，所述質(zhì)量塊底部設(shè)有卡槽，這樣質(zhì)量塊底部形成一個容納腔，以用于容納所述液體容器的頂部；

所述質(zhì)量塊卡槽頂部與液體容器頂部之間有設(shè)定的高度，液體容器頂部可設(shè)置保護(hù)蓋，第二彈性減振組件穿過保護(hù)蓋設(shè)置，以避免內(nèi)部液體流出，保護(hù)蓋與液體容器可拆卸設(shè)置，以便于對液體的添加，而且液體為水，液體容器能夠在動荷載較小時就可以發(fā)生晃動，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力，同時水與水箱容器的碰撞消耗主體結(jié)構(gòu)的振動能量，實(shí)現(xiàn)有效地減振。

所述質(zhì)量塊豎直方向開有通孔，通孔內(nèi)設(shè)置豎向?qū)驐U，豎向?qū)驐U底部與液體容器內(nèi)底部固定，所述第二彈性減振組件套于豎向?qū)驐U外部，豎向?qū)驐U對第二彈性減振組件的震動起到一個引導(dǎo)作用，以保證質(zhì)量塊在豎直方向上的上下移動，此外，通孔為矩形孔，大于豎向?qū)驐U的直徑，以確保質(zhì)量塊在水平方向的運(yùn)動。

所述通孔底部設(shè)有擋板，擋板與質(zhì)量塊固定，擋板的尺寸大于通孔的尺寸，所述第二彈性減振組件頂部與擋板固定，以保證第二彈性減振組件的運(yùn)動。

所述質(zhì)量塊的側(cè)面設(shè)置豎向?qū)к墸Q向?qū)к墐?nèi)設(shè)置滑塊，滑塊與所述第一彈性減振組件連接，以保證質(zhì)量塊在向上移動過程中，滑塊帶動第一彈性減振組件向上移動，從而使得第一彈性減振組件保持水平狀態(tài)，其中，豎向?qū)к夗敳吭O(shè)置限位塊以避免滑塊離開豎向?qū)к墶?/p>

為了保證結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一性，所述液體容器的底部與外箱底部的永磁體固定，液體容器為不銹鋼制成的剛性容器。

所述液體容器表面粘貼黏彈性材料，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動較大時時能夠緩沖質(zhì)量塊與液體容器之間的碰撞進(jìn)行耗能。

其中，所述第一彈性減振組件為彈簧；

進(jìn)一步的，所述第二彈性減振組件同樣為彈簧；

進(jìn)一步的，所述彈簧為Ti-Ni形狀記憶合金彈簧，該彈簧阻尼大，可提供高效的阻尼力，能夠有效地減小結(jié)構(gòu)的振動，具有很強(qiáng)的自復(fù)位能力，能夠在變形后恢復(fù)原狀。

所述質(zhì)量塊為電導(dǎo)率較高的紫銅，該質(zhì)量塊產(chǎn)生的渦流大，便于能量的轉(zhuǎn)化。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明還提供了多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置的應(yīng)用，所述裝置可應(yīng)用于輸電塔-線體系、通訊鐵塔，這樣有效地對這兩個裝置高處所受的載荷進(jìn)行耗散，有效提高使用壽命。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明還提供了一種減小輸電塔振動的方法，采用所述的多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置，并將該裝置設(shè)于輸電塔橫擔(dān)絕緣子串串點(diǎn)處和輸電鐵塔頂部，因絕緣子串位置較高，所受風(fēng)向多變，承受的載荷為多方向的，可有效對絕緣子串串點(diǎn)處的能量進(jìn)行耗散，保證絕緣子串的懸掛壽命。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明的多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置，通過第一彈性減振組件、第二彈性減振組件的設(shè)置，使得質(zhì)量塊有多方向的振動，能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)多方向有效的減振控制，減振效果明顯，而且多個方向共用一個質(zhì)量塊，能夠減輕結(jié)構(gòu)的負(fù)荷，可以通過改變質(zhì)量塊的質(zhì)量，使其能夠?qū)崿F(xiàn)不同頻率結(jié)構(gòu)的振動控制，不需要外加能量輸入，構(gòu)造簡單。

(2)本發(fā)明通過質(zhì)量塊水平方向的振動，能夠切割磁感線，引起質(zhì)量塊磁通量的變化，內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，形成電渦流，將機(jī)械能以電能的形式耗散，有效提高了減振耗散的效率。

(3)該裝置中彈簧采用Ti-Ni形狀記憶合金彈簧，阻尼與彈性模量較大，能夠提供高阻尼力，同時具有很強(qiáng)的自動恢復(fù)功能。

(4)通過液體容器內(nèi)液體的設(shè)置，能夠在小風(fēng)或小震作用下就能夠引起液體的晃動，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)運(yùn)動相反方向的動水壓力，消耗結(jié)構(gòu)的振動能量從而減小結(jié)構(gòu)的振動，原理簡單、成本較低、安裝簡單優(yōu)點(diǎn)。

(5)該裝置在強(qiáng)風(fēng)或強(qiáng)震作用下引起質(zhì)量塊與水箱容器的碰撞，黏彈性材料能夠緩沖兩者之間的碰撞吸收能量。

(6)該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)輸電鐵塔等高聳結(jié)構(gòu)多方向的有效振動控制，保證結(jié)構(gòu)的安全性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用前景。

附圖說明

構(gòu)成本申請的一部分的說明書附圖用來提供對本申請的進(jìn)一步理解，本申請的示意性實(shí)施例及其說明用于解釋本申請，并不構(gòu)成對本申請的不當(dāng)限定。

附圖1是多級復(fù)合型電磁耗能減振裝置正視圖。

附圖2是多級復(fù)合型電磁耗能減振裝置A-A剖面圖。

附圖3是多級復(fù)合型電磁耗能減振裝置B-B剖面圖。

附圖4是多級復(fù)合型電磁耗能減振裝置圖2中C-C剖面圖。

圖中：1外箱，2磁鐵塊，3豎向?qū)驐U，4質(zhì)量塊，5導(dǎo)軌，6第一彈簧，7水箱容器，8黏彈性材料，9擋板，10水。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說明都是例示性的，旨在對本申請?zhí)峁┻M(jìn)一步的說明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語具有與本申請所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用術(shù)語“包含”和/或“包括”時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，現(xiàn)有技術(shù)中存在的針對高聳結(jié)構(gòu)，能量耗散速度慢，不能實(shí)現(xiàn)多個方向的減振控制的不足，為了解決如上的技術(shù)問題，本申請?zhí)岢隽硕嗉墢?fù)合型吸能耗能減振裝置、應(yīng)用及方法。

本申請的一種典型的實(shí)施方式中，如圖1所示，多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置，包括一個外箱1，兩個磁極相反的磁鐵塊2，四根豎向?qū)驐U3，八根導(dǎo)軌5，十二根記憶合金彈簧，一個水箱容器4，四塊擋板9。

外箱1的頂部與底部分別固定一個磁極相反的永久磁鐵2，在外箱1內(nèi)部形成均勻穩(wěn)定的磁場，質(zhì)量塊4中間開有相對較大的通孔，豎向?qū)驐U3穿過該通孔設(shè)置，質(zhì)量塊4每個側(cè)面設(shè)置兩根豎向?qū)к?，水平布置的第一彈簧6一端連接外箱1，一端通過滑塊與豎向?qū)к?連接，質(zhì)量塊4上下移動時，從而保證質(zhì)量塊4上下移動時水平彈簧不會隨之上下振動。

質(zhì)量塊4為方體結(jié)構(gòu)，每一側(cè)面均布置兩第一彈簧6，質(zhì)量塊6中通孔尺寸相對豎向?qū)驐U3較大，能夠讓質(zhì)量塊4水平方向發(fā)生移動而不阻礙質(zhì)量塊豎直方向的移動。

豎向布置的彈簧有四根，分別繞在豎向?qū)驐U3上，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量塊水平方向的振動而不阻礙質(zhì)量塊豎向的振動，從而達(dá)到多方向減振的目的，一端固定于水箱容器7底部，一端連接擋板9，擋板9比通孔要大，保證質(zhì)量塊4水平移動時，豎向第二彈簧仍能支撐質(zhì)量塊4上下移動，豎向彈簧需要做防腐處理?；陔姶鸥袘?yīng)原理，質(zhì)量塊4在水平方向移動時能夠切割磁感線，形成電渦流，將機(jī)械能以電能的形式耗散掉，同時電磁力會阻礙質(zhì)量塊與外箱的相對運(yùn)動，從而減小結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)。

質(zhì)量塊4為電導(dǎo)率較高的紫銅，產(chǎn)生的渦流大，質(zhì)量塊4的質(zhì)量、彈簧的剛度與長度等依據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率確定，讓質(zhì)量塊4的振動頻率與結(jié)構(gòu)的主頻率達(dá)到基本一致形成共振，達(dá)到最佳的減振效果。

第一彈簧、第二彈簧均為Ti-Ni形狀記憶合金彈簧，該彈簧阻尼大，提供高效的阻尼力，能夠有效地減小結(jié)構(gòu)的振動，具有很強(qiáng)的自復(fù)位能力，能夠在變形后恢復(fù)原狀。

此外，水箱容器7的設(shè)置，能夠在動荷載較小時就可以發(fā)生晃動，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力，同時水10與水箱容器7的碰撞消耗主體結(jié)構(gòu)的振動能量，實(shí)現(xiàn)有效地減振。在水箱容器7表面粘貼黏彈性材料8，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動較大時能夠緩沖質(zhì)量塊4與水箱容器7之間的碰撞進(jìn)行耗能。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的主頻調(diào)整水箱容器7尺寸及液體深度，讓水箱容器7的振動頻率與結(jié)構(gòu)的主頻率達(dá)到基本一致，充分發(fā)揮該裝置的減振效果。

為了使該裝置達(dá)到理想的減振效果，本實(shí)施例中還有以下要求：

第一、根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的主頻率合理的選擇質(zhì)量塊4的質(zhì)量和記憶合金彈簧的長度與剛度，保證質(zhì)量塊4的振動頻率與結(jié)構(gòu)的主頻率達(dá)到基本一致形成共振。

第二、根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)的主頻率合理設(shè)計(jì)水箱容器7的尺寸以及水面深度，能夠在小風(fēng)或小震作用下就能夠引起水的晃動，通過液體和容器壁之間的摩擦、碰撞來耗散振動能量，從而達(dá)到減小振動對結(jié)構(gòu)影響的目的。

第三、豎向記憶合金彈簧需要做好防腐處理，保證該裝置的耐久性。

第四、水箱表面需要粘貼黏彈性材料，當(dāng)結(jié)構(gòu)振動強(qiáng)烈時，能夠緩沖質(zhì)量塊與水箱之間的碰撞，吸收能量。

第五，豎向彈簧連接的擋板比孔要大一些，保證質(zhì)量塊水平移動時質(zhì)量塊依舊能夠豎直方向振動。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明還提供了多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置的應(yīng)用，所述裝置可應(yīng)用于輸電塔-線體系、通訊鐵塔，這樣有效地對這兩個裝置高處所受的載荷進(jìn)行耗散，有效提高使用壽命。

為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明還提供了一種減小輸電塔振動的方法，采用所述的多級復(fù)合型吸能耗能減振裝置，并將該裝置設(shè)于輸電塔橫擔(dān)絕緣子串串點(diǎn)處，因絕緣子串位置較高，所受風(fēng)向多變，承受的載荷為多方向的，可有效對絕緣子串串點(diǎn)處的能量進(jìn)行耗散，保證絕緣子串的懸掛壽命。

以上所述僅為本申請的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本申請可以有各種更改和變化。凡在本申請的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請的保護(hù)范圍之內(nèi)。