本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)工程振動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種減小高聳結(jié)構(gòu)地震、風(fēng)荷載作用下振動(dòng)響應(yīng)，具體地說是一種多級(jí)混合型耗能減振裝置。

背景技術(shù)：

近年來，隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)過程中對(duì)各種高聳結(jié)構(gòu)(風(fēng)力發(fā)電機(jī)、輸電塔-線體系、通訊鐵塔、煙囪等)的需求日益增加。然而這種結(jié)構(gòu)高、柔性強(qiáng)、阻尼小、結(jié)構(gòu)輕等特征，對(duì)地震荷載、風(fēng)荷載等動(dòng)力荷載作用下非常敏感，振動(dòng)十分明顯，一旦失效或破壞將會(huì)對(duì)社會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。強(qiáng)烈的振動(dòng)往往使得結(jié)構(gòu)無法維持正常使用；長(zhǎng)期在交變應(yīng)力作用下，容易使得結(jié)構(gòu)形成疲勞裂紋，影響使用壽命。因此減小高聳結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，確保高聳結(jié)構(gòu)的可靠運(yùn)行具有十分重要的意義。

簡(jiǎn)單來說，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是通過采取一定的控制措施以減輕或抑制結(jié)構(gòu)由于動(dòng)荷載引起的反應(yīng)。對(duì)于工程中的振動(dòng)問題，傳統(tǒng)的方法即利用構(gòu)件的承載能力和變形來消耗地震或風(fēng)的能量是不合理的，是一種資源的浪費(fèi)，目前國內(nèi)外學(xué)者關(guān)于結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制技術(shù)開展了大量的研究，取得了豐碩的成果，實(shí)際工程中取得了較大的經(jīng)濟(jì)效益?，F(xiàn)階段，人們已經(jīng)徹底將土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制理念加入到防震減災(zāi)的研究領(lǐng)域當(dāng)中，不同的控制系統(tǒng)有不同的控制方法，側(cè)重點(diǎn)也有所不同。振動(dòng)控制主要分為被動(dòng)控制、主動(dòng)控制、混合控制、智能控制四個(gè)部分。被動(dòng)控制構(gòu)造復(fù)雜、造價(jià)較高，占據(jù)空間大，而且安裝完成后質(zhì)量塊的配置和彈簧的剛度不便調(diào)節(jié)，主動(dòng)控制效果顯著，但需要外部能量且控制器設(shè)置技術(shù)較高，應(yīng)用起來困難?；旌峡刂凭哂兄鲃?dòng)與被動(dòng)控制的優(yōu)點(diǎn)，振動(dòng)控制效果顯著。智能控制采用智能化的控制系統(tǒng)，根據(jù)環(huán)境主動(dòng)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(dòng)。

地震或風(fēng)荷載作用時(shí)方向具有隨機(jī)性，且高聳結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載作用時(shí)的敏感性，需要針對(duì)高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方向的振動(dòng)控制，同時(shí)強(qiáng)震或強(qiáng)風(fēng)作用下需要能量能夠以多種方式快速耗散，進(jìn)而快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。根據(jù)tlmd、記憶合金、彈簧擺、電渦流等優(yōu)點(diǎn)，提出了一種多級(jí)混合型耗能減振裝置，該裝置能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的強(qiáng)烈實(shí)現(xiàn)不同方式的振動(dòng)控制，同時(shí)能量能夠通過電渦流，水體的晃動(dòng)，彈簧擺的碰撞達(dá)到能量的耗散，從而快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)實(shí)際工程中高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問題，提出一種多級(jí)混合型耗能減振裝置，該裝置構(gòu)造簡(jiǎn)單、減振效果明顯、適用范圍廣泛、對(duì)環(huán)境變化適應(yīng)力高，能夠快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明技術(shù)方案如下：

多級(jí)混合型耗能減振裝置，包括質(zhì)量塊、擺箱和外箱體；所述的質(zhì)量塊通過豎直設(shè)置的彈簧安裝在外箱體的上方與外箱體相連，所述的擺箱通過連接裝置固定在質(zhì)量塊底部，擺箱與外箱體之間通過水平設(shè)置的彈簧連接；在所述的擺箱內(nèi)懸掛一個(gè)彈簧，所述的彈簧底部連接一個(gè)金屬擺球，在擺箱的頂部和底部固定有磁極相反的永久強(qiáng)磁鐵塊，所述的金屬擺球能夠在空間擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，進(jìn)而在金屬擺球內(nèi)部形成電渦流，感應(yīng)電渦流也會(huì)形成一個(gè)電磁場(chǎng)來阻礙擺球的相對(duì)運(yùn)動(dòng)；從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能耗散掉；在所述的外箱體內(nèi)部裝有水，形成tld裝置；所述tld裝置能夠在外力作用下發(fā)生晃動(dòng)，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)相反的慣性力，同時(shí)水能夠與擺箱、外箱體的碰撞耗散結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)多級(jí)有效地耗能減振。

進(jìn)一步的，所述的彈簧為鎳鈦形狀記憶合金彈簧，該彈簧自恢復(fù)能力強(qiáng)，阻尼大，能夠在振動(dòng)結(jié)束后恢復(fù)原來的狀態(tài)，同時(shí)提供阻尼力，達(dá)到了耗能的目的。

進(jìn)一步的，所述擺球?yàn)殡妼?dǎo)率較高的紫銅球，擺動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)中切割磁感線所產(chǎn)生的渦流大，能夠快速將結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，達(dá)到快速耗能的目的。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊上豎直的開有相對(duì)較大的矩形通孔，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量塊水平移動(dòng)時(shí)而不阻礙質(zhì)量塊的豎向的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)空間多維減振的目的。

進(jìn)一步的，所述的矩形通孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)限位桿，所述限位桿的底部固定在外箱體上；豎直設(shè)置的彈簧套裝在限位桿上。

進(jìn)一步的，所述tld裝置外箱體為不銹鋼容器，做好防腐處理，同時(shí)液面的高度與容器的尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率選取，當(dāng)該裝置的振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)的主頻率達(dá)到一致時(shí)減振效果最佳。

進(jìn)一步的，彈簧擺擺球的重量，彈簧的長(zhǎng)度與剛度，根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率計(jì)算得到，當(dāng)振動(dòng)時(shí)彈簧擺與結(jié)構(gòu)共振時(shí)，減振效果最佳，同時(shí)擺球表面粘貼黏彈性材料，能夠在擺球與擺箱碰撞時(shí)達(dá)倒吸收能量的目的。

進(jìn)一步的，質(zhì)量塊、擺箱、彈簧擺的總質(zhì)量，記憶合金彈簧的剛度與長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)主頻率選取，當(dāng)振動(dòng)時(shí)與結(jié)構(gòu)達(dá)到共振時(shí)減振效果最佳。

進(jìn)一步的，水平彈簧與擺箱通過上下可移動(dòng)的滑軌連接，在質(zhì)量塊上下晃動(dòng)時(shí)而不影響水平方向的晃動(dòng)。

本發(fā)明的金屬擺球能夠在空間擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，由電磁感應(yīng)原理可知金屬擺球內(nèi)部形成電渦流，同時(shí)感應(yīng)電渦流也會(huì)形成一個(gè)電磁場(chǎng)來阻礙擺球的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能耗散掉，結(jié)構(gòu)振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)擺球能夠與擺箱碰撞也會(huì)耗散能量，從而減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。外箱體內(nèi)部裝有水，形成tld裝置，該裝置能夠在小風(fēng)或小震作用下發(fā)生晃動(dòng)，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)相反的慣性力，同時(shí)水能夠與擺箱、外箱體的碰撞耗散結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)多級(jí)有效地耗能減振。質(zhì)量塊通過豎向彈簧與外箱體連接，所述擺箱通過水平彈簧與外箱體連接，能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個(gè)方向的晃動(dòng)達(dá)到多維減振與防扭轉(zhuǎn)的目的。

本發(fā)明的有益效果是：

(1)本發(fā)明一種多級(jí)混合型耗能減振裝置，可通過質(zhì)量塊空間三個(gè)方向的晃動(dòng)達(dá)到多維減振的目的，同時(shí)當(dāng)外箱體與結(jié)構(gòu)固定后，地震時(shí)通過質(zhì)量塊的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠有效地防扭轉(zhuǎn)，不需要外加能量輸入，構(gòu)造簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益；

(2)該發(fā)明中的彈簧擺通過空間的擺動(dòng)，達(dá)到小風(fēng)小震作用下的多維減振，擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，形成電渦流，將機(jī)械能轉(zhuǎn)以電能的形式耗散掉，同時(shí)球體在強(qiáng)震或強(qiáng)風(fēng)作用下能夠與擺箱發(fā)生碰撞，能量可以被球包裹的黏彈性材料吸收，將機(jī)械能耗散掉，達(dá)到快速耗能的目的；

(3)該裝置中tld裝置通過液體的晃動(dòng)產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相反方向的動(dòng)水壓力阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，擺箱的晃動(dòng)在振動(dòng)時(shí)能夠推動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)，使其波幅更大，有利于吸收并耗散振動(dòng)系統(tǒng)的能量，利用流體與固體的耦合作用，能夠使減振效果更佳，且該裝置能夠在結(jié)構(gòu)微小振動(dòng)時(shí)能發(fā)生液體的晃動(dòng)。

(4)該裝置中所采用的彈簧均為阻尼大、自復(fù)位能力強(qiáng)的記憶合金彈簧，彈簧的拉伸和壓縮能夠提供較大的阻尼力，結(jié)構(gòu)振動(dòng)結(jié)束后能夠恢復(fù)原狀，達(dá)到減振耗能的目的。

(5)該裝置實(shí)現(xiàn)高聳結(jié)構(gòu)多維振動(dòng)控制，能夠根據(jù)環(huán)境進(jìn)行不同的振動(dòng)控制方式，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)多重快速耗能的目的，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)應(yīng)用前景。

附圖說明

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

附圖1是一種多級(jí)混合型耗能減振裝置正視圖。

附圖2是一種多級(jí)混合型耗能減振裝置俯視圖。

附圖3是一種多級(jí)混合型耗能減振裝置a-a剖面圖。

附圖4是一種多級(jí)混合型耗能減振裝置b-b剖面圖。

圖中：1質(zhì)量塊，2記憶合金彈簧，3外箱體，4擺球，5黏彈性材料，6限位桿，7擋塊，8豎向滑軌，9擺箱，10磁鐵快，11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(duì)本申請(qǐng)?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(qǐng)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(qǐng)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(shí)，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)中存在地震或風(fēng)荷載作用時(shí)方向具有隨機(jī)性，且高聳結(jié)構(gòu)動(dòng)荷載作用時(shí)的敏感性，需要針對(duì)高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行多方向的振動(dòng)控制，同時(shí)強(qiáng)震或強(qiáng)風(fēng)作用下需要能量能夠以多種方式快速耗散，進(jìn)而快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。根據(jù)tlmd、記憶合金、彈簧擺、電渦流等優(yōu)點(diǎn)，提出了一種多級(jí)混合型耗能減振裝置，該裝置能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的強(qiáng)烈實(shí)現(xiàn)不同方式的振動(dòng)控制，同時(shí)能量能夠通過電渦流，水體的晃動(dòng)，彈簧擺的碰撞達(dá)到能量的耗散，從而快速有效地減小高聳結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。

本發(fā)明提出的一種多級(jí)混合型耗能減振裝置如圖1、圖2、圖3和圖4所示。該裝置安裝在高聳結(jié)構(gòu)的頂部，包括一個(gè)外箱3，若干質(zhì)量塊1，四根限位桿6，1個(gè)擺箱8，一個(gè)擺球4，四塊擋塊7，十二根記憶合金彈簧2，兩塊永久磁鐵塊10，八根豎向?qū)к?，黏彈性材料5和水11若干。

具體結(jié)構(gòu)：擺箱8通過螺栓固定在質(zhì)量塊1下端，擺箱上下端固定一份磁極相反的永磁鐵塊10，擺箱內(nèi)部懸掛一彈簧擺，金屬擺球4能夠在空間擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，由電磁感應(yīng)原理可知金屬擺球內(nèi)部形成電渦流，同時(shí)感應(yīng)電渦流也會(huì)形成一個(gè)電磁場(chǎng)來阻礙擺球的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能耗散掉，同時(shí)擺球4的與箱體的碰撞也會(huì)耗散能量，從而減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)。外箱3內(nèi)部裝有水11，形成tld裝置，該裝置能夠在小風(fēng)或小震作用下發(fā)生晃動(dòng)，產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)相反的慣性力，同時(shí)水能夠與擺箱、外箱體的碰撞耗散結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量，實(shí)現(xiàn)多級(jí)有效地減振。質(zhì)量塊1通過豎向彈簧2與外箱體3連接，所述擺箱通過水平彈簧與外箱體3連接，能夠?qū)崿F(xiàn)空間三個(gè)方向的晃動(dòng)達(dá)到多維減振與防扭轉(zhuǎn)的目的。

進(jìn)一步的，所述的彈簧為鎳鈦形狀記憶合金彈簧，該彈簧自恢復(fù)能力強(qiáng)，阻尼大，能夠在振動(dòng)結(jié)束后恢復(fù)原來的狀態(tài)，同時(shí)提供阻尼力，達(dá)到了耗能的目的。

進(jìn)一步的，所述擺球?yàn)殡妼?dǎo)率較高的紫銅球，擺動(dòng)時(shí)磁場(chǎng)中切割磁感線所產(chǎn)生的渦流大，能夠快速將結(jié)構(gòu)振動(dòng)時(shí)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能，達(dá)到快速耗能的目的。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量塊上豎直的開有相對(duì)較大的矩形通孔，能夠?qū)崿F(xiàn)質(zhì)量塊水平移動(dòng)時(shí)而不阻礙質(zhì)量塊的豎向的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)空間多維減振的目的。

進(jìn)一步的，所述的矩形通孔內(nèi)設(shè)置有一個(gè)限位桿，所述限位桿的底部固定在外箱體上；豎直設(shè)置的彈簧套裝在限位桿上。

進(jìn)一步的，所述tld裝置外箱體為不銹鋼容器，做好防腐處理，同時(shí)液面的高度與容器的尺寸根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率選取，當(dāng)該裝置的振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)的主頻率達(dá)到一致時(shí)減振效果最佳。

進(jìn)一步的，彈簧擺擺球的重量，彈簧的長(zhǎng)度與剛度，根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率計(jì)算得到，當(dāng)振動(dòng)時(shí)彈簧擺與結(jié)構(gòu)共振時(shí)，減振效果最佳，同時(shí)擺球表面粘貼黏彈性材料，能夠在擺球與擺箱碰撞時(shí)達(dá)倒吸收能量的目的。

進(jìn)一步的，質(zhì)量塊、擺箱、彈簧擺的總質(zhì)量，記憶合金彈簧的剛度與長(zhǎng)度根據(jù)結(jié)構(gòu)主頻率選取，當(dāng)振動(dòng)時(shí)與結(jié)構(gòu)達(dá)到共振時(shí)減振效果最佳。

進(jìn)一步的，水平彈簧與擺箱通過上下可移動(dòng)的滑軌連接，在質(zhì)量塊上下晃動(dòng)時(shí)而不影響水平方向的晃動(dòng)。

為了使本裝置減振效果最佳，需要注意以下幾個(gè)方面：第一、所述彈簧擺裝置根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率選取合適的擺球重量和彈簧的長(zhǎng)度、剛度，當(dāng)彈簧擺的振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)基本一致時(shí)效率最佳，其次擺球外粘貼黏彈性材料，能夠在強(qiáng)風(fēng)或強(qiáng)震作用下擺球與擺箱發(fā)生碰撞吸收能量。第二、tld裝置外箱體的尺寸、液面的高度也要根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率選取，該裝置能夠?qū)崿F(xiàn)動(dòng)荷載較小時(shí)發(fā)生晃動(dòng)，同時(shí)擺箱要浸入液體中，振動(dòng)時(shí)擺箱能夠帶動(dòng)液體晃動(dòng)，使其波幅更大，達(dá)到快速耗能的目的。第三、該裝置要做好防腐處理，保證該裝置的耐久性及有效性。第四、質(zhì)量塊、擺箱與彈簧擺的總重量、記憶合金彈簧的長(zhǎng)度與剛度需要根據(jù)結(jié)構(gòu)的主頻率得到，能夠在振動(dòng)時(shí)該裝置的振動(dòng)頻率與結(jié)構(gòu)主頻率基本一致的時(shí)候該裝置減振效果最佳。第五、質(zhì)量塊開孔相對(duì)較大，擋塊要適當(dāng)大一些，保證該裝置的安全性與減振的有效性。

從以上的描述中，可以看出，本申請(qǐng)上述的實(shí)施例實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：

(1)本發(fā)明可通過質(zhì)量塊空間三個(gè)方向的晃動(dòng)達(dá)到多維減振的目的，同時(shí)當(dāng)外箱體與結(jié)構(gòu)固定后，地震時(shí)通過質(zhì)量塊的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)能夠有效地防扭轉(zhuǎn)，不需要外加能量輸入，構(gòu)造簡(jiǎn)單，性價(jià)比高，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益；

(2)該發(fā)明中的彈簧擺通過空間的擺動(dòng)，達(dá)到小風(fēng)小震作用下的多維減振，擺動(dòng)時(shí)切割磁感線，形成電渦流，將機(jī)械能轉(zhuǎn)以電能的形式耗散掉，同時(shí)球體在強(qiáng)震或強(qiáng)風(fēng)作用下能夠與擺箱發(fā)生碰撞，能量可以被球包裹的黏彈性材料吸收，將機(jī)械能耗散掉，達(dá)到快速耗能的目的；

(3)該裝置中tld裝置通過液體的晃動(dòng)產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)相反方向的動(dòng)水壓力阻礙結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，擺箱的晃動(dòng)在振動(dòng)時(shí)能夠推動(dòng)液體運(yùn)動(dòng)，使其波幅更大，有利于吸收并耗散振動(dòng)系統(tǒng)的能量，利用流體與固體的耦合作用，能夠使減振效果更佳，且該裝置能夠在結(jié)構(gòu)微小振動(dòng)時(shí)能發(fā)生液體的晃動(dòng)。

(4)該裝置中所采用的彈簧均為阻尼大、自復(fù)位能力強(qiáng)的記憶合金彈簧，彈簧的拉伸和壓縮能夠提供較大的阻尼力，結(jié)構(gòu)振動(dòng)結(jié)束后能夠恢復(fù)原狀，達(dá)到減振耗能的目的。

(5)該裝置實(shí)現(xiàn)高聳結(jié)構(gòu)多維振動(dòng)控制，能夠根據(jù)環(huán)境進(jìn)行不同的振動(dòng)控制方式，同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)多重快速耗能的目的，具有較高的經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)應(yīng)用前景。

上述雖然結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行了描述，但并非對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動(dòng)即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍以內(nèi)。