本發(fā)明涉及建筑結(jié)構(gòu)振動控制，尤其涉及一種搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器及其使用方法。

背景技術：

1、目前，針對高層建筑結(jié)構(gòu)風致振動控制問題，采用被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼組件(tmd)是建筑主體的主要減振手段之一。tmd具有結(jié)構(gòu)簡單，且無需外部能量輸入的優(yōu)點，目前已在臺北101大樓、上海中心大廈等實際工程中應用，在臺風等惡劣環(huán)境因素下已驗證其有效性。

2、現(xiàn)有的tmd裝置其結(jié)構(gòu)形式以擺式tmd為主，擺式tmd的質(zhì)量部件通過上方的繩索吊設，其自振周期與繩長呈正相關，而高層建筑的自振頻率往往一階頻率低、周期長，導致傳統(tǒng)擺式tmd需要較長的擺長，通常占用建筑內(nèi)部較大的豎向空間，影響建筑豎向空間利用率。

3、此外，對于常規(guī)的建筑結(jié)構(gòu)來說，結(jié)構(gòu)的前兩階模態(tài)通常均為平動，且通常平動方向相互垂直。其中第一階模態(tài)相比二階模態(tài)的周期較長，即說明建筑在一階模態(tài)彎曲時截面剛度較小，因此繞該軸彎曲變形的軸被稱為弱軸；相應的，二階模態(tài)彎曲時截面剛度較大，因此繞該軸彎曲變形的軸被稱為強軸。目前現(xiàn)有的tmd裝置大多針對建筑結(jié)構(gòu)的一階模態(tài)進行減振設計，即針對結(jié)構(gòu)繞弱軸彎曲變形的變形模式采取單向減振控制，單個tmd可實現(xiàn)雙向控制減振性能的構(gòu)造及其設計方法還有待挖掘。

4、同時，由于隨著建筑結(jié)構(gòu)的使用，會導致建筑結(jié)構(gòu)的平動周期發(fā)生變化，從而使tmd裝置的自振周期與建筑結(jié)構(gòu)的平動周期相差較大，使減振效果變差。

5、因此，亟需一種搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，與擺式tmd相比能減少建筑豎向空間占用，且可以實現(xiàn)雙向減振和自振周期調(diào)節(jié)，能夠很好滿足高層建筑的減振需求。

技術實現(xiàn)思路

1、(一)要解決的技術問題

2、鑒于現(xiàn)有技術的上述缺點、不足，本發(fā)明提供一種搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其解決了傳統(tǒng)擺式tmd占用建筑空間大，且無法雙向減振和調(diào)節(jié)自振周期的技術問題。

3、(二)技術方案

4、為了達到上述目的，本發(fā)明采用的主要技術方案包括：

5、一種搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括：質(zhì)量部件、第一底座、連接組件、第二底座和傳力組件；

6、所述質(zhì)量部件可擺動設置于所述第一底座頂部；所述質(zhì)量部件包括柱狀體和球冠形底座，所述球冠形底座設置于柱狀體底部；

7、所述第二底座設置于所述第一底座外圍，所述第二底座呈矩形框架結(jié)構(gòu)；

8、所述傳力組件連接所述第二底座和所述連接組件，以衰減所述連接組沿所述第二底座的位移。

9、還包括隨動部件，所述隨動部件設置于所述質(zhì)量部件外圍，且與所述質(zhì)量部件鉸接；

10、所述隨動部件的中部具有鏤空結(jié)構(gòu)，所述鏤空結(jié)構(gòu)包括多個等間距布置的加勁肋；

11、所述隨動部件的內(nèi)側(cè)設有用于與所述質(zhì)量部件鉸接的第一鉸接座，所述隨動部件的底部設有用于與所述連接組件鉸接的第二鉸接座。

12、所述第一底座的底部與建筑結(jié)構(gòu)固定連接，所述第一底座的頂部設有凹槽，所述球冠形底座設置于所述凹槽內(nèi)。

13、所述第二底座包括沿第一方向和第二方向設置的桿件，所述第一方向垂直于第二方向，所述桿件通過固定座依次連接圍設成矩形框架結(jié)構(gòu)，所述固定座的底部與所述建筑結(jié)構(gòu)固定連接；

14、所述固定座對應所述第一方向和第二方向的桿件分別設有第一通孔和第二通孔，所述第一通孔的延伸方向垂直于所述第二通孔，所述第一方向和第二方向的桿件分別與所述第一通孔和所述第二通孔插接；

15、所述第二底座的下方還成對設置有第三底座，所述第三底座的底部與所述建筑結(jié)構(gòu)固定連接。

16、所述連接組件包括連接筒和伸縮桿，所述連接筒滑動套接于第二底座；

17、所述伸縮桿包括連接端和伸縮端，所述連接端與所述連接筒固定連接，所述伸縮端與第二鉸接座鉸接。

18、所述傳力組件包括阻尼組件和彈力組件，所述阻尼組件沿著第一方向和第二方向設置，所述阻尼組件的兩端分別與所述第二底座和所述連接組件鉸接；

19、所述彈力組件設置于成對的所述第三底座之間，且與所述桿件滑動連接；

20、所述第三底座的中部設有能夠通過所述連接筒的通槽。

21、所述彈力組件包括彈簧和可拆卸設置在所述彈簧兩端的限位件，所述彈簧和限位件均套設于所述桿件；

22、所述限位件的寬度大于所述第三底座的通槽，所述限位件與所述彈簧連接的一側(cè)設有凸出的環(huán)形部件，所述彈簧的兩端分別套接于所述環(huán)形部件。

23、一種搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的使用方法，用于搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括如下步驟：

24、步驟1：確認建筑結(jié)構(gòu)的平動周期；

25、步驟2：對搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器調(diào)諧，所述調(diào)諧方法如下：

26、步驟2-1：計算搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的第一方向的自振周期t1和第二方向的自振周期t2，計算公式如下：

27、

28、其中，t1為第一方向的自振周期，t2為第二方向的自振周期，m為質(zhì)量部件的總質(zhì)量，jc1為質(zhì)量部件繞與第二方向平行且過質(zhì)心的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量，jc2為質(zhì)量部件繞與第一方向平行且過質(zhì)心的轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量，r為凹槽的曲率半徑，r為所述質(zhì)量部件的球冠形底座的曲率半徑，hc為質(zhì)量部件質(zhì)心到球冠形底座底部的距離，k1為第一方向的彈簧的彈性恢復剛度，k2為第二方向的彈簧的彈性恢復剛度；

29、步驟2-2：根據(jù)步驟2-1計算的第一方向的自振周期t1和第二方向的自振周期t2與建筑結(jié)構(gòu)的平動周期進行對比，若搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自振周期與建筑結(jié)構(gòu)的平動周期匹配，則調(diào)諧結(jié)束；

30、若不匹配，則調(diào)整r、r、m、hc、jc1、jc2、k1、k2的參數(shù)，重復步驟2-1，直至搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自振周期與建筑結(jié)構(gòu)的平動周期相匹配。

31、步驟3：根據(jù)步驟2中計算得到的參數(shù)r、r、hc對質(zhì)量部件進行抗傾覆驗算，所述驗算公式如下：

32、

33、其中，n為小于1的安全系數(shù)；

34、若不等式成立，則滿足抗傾覆驗算；若不等式不成立，則調(diào)整質(zhì)量部件的參數(shù)，直至質(zhì)量部件滿足抗傾覆驗算。

35、步驟4：滿足步驟2和步驟3的計算后，根據(jù)得到的參數(shù)r、r、m、hc、jc1、jc2、k1、k2，為搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝與該參數(shù)相匹配的質(zhì)量部件和彈簧。

36、(三)有益效果

37、本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明提供一種搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，將搖擺式的質(zhì)量部件放置于具有凹槽的第一底座上，代替了現(xiàn)有的將質(zhì)量部件吊起的擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼組件，節(jié)約豎向建筑空間，提高空間利用率。同時，能實現(xiàn)雙向減振效果。

38、質(zhì)量部件通過采用柱狀體與球冠形底座結(jié)合的形式，區(qū)別于傳統(tǒng)的質(zhì)量球體，在相同的總質(zhì)量的情況下，上部的柱狀體空間利用率更高，占用豎向空間更小，底部的球冠形底座又能使質(zhì)量部件擺動，滿足質(zhì)量部件的使用功能。

39、通過連接組件與隨動部件的結(jié)合設置，使質(zhì)量部件的豎向位移被消解，以使連接組件沿第二底座滑動的水平位移與質(zhì)量部件擺動時帶動隨動部件產(chǎn)生的水平位移一致。通過連接組件移動擠壓傳力組件，使傳力組件產(chǎn)生反向作用力，以達到對建筑結(jié)構(gòu)減振的效果。

40、通過設置矩形框架結(jié)構(gòu)的第二底座，使連接組件能夠沿著第二底座雙向運動，將力傳遞至傳力組件，再通過傳力組件給予反向作用力，實現(xiàn)對建筑結(jié)構(gòu)的雙向控制減振，從而滿足建筑結(jié)構(gòu)的減振需求。

41、通過設置可拆更換的彈力組件，使搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器可根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)在使用過程中自振周期的變化，更換不同剛度的彈簧，對搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自振周期進行調(diào)節(jié)，使搖擺式被動調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的自振周期與建筑結(jié)構(gòu)的平動周期相匹配。