非線性可調(diào)諧質(zhì)液阻尼器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種非線性可調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，結(jié)合非線性彈簧調(diào)諧的TMD、TLD組合阻尼器裝置，由水箱、實心質(zhì)量塊、非線性彈簧(NES系統(tǒng))組成，屬于土木工程減振控制領(lǐng)域，可用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會經(jīng)濟的快速發(fā)展和結(jié)構(gòu)設(shè)計理論的不斷改進，復(fù)雜、剛?cè)岬雀邔咏Y(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)，但隨之也產(chǎn)生了很多災(zāi)害防護問題，其中大部分動力問題，如風(fēng)、地震等，由于其具有很大的隨機性，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)極為復(fù)雜，因此改正結(jié)構(gòu)的抗震性能具有重大的研究意義。
[0003]土木工程中的結(jié)構(gòu)振動控制是指針對結(jié)構(gòu)在人為、地震和風(fēng)等動力荷載作用下響應(yīng)過大的情況，利用結(jié)構(gòu)動力學(xué)原理，通過一定的減振措施來減小結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)，使結(jié)構(gòu)可以在規(guī)定范圍內(nèi)正常工作。
[0004]在眾多的被動控制裝置中，調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)是較早應(yīng)用在建筑結(jié)構(gòu)中的控制裝置，是一種相對來說比較可靠、成熟的動力減振裝置。它主要是在建筑物頂部某個位置上設(shè)置慣性質(zhì)量，利用共振原理，當(dāng)主體結(jié)構(gòu)在外部荷載作用下產(chǎn)生振動時，其隨之產(chǎn)生振動并產(chǎn)生作用力反作用于結(jié)構(gòu)上，從而減小結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)。然而，TMD存在一個不容忽視的缺點:對頻率調(diào)諧的敏感性有誤差。在TMD的設(shè)計過程中，只有TMD系統(tǒng)的自振頻率與受控結(jié)構(gòu)的自振頻率調(diào)諧至一個合理的比值，才能使TMD發(fā)揮最大的減震耗能效果?？墒怯捎诮Y(jié)構(gòu)自身的非線性特征，理論計算與施工之間的誤差，加之結(jié)構(gòu)在經(jīng)受地震作用過程中其動力參數(shù)將產(chǎn)生波動等因素，TMD系統(tǒng)的頻率與結(jié)構(gòu)的自振頻率很難始終調(diào)諧到一致，其對結(jié)構(gòu)的振動控制效果就會大大折扣。
[0005]調(diào)諧液體阻尼器(TLD)是一種新型的結(jié)構(gòu)被動控制裝置，是利用固定水箱中液體在晃蕩中產(chǎn)生的動側(cè)壓力來提供減振力的一種控制裝置。與TMD相比，TLD有著包括低初始成本、維修費用低和容易調(diào)諧的優(yōu)點。
[0006]傳統(tǒng)線性吸振器的適用頻帶較窄，而利用非線性吸振器(NES)的寬頻吸振特性進行動態(tài)調(diào)諧減振，則只需有限吸振器即可達到較好的減振效果，因此受到研究界越來越多的關(guān)注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種能夠有效減小主體結(jié)構(gòu)的振動的非線性可調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，即通過結(jié)合非線性彈簧調(diào)諧的TMD、TLD組合阻尼器裝置，在風(fēng)或/和地震作用下，利用實心塊本身的質(zhì)量和非線性彈簧產(chǎn)生的與結(jié)構(gòu)位移相反的作用力以及由粘滯液體流過實心塊中的小孔所提供的摩擦力共同吸收風(fēng)或/和地震對結(jié)構(gòu)輸入的能量。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術(shù)方案。
[0009]本發(fā)明提出的一種非線性調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，包括:阻尼器腔體單元1、實心質(zhì)量塊2、粘滯液體4，非線性彈簧5，實心質(zhì)量塊2放置于阻尼器腔體單元I內(nèi)，實心質(zhì)量塊2外壁與阻尼器腔體單元I內(nèi)壁之間留有間隙，所述間隙處填充有粘滯液體4，所述實心質(zhì)量塊2的四周開有貫通的預(yù)留孔洞3，使粘滯液體4可在實心質(zhì)量塊2中的預(yù)留孔洞3內(nèi)流通，以此來提供粘滯阻力；所述阻尼器腔體單元I的四周固定有非線性彈簧5 ;使用時，所述質(zhì)液阻尼器固定于需要減震的主體結(jié)構(gòu)上，非線性彈簧5另一端與主體結(jié)構(gòu)連接；非線性彈簧5與主體結(jié)構(gòu)連接處具有水平轉(zhuǎn)軸，可使非線性彈簧彈簧水平轉(zhuǎn)動；所述質(zhì)液阻尼器通過非線性彈簧5形成非線性減震系統(tǒng)，非線性彈簧5的調(diào)諧范圍通過增減位于四周的非線性彈簧5的剛度來調(diào)節(jié)。
[0010]本發(fā)明中，所述粘滯液體4加入的體積、比例根據(jù)實際減震結(jié)構(gòu)測量調(diào)節(jié)。
[0011]本發(fā)明中，阻尼器腔體單元I的底部安裝有萬向輪6，以實現(xiàn)質(zhì)液阻尼器水平面內(nèi)雙自由度移動。
[0012]本發(fā)明中，所述阻尼器腔體單元I為矩形結(jié)構(gòu)，其四周各分布有一組非線性彈簧5。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下:
I)基于傳統(tǒng)質(zhì)量阻尼器，引入NES系統(tǒng)，利用其非線性特性，大幅提高減振頻帶。
[0014]傳統(tǒng)質(zhì)量阻尼器有著技術(shù)成本低、價格便宜等優(yōu)點；然而，其工作方式大多為線性模式，這也就意味著在阻尼器的減震方式和減震效果較為單一。在當(dāng)今自然災(zāi)害(諸如風(fēng)、地震)或者人為的荷載施加情況下，傳統(tǒng)阻尼器所能發(fā)揮的功能十分有限。因此，在高層結(jié)構(gòu)設(shè)計中，NES，作為可以大幅增加阻尼以達到減少高層建筑物側(cè)向位移的系統(tǒng)，越來越為結(jié)構(gòu)設(shè)計師所關(guān)注。本項目所提出的阻尼器設(shè)計方案，一方面具備傳統(tǒng)阻尼器簡易、造價低的特點；另一方面，通過增加非線性的阻尼系統(tǒng)(諸如非線性彈簧、可控氣壓腔)，大幅提高其減振頻帶，從而可以廣泛應(yīng)用于各種高層建筑。
[0015]2)去除軌道約束，通過轉(zhuǎn)軸及萬向輪，使阻尼器在多向荷載作用下，發(fā)揮其減振作用。
[0016]一般來說，阻尼器的安置方向與可能最大荷載的方向一致，因此，在其他方向或多向的荷載下，無法起到有效的減振作用。在我們的設(shè)計中，通過安置萬向輪和連接轉(zhuǎn)軸，使得阻尼器在平面上進行雙自由度的運動，進而達到多向荷載下，最優(yōu)化的減振效果。
[0017]3)本發(fā)明阻尼器腔體單元構(gòu)造形式簡單，可以根據(jù)基本結(jié)構(gòu)的特點設(shè)置不同的組合方式，使阻尼器布置位置更為靈活，適用于不同方向的地震作用，以達到較好的減震效果。制造成本低廉，安裝簡便。
【附圖說明】
[0018]通過結(jié)合附圖，從下面的實施例的描述中，本發(fā)明這些或其他方面的優(yōu)點將會變得更清楚，并且更易于理解，其中
圖1為本發(fā)明正立面圖；
圖2為本發(fā)明側(cè)立面圖；
圖3為本發(fā)明俯視圖。
[0019]圖中標號:1為阻尼器腔體單元，2為實心質(zhì)量塊，3為預(yù)留孔洞，4為粘滯液體，5為非線性彈簧，6為萬向輪。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明的具體構(gòu)思是，通過結(jié)合TMD和TLD阻尼器共同的優(yōu)良特性，使主體結(jié)構(gòu)的震動傳遞到非線性可調(diào)諧質(zhì)液阻尼器減震控制裝置上
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的【具體實施方式】。
[0021]實施例1:如圖1 一圖3所示，為本發(fā)明的一種實施例。
[0022]阻尼器質(zhì)量主要為實心質(zhì)量塊2和粘滯液體4，再根據(jù)需要，可以附加額外質(zhì)量。阻尼器腔體單元1，尺寸為1000x1000x500mm，中部固定一實心質(zhì)量塊2，尺寸為800x800x300mm,重1000千克，內(nèi)部預(yù)先鉆有Φ 10的預(yù)留孔洞(通孔)，實心質(zhì)量塊2與阻尼器腔體單元I間充入60%至70%粘滯液體4 ;非線性彈簧5共四組，長度皆為500mm，外徑為25mm，每組20根，一端連在阻尼器腔體單元I上，另一端連于擋板或墻壁所預(yù)先安置的水平轉(zhuǎn)軸處，使其實現(xiàn)彈簧在水平方向上的轉(zhuǎn)動。中心結(jié)構(gòu)底部布置@250 Φ 40萬向輪6，萬向輪支架采用國標304不銹鋼，輪子材料采用高強度尼龍。
[0023]通過對本裝置的研究發(fā)現(xiàn)，由于其結(jié)合了多種消能減振的方式，故其在風(fēng)振和地震下的減振率分別能夠達到50%和40%以上。
[0024]雖然本發(fā)明是參照其示例性的實施例被具體描述和顯示的，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)的各種改變。
【主權(quán)項】
1.一種非線性調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，包括:阻尼器腔體單元(I)、實心質(zhì)量塊(2)、粘滯液體(4)和非線性彈簧(5)，其特征在于實心質(zhì)量塊(2)放置于阻尼器腔體單元(I)內(nèi)，實心質(zhì)量塊(2)外壁與阻尼器腔體單元(I)內(nèi)壁之間留有間隙，所述間隙處填充有粘滯液體(4)，所述實心質(zhì)量塊(2)的四周開有貫通的預(yù)留孔洞(3)，使粘滯液體(4)可在實心質(zhì)量塊(2)中的預(yù)留孔洞(3)內(nèi)流通，以此來提供粘滯阻力；所述阻尼器腔體單元(I)的四周固定有非線性彈簧(5);使用時，所述質(zhì)液阻尼器固定于需要減震的主體結(jié)構(gòu)上，非線性彈簧(5)另一端與主體結(jié)構(gòu)連接；非線性彈簧(5)與主體結(jié)構(gòu)連接處具有水平轉(zhuǎn)軸，可使非線性彈簧(5)水平轉(zhuǎn)動；所述質(zhì)液阻尼器通過非線性彈簧(5)形成非線性減震系統(tǒng)，非線性彈簧(5)的調(diào)諧范圍通過增減位于四周的非線性彈簧(5)的剛度來調(diào)節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，其特征在于:所述粘滯液體(4)加入的體積、比例根據(jù)實際減震結(jié)構(gòu)測量調(diào)節(jié)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性可調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，其特征在于:阻尼器腔體單元(I)的底部安裝有萬向輪(6)，以實現(xiàn)質(zhì)液阻尼器水平面內(nèi)雙自由度移動。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非線性可調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，其特征在于:所述阻尼器腔體單元(I)為矩形結(jié)構(gòu)，其四周各分布有一個非線性彈簧(5 )。
【專利摘要】本發(fā)明是一種利用非線性彈簧，將調(diào)諧質(zhì)量阻尼器與調(diào)諧液體阻尼器結(jié)合使用的非線性調(diào)諧質(zhì)液阻尼器，包括實心質(zhì)量塊、腔體、內(nèi)部粘滯液體、萬向輪、預(yù)留孔洞以及非線性彈簧裝置。本發(fā)明以實心質(zhì)量塊及其外部的封閉外殼為中心結(jié)構(gòu)，在腔體內(nèi)部添加一定體積的粘滯液體，粘滯液體可以在質(zhì)量塊中的預(yù)留孔洞內(nèi)流通。腔體外部由四組非線性彈簧將中心結(jié)構(gòu)與四周擋板或墻壁連接，非線性彈簧與擋板或墻壁連接處具有轉(zhuǎn)軸，可使其水平轉(zhuǎn)動。中心結(jié)構(gòu)的底部具有若干萬向輪，使得阻尼器可以在水平面內(nèi)可自由移動。其工作原理是利用實心塊本身的質(zhì)量、非線性彈簧和由粘滯液體流過實心塊中的小孔所提供的摩擦力來耗散地震或/和風(fēng)振輸入到建筑物的能量。本發(fā)明結(jié)合調(diào)諧質(zhì)量阻尼器和調(diào)諧液體阻尼器的優(yōu)點，安置在高層頂部，結(jié)構(gòu)簡單可靠，制造成本低廉，并可實現(xiàn)良好的減震效果。
【IPC分類】E04B1/98, E01D19/00
【公開號】CN105133743
【申請?zhí)枴緾N201510613033
【發(fā)明人】魯正, 夏子祺, 沈昕昱
【申請人】同濟大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年9月24日