一種多維抗扭轉減振器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種多維抗扭轉減振器，包括套裝在一起且能互相轉動的內部鋼筒和外部鋼筒，所述內部鋼筒箱體內的頂部連接一個垂直向下的剛性吊桿，剛性吊桿的底部連接一個質量球，內部鋼筒箱體頂部連接一個垂直向上且穿過外部鋼筒的剛性連接桿，剛性連接桿與一個水平設置的上部法蘭板相連，在剛性連接桿與外部鋼筒之間通過彈性元件相連，外部鋼筒的底部與下部法蘭板相連，且在所述的外部鋼筒底部及頂部與內部鋼筒之間的部位均放置數(shù)個空心球。
【專利說明】
一種多維抗扭轉減振器
技術領域
[0001]本實用新型涉及一種多維抗扭轉減振器，主要針對某些復雜或者重要的工程結構，以及高聳建筑結構的一種多維抗扭轉減振器。
【背景技術】
[0002]隨著科學技術的進步和建筑材料以及施工技術的發(fā)展，建筑結構形式朝著多樣化的方向發(fā)展。規(guī)則的建筑結構體型簡單，質量和剛度分布比較均勻，受力性能明確，因此在設計分析時容易考慮其在荷載作用下的反應與內力分布。復雜結構由于其結構形式的復雜性，在荷載(特別是在強風或強烈地震)作用下的結構動力反應強烈，如何減小建筑物的動力響應，控制不利荷載對建筑物的損傷，使建筑物兼具安全美觀與舒適性的基本要求，成為國內外研究人員關注的焦點。
[0003]從結構受力特性來看，風荷載及地震作用在復雜高層建筑分析和設計中起重要的作用，目前傳統(tǒng)的抗震抗風設計往往通過一些構件的彈塑性變型來耗散由風荷載及地震激勵引起的結構振動的動能，從而防止建筑物的倒塌，然而這種彈塑性耗能會對結構構件造成一定程度上的損傷。近年來，結構振動控制技術不斷發(fā)展成熟，許多隔震與耗能裝置被運用到建筑結構當中，雖然能夠減輕結構在風和地震等動力作用下的反應和損傷，但裝置的耐久性與耐腐蝕性卻是目前耗能裝置中普遍存在的問題。
[0004]此外，大量的研究表明:在風荷載及地震作用下，許多建筑物的破壞是由于構件的扭轉破壞造成的。結構形式復雜的建筑物，剛度分布通常是不對稱的，其在強風強震作用下，表現(xiàn)出明顯的平扭耦合作用，容易誘發(fā)造成結構扭轉脆性破壞，進而導致結構傳力路徑破壞，造成整體結構的破壞倒塌。目前的對結構扭轉的控制主要是通過調整結構布置及增加結構的抗扭剛度實現(xiàn)的，這勢必增大構件的截面，成本較高，且增大了風荷載及地震的作用，存在一定的安全隱患。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型目的是提供一種多維抗扭轉減振器，旨在減小建筑結構(尤其是復雜及高聳建筑結構等)在風荷載及地震作用下的扭轉及振動反應，達到耗能減振的效果。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用下述技術方案:
[0007]—種多維抗扭轉減振器，包括套裝在一起且能互相轉動的內部鋼筒和外部鋼筒，所述內部鋼筒內的頂部連接一個垂直向下的剛性吊桿，剛性吊桿的底部連接一個質量球，內部鋼筒箱體頂部連接一個垂直向上且穿過外部鋼筒的剛性連接桿，剛性連接桿與一個水平設置的上部法蘭板相連，在剛性連接桿與外部鋼筒之間通過彈性元件相連，外部鋼筒的底部與下部法蘭板相連，且在所述的外部鋼筒底部及頂部與內部鋼筒之間的部位均放置數(shù)個空心球。
[0008]進一步的，所述的內部鋼筒和外部鋼筒之間通過螺紋配合。
[0009]進一步的，所述的外部鋼筒內壁附有螺紋，通過與內部鋼筒外壁上的螺紋接觸使兩個箱體連接在一起，兩個鋼筒均與法蘭板相連。
[0010]進一步的，所述的質量球和剛性吊桿設置在內部鋼筒中部，剛性吊桿上端與固定在鋼筒內部上面的萬向鉸相連，下端與質量球固定連接，通過質量球在鋼筒內擺動，并與側壁發(fā)生碰撞來能耗。
[0011]進一步的，所述質量球外部貼附一層粘彈材料層，起到吸收能量、耗能減振的作用。
[0012]進一步的，所述的上下法蘭板上均有多個螺栓孔，對稱均勻分布，便于與控制結構連接。
[0013]進一步的，所述的彈性元件為彈簧，彈簧材料為形狀記憶合金材料，提供穩(wěn)定的阻尼力，達到耗能的效果。
[0014]進一步的，所述的薄壁空心球是由記憶合金制成的，具有高彈性、變形大可恢復的特點。
[0015]進一步的，所述剛性吊桿及質量球的中心均位于鋼筒的豎向中心線上，且所述質量球可沿任意方向擺動。
[0016]進一步的，所述粘彈性材料層的材質為橡膠、硅膠、乳膠或環(huán)氧樹脂。
[0017]進一步的，所述懸掛質量擺的頻率由質量球的質量與剛性吊桿的長度控制。
[0018]進一步的，所述內外鋼筒間的螺紋需均勻涂抹潤滑油，減少摩擦阻力，可以保證內部鋼筒的轉動。
[0019]使用時，本實用新型應當固定于結構易發(fā)生扭轉破壞的位置。通過法蘭板與結構或構件進行連接，當結構發(fā)生扭轉時，內部鋼筒通過接觸的螺紋在外部鋼筒內部轉動，擠壓上部或下部的薄壁記憶合金空心球，空心球的自復位能力能夠抵抗結構的扭轉，同時形狀記憶合金耗能彈簧伸長或縮短，提供穩(wěn)定的阻尼力，起到耗散能量的作用。內部鋼筒中剛性吊桿的下端連接質量球，萬向鉸允許剛性桿沿著任意方向運動，剛性吊桿和質量塊組成了一個懸掛質量擺，通過質量球的擺動和碰撞，減小所在結構水平方向上的振動響應，達到耗能減振的效果可以通過調節(jié)剛性吊桿的長度、彈簧的剛度或者質量塊的質量來保證減振器的頻率于結構的固有頻率保持一致，達到最優(yōu)的減振效果。
[0020]本實用新型的有益效果是:
[0021 ]該減振裝置可以對結構的扭轉進行有效的控制，很大程度上減少扭轉對結構造成的損傷，除此之外，裝置內部鋼筒中由于萬向鉸的存在保證了擺球水平向的任意擺動，能夠對建筑物水平向的振動進行控制，減小結構在風荷載或地震作用下水平向的振動反應，起到調頻減振的作用，保證強風強震作用下建筑物的安全性。該減振裝置中形狀記憶合金高彈性高阻尼的特點以及質量球與筒壁的碰撞，均可以有效地耗散能量，提高減振及扭轉控制的效果。該減振裝置構造簡單、加工方便、耐久性耐腐蝕性強、性價比高、便于安裝。
【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0023]圖1是一種多維抗扭轉減振器的主視圖示意圖。
[0024]圖2是一種多維抗扭轉減振器的A-A剖面圖示意圖。
[0025]圖中:I萬向鉸，2剛性吊桿，3粘彈性材料層，4質量球，5內部鋼筒，6外部鋼筒，7薄壁記憶合金空心球，8形狀記憶合金耗能彈簧，9螺紋，10上部法蘭板，11下部法蘭板，12螺栓孔，13剛性連接桿。
【具體實施方式】
[0026]以下結合技術方案和附圖詳細敘述本實用新型的實施方式。
[0027]本實用新型提出的一種多維抗扭轉減振器如圖1，圖2所示，該裝置是由懸掛質量擺和形狀記憶合金空心球共同組成，與傳統(tǒng)的振動控制裝置相比，本實用新型在減小結構動力響應的基礎上，對結構的扭轉進行有效控制，在很大程度上減少扭轉對結構造成的損傷，同時保證強風強震作用下建筑物的安全性。此外，本實用新型中使用的形狀記憶合金是集感知與驅動于一體的一種具有特殊新型功能的智能材料。與其他材料相比，它具有形狀記憶效應和高效阻尼性能，能夠克服傳統(tǒng)材料耐久性耐腐蝕性差的特點，使用周期長。
[0028]本實用新型的具體結構如下:
[0029]多維抗扭轉減振器，包括外部鋼筒6和內部鋼筒5，外部鋼筒6通過內壁螺紋9與內部鋼筒接觸，螺紋處應刷涂適量的潤滑油，保證內部圓筒的轉動不受影響。內部鋼筒5通過剛性連接桿與上部法蘭板10相連，剛性連接桿13焊接在上部法蘭板及內部鋼筒5上，與外部鋼筒空隙處均勻設置4根形狀記憶合金耗能彈簧8。下部法蘭板11焊接在外部鋼筒6底部。內部鋼筒5內設置水平向的懸掛質量擺，懸掛質量擺，由一個萬向鉸1、一根剛性吊桿2，質量球4組成；
[0030]其中萬向鉸I焊接于內部鋼筒頂部中心，剛性吊桿2的上端與萬向鉸通過銷栓連接，下端通過焊接固定質量球4，其擺動頻率盡可能接近被控結構的主頻率，質量球4外側貼附粘彈性材料層3，粘彈性材料僅布置在質量球表面，以降低造價。剛性吊桿2和質量球4能沿任意方向擺動，并可以與內部鋼筒側壁發(fā)生碰撞，達到調頻減振的效果。
[0031 ]薄壁記憶合金空心球7均勻分布在內、外鋼筒之間，起到耗能復位的作用。
[0032]上部法蘭板10與下部法蘭板11上均對稱分布8個螺栓孔，便于與控制結構連接。[0033 ]該減振裝置可以對結構的扭轉進行有效的控制，很大程度上減少扭轉對結構造成的損傷，除此之外，裝置可減小結構在風荷載或地震作用下水平向的振動反應，保證強風強震作用下建筑物的安全性。該減振裝置中形狀記憶合金高彈性高阻尼的特點以及質量球與筒壁的碰撞，均可以有效地耗散能量，提高減振及扭轉控制的效果。該減振裝置構造簡單、加工方便、耐久性耐腐蝕性強、性價比高、便于安裝。
[0034]具體的使用方法如下:
[0035]使用時，本實用新型應當固定于結構易發(fā)生扭轉破壞的位置。通過法蘭板與結構或構件進行連接，當結構發(fā)生扭轉時，內部鋼筒通過接觸的螺紋在外部鋼筒內部轉動，擠壓上部或下部的薄壁記憶合金空心球，空心球的自復位能力能夠抵抗結構的扭轉，同時形狀記憶合金耗能彈簧伸長或縮短，提供穩(wěn)定的阻尼力，起到耗散能量的作用。內部鋼筒中剛性吊桿的下端連接質量球，萬向鉸允許剛性吊桿沿著任意方向運動，剛性吊桿和質量塊組成了一個懸掛質量擺，通過質量球的擺動和碰撞，減小所在結構水平方向上的振動響應，達到耗能減振的效果可以通過調節(jié)剛性吊桿的長度、彈簧的剛度或者質量塊的質量來保證減振器的頻率于結構的固有頻率保持一致，達到最優(yōu)的減振效果。
[0036]本專利的上述實施方案并不是對本實用新型保護范圍的限定，本專利的實施方式不限于此，凡此種種根據(jù)本專利的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本專利上述基本技術思想前提下，對本專利上述結構做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應落在本專利的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種多維抗扭轉減振器，其特征在于，包括套裝在一起且能互相轉動的內部鋼筒和外部鋼筒，所述內部鋼筒內的頂部連接一個垂直向下的剛性吊桿，剛性吊桿的底部連接一個質量球，內部鋼筒箱體頂部連接一個垂直向上且穿過外部鋼筒的剛性連接桿，剛性連接桿與一個水平設置的上部法蘭板相連，在剛性連接桿與外部鋼筒之間通過彈性元件相連，外部鋼筒的底部與下部法蘭板相連，且在所述的外部鋼筒底部及頂部與內部鋼筒之間的部位均放置數(shù)個空心球。2.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述的內部鋼筒和外部鋼筒之間通過螺紋配合實現(xiàn)相互轉動。3.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述的質量球和剛性吊桿設置在內部鋼筒中部，剛性吊桿上端與固定在內部鋼筒上面的萬向鉸相連，下端與質量球固定連接，且剛性吊桿及質量球的中心均位于鋼筒的豎向中心線上，質量球可沿任意方向擺動，并與側壁發(fā)生碰撞來能耗。4.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述質量球外部貼附一層粘彈材料層。5.如權利要求4所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述粘彈性材料層的材質為橡膠、硅膠、乳膠或環(huán)氧樹脂。6.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述的彈性元件為彈簧，彈簧材料為形狀記憶合金材料。7.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述的空心球是由記憶合金制成的。8.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述內、外鋼筒間的螺紋均勻涂抹用于減少摩擦阻力的潤滑油，保證內部鋼筒的轉動。9.如權利要求1所述的多維抗扭轉減振器，其特征在于，所述的上、下法蘭板上設有對稱均勻分布的螺栓孔，用于與控制結構連接。
【文檔編號】E04B1/98GK205421587SQ201620171790
【公開日】2016年8月3日
【申請日】2016年3月7日
【發(fā)明人】田利, 蓋霞
【申請人】山東大學