一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的制造方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括外殼，液缸，上質(zhì)量塊，下質(zhì)量塊，彈簧，細長彈性體和阻尼流體，所述阻尼器通過所述外殼與主結(jié)構(gòu)連接，所述外殼與所述液缸連接，所述液缸內(nèi)部設(shè)有所述細長彈性體，所述細長彈性體的兩端分別與所述上質(zhì)量塊和所述下質(zhì)量塊連接，所述液缸內(nèi)注滿所述阻尼流體，所述上質(zhì)量塊與所述下質(zhì)量塊都與所述彈簧連接，所述質(zhì)量塊與所述下質(zhì)量塊統(tǒng)稱為質(zhì)量塊。本實用新型具有阻尼形式新穎、所需空間小、耐久性好、施工安裝方便等優(yōu)點。
【專利說明】
一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型是一種用于工程結(jié)構(gòu)振動控制的調(diào)諧減振裝置，用于地震作用或風荷載引起的動力響應(yīng)控制，屬于建筑結(jié)構(gòu)減振控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著對土木工程結(jié)構(gòu)抗振(震)安全性和舒適性要求的提高，采用結(jié)構(gòu)振動控制技術(shù)的工程結(jié)構(gòu)越來越多。調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper, TMD)系統(tǒng)是結(jié)構(gòu)被動減振控制體系的一類，它由主結(jié)構(gòu)和附加在主結(jié)構(gòu)上的子結(jié)構(gòu)組成。其中，子結(jié)構(gòu)包括固體質(zhì)量、彈簧減振器和阻尼器等，它具有質(zhì)量、剛度和阻尼，通過改變質(zhì)量或剛度調(diào)整子結(jié)構(gòu)的頻率，使其盡量接近主結(jié)構(gòu)的基本頻率或激勵頻率，當主結(jié)構(gòu)受激勵而振動時，子結(jié)構(gòu)就會產(chǎn)生一個與結(jié)構(gòu)振動方向相反的慣性力作用在主結(jié)構(gòu)上，使主結(jié)構(gòu)的振動反應(yīng)衰減并受到控制。子結(jié)構(gòu)在減振控制過程中相當于一個阻尼器，所以把子結(jié)構(gòu)稱為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。
[0003]常用的TMD中質(zhì)量由附加的質(zhì)量塊提供，剛度由懸吊、彈簧、橡膠塊等方式提供，阻尼由粘滯阻尼或摩擦阻尼提供。在實際工程應(yīng)用時，由于結(jié)構(gòu)空間的限制，對TMD的工作空間有$父尚的要求，如何在$父小的空間內(nèi)完成TMD所有功能，成為設(shè)計的關(guān)鍵所在。為此，先后從減小剛度元件尺寸的角度出現(xiàn)了超低頻擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼器及其實現(xiàn)方法(CN104612279 A)、一種超低頻調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(CN 203626078 U)等裝置，從減小阻尼元件尺寸的角度出現(xiàn)了永磁式懸浮水平調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(CN 204098268 U)、擺式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置(CN 103132628 A)等裝置，從TMD—體化的角度出現(xiàn)了一種剛度和阻尼一體化的水平全方向調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(CN 203769106 U)、一體式孔隙耗能環(huán)形調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(CN 104674968 A)等裝置。
[0004]當前的這些TMD中的阻尼形式主要采用了電磁、粘滯等原理，在采用粘滯阻尼原理中阻尼主要來源于流體中的孔隙耗能。本實用新型將利用細長彈性圓管在流動液體中易發(fā)生渦激共振的原理，開發(fā)一種利用渦激共振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，從而為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的設(shè)計提供另一種阻尼產(chǎn)生的方式。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種阻尼形式新穎、所需空間小、耐久性好、施工方便的利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，由于將質(zhì)量構(gòu)件、剛度構(gòu)件與阻尼構(gòu)件在一個較小的空間內(nèi)合理地整合在一起，極大地減小了TMD所需空間，同時，利用細長彈性體在液體中運動時時自身大幅度的振動變形來耗散TMD運動的能量，提供TMD所需的阻尼。
[0006]為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0007]—種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括外殼，液缸，上質(zhì)量塊，下質(zhì)量塊，彈簧，細長彈性體和阻尼流體，所述阻尼器通過所述外殼與主結(jié)構(gòu)連接，所述外殼與所述液缸連接，所述液缸內(nèi)部設(shè)有所述細長彈性體，所述細長彈性體的兩端分別與所述上質(zhì)量塊和所述下質(zhì)量塊連接，所述液缸內(nèi)注滿所述阻尼流體，所述上質(zhì)量塊與所述下質(zhì)量塊都與所述彈簧連接，所述質(zhì)量塊與所述下質(zhì)量塊統(tǒng)稱為質(zhì)量塊。
[0008]進一步的，所述外殼由上蓋板，側(cè)壁和下蓋板組成，所述液缸由液缸蓋板和液缸側(cè)壁組成，所述細長彈性體為圓形截面，由防水外殼、剛度層和阻尼層組成。
[0009]進一步的，所述液缸蓋板與所述外殼的所述側(cè)壁牢固連接;質(zhì)量塊通過彈簧與所述外殼的所述側(cè)壁連接。
[0010]優(yōu)選的，所述質(zhì)量塊提供質(zhì)量，所述彈簧提供剛度。
[0011]進一步的，所述阻尼流體是物理參數(shù)能夠使所述細長彈性體發(fā)生渦激共振的液體。
[0012]進一步的，所述阻尼器的形狀可以根據(jù)需要設(shè)計為矩形或正方形等其他水平截面形式，所述阻尼器可以采用橡膠墊或其他方式提供剛度。
[0013]本實用新型的有益效果:
[0014]本實用新型利用渦振耗能調(diào)諧質(zhì)量阻尼器具有阻尼形式新穎、所需空間小、耐久性好、施工方便等優(yōu)點。采用了封閉式設(shè)計，滿足功能的同時，保證了 TMD在安裝于外部時不受惡劣氣候的影響，從而可用于各種地區(qū)，并提高了TMD的耐久性及其功能輸出的穩(wěn)定性；相較于其他TMD，利用了細長彈性體渦激共振時的大幅度變形耗散能量，提供阻尼，從而為TMD提供更新穎、有效、穩(wěn)定的阻尼特性。該裝置能夠作為工程結(jié)構(gòu)的TMD子系統(tǒng)，耗散地震、風等災害輸入到結(jié)構(gòu)的能量，從而保證工程結(jié)構(gòu)的安全。
【附圖說明】
[0015]圖1為本實用新型利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的結(jié)構(gòu)縱剖面構(gòu)造示意圖；
[0016]圖2為本實用新型利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的結(jié)構(gòu)1-1剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖3為本實用新型利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的2-2剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖4為本實用新型利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的3-3剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖5為本實用新型利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的另一種實施方式的結(jié)構(gòu)縱剖面構(gòu)造示意圖；
[0020]圖6為本實用新型利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的細長彈性體構(gòu)造方案示意圖。
[0021 ]圖中標號說明:1、外殼，11、上蓋板，12、側(cè)壁，13、下蓋板，2、液缸，21、液缸蓋板，22、液缸側(cè)壁，3、質(zhì)量塊，31、上質(zhì)量塊，32、下質(zhì)量塊，4、彈簧，5、細長彈性體，6、阻尼流體。
【具體實施方式】
[0022]下面將參考附圖并結(jié)合實施例，來詳細說明本實用新型。
[0023]參照圖1-圖6所示，一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括外殼1，液缸2，上質(zhì)量塊31，下質(zhì)量塊32，彈簧4，細長彈性體5和阻尼流體6，所述阻尼器通過所述外殼I與主結(jié)構(gòu)連接，所述外殼I與所述液缸2連接，所述液缸2內(nèi)部設(shè)有所述細長彈性體5，所述細長彈性體5的兩端分別與所述上質(zhì)量塊31和所述下質(zhì)量塊32連接，所述液缸2內(nèi)注滿所述阻尼流體6，所述上質(zhì)量塊31與所述下質(zhì)量塊32都與所述彈簧4連接，所述質(zhì)量塊31與所述下質(zhì)量塊32統(tǒng)稱為質(zhì)量塊3。
[0024]進一步的，所述外殼I由上蓋板11，側(cè)壁12和下蓋板13組成，所述液缸2由液缸蓋板21和液缸側(cè)壁22組成，所述細長彈性體5為圓形截面，由防水外殼51、剛度層52和阻尼層53組成，所述細長彈性體5與所述質(zhì)量塊3之間的連接可根據(jù)剛度需求設(shè)計為鉸接、剛接或半剛接，防水外殼51位于所述細長彈性體5最外側(cè)，用于保護所述剛度層52和所述阻尼層53在液體中正常工作，且所形成的外部圓柱形狀提供了渦激共振發(fā)生的條件之一;所述剛度層52為所述細長彈性體5提供剛度，可根據(jù)需要選擇鋼材、鋁材等;所述阻尼層53為所述細長彈性體5提供耗散能量的阻尼，可選用鉛、高阻尼橡膠等耗能材料。
[0025]進一步的，所述液缸蓋板21與所述外殼I的所述側(cè)壁12牢固連接;質(zhì)量塊3通過彈簧4與所述外殼I的所述側(cè)壁12連接。
[0026]優(yōu)選的，所述質(zhì)量塊3提供質(zhì)量，所述彈簧4提供剛度，慣性力引起所述質(zhì)量塊3滑動，從而使得所述細長彈性體5與所述液缸2中的所述阻尼流體6發(fā)生相對運動，在運動的速度范圍內(nèi)，特殊設(shè)計的圓形截面的所述細長彈性體5發(fā)生較大幅度的橫向渦激共振，并通過所述細長彈性體5中阻尼層53的大幅度變形耗散能量。
[0027]進一步的，所述阻尼流體6是物理參數(shù)能夠使所述細長彈性體5發(fā)生渦激共振的液體。
[0028]進一步的，所述阻尼器的形狀可以根據(jù)需要設(shè)計為矩形或正方形等其他水平截面形式，所述阻尼器可以采用橡膠墊或其他方式提供剛度。
[0029]優(yōu)選的，質(zhì)量塊3與外殼I的上蓋板11與下蓋板13之間點接觸，并進行處理，使得質(zhì)量塊3能與上蓋板11和下蓋板13相互自由滑動；質(zhì)量塊3與液缸蓋板21表面亦采用滑動處理，減少相對滑動時的摩擦阻力;上質(zhì)量塊31與下質(zhì)量塊32之間可設(shè)置少量剛性柱體，以保證上、下質(zhì)量塊的同步運動。
[0030]進一步的，所述彈簧4由可伸縮導桿和彈簧兩部分組成，其剛度可在制作后根據(jù)實測結(jié)果在一定范圍內(nèi)適當調(diào)節(jié)，彈簧4與質(zhì)量塊3和外殼I的側(cè)壁12在水平面內(nèi)完全鉸接。
[0031]本實用新型的原理:
[0032]質(zhì)量塊提供質(zhì)量，彈簧或橡膠墊提供剛度，細長彈性體的大幅運動提供阻尼。當結(jié)構(gòu)受風荷載等動力荷載發(fā)生振動時，在慣性力的作用下，經(jīng)過設(shè)計的質(zhì)量塊發(fā)生往復運動，從而帶動相連的細長彈性體與液缸中的阻尼流體發(fā)生相對運動，由于TMD往往是按特定的頻率振動，因此多數(shù)時候細長彈性體與阻尼流體相對運動在一定的速度范圍內(nèi)，在此速度范圍內(nèi)，特殊設(shè)計的圓形截面細長彈性體發(fā)生較大幅度的橫向渦激共振，并通過細長彈性體中阻尼層的大幅度變形耗散能量。這樣減小了主結(jié)構(gòu)傳遞到自結(jié)構(gòu)的能量，控制了在動力荷載作用下的主結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而確保主體結(jié)構(gòu)安全。
[0033]本實用新型的具體實施步驟:
[0034](I)對結(jié)構(gòu)進行分析，計算出所需要的TMD參數(shù)，據(jù)此確定阻尼器的尺寸及參數(shù)。
[0035](2)阻尼器為軸對稱結(jié)構(gòu)，TMD外殼1、液缸2和質(zhì)量塊3同軸，預先在液缸側(cè)壁22上開設(shè)流體注入的灌注孔，將下半部的液缸蓋板21與側(cè)壁12進行焊接拼裝，而后將液缸側(cè)壁22安裝于下部的液缸蓋板21上，再將上部的液缸蓋板與液缸側(cè)壁22和側(cè)壁12連接。
[0036](3)加工細長圓筒形的阻尼層53，在其外面套上或包裹剛度層52，最后在剛度層52外套上防水外殼51，組裝成細長彈性體5。
[0037](4)將細長彈性體5與下質(zhì)量塊32連接，并將下質(zhì)量塊32安裝就位，并對質(zhì)量塊3和下部的液缸蓋板21之間進行接觸面的滑動處理;在上質(zhì)量塊31中預留細長彈性體5的安裝孔，將上質(zhì)量塊31安裝就位，通過預留安裝孔連接上質(zhì)量塊31和細長彈性體5，并做接觸面處理。
[0038](5)通過在側(cè)壁12和液缸側(cè)壁22預留的灌注孔輸入阻尼流體6;通過彈簧4將質(zhì)量塊3與側(cè)壁12連接，并定位。
[0039](6)安裝上蓋板11和下蓋板13，并處理他們和質(zhì)量塊3之間的接觸面;最后可將TMD成品安裝于結(jié)構(gòu)適當位置。
[0040]以上所述僅為本實用新型的優(yōu)選實施例而已，并不用于限制本實用新型，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實用新型可以有各種更改和變化。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，包括外殼(I)、液缸(2)、上質(zhì)量塊(31)、下質(zhì)量塊(32)、彈簧(4)、細長彈性體(5)和阻尼流體(6)，所述阻尼器通過所述外殼(I)與主結(jié)構(gòu)連接，所述外殼(I)與所述液缸(2)連接，所述液缸(2)內(nèi)部設(shè)有所述細長彈性體(5)，所述細長彈性體(5)的兩端分別與所述上質(zhì)量塊(31)和所述下質(zhì)量塊(32)連接，所述液缸(2)內(nèi)注滿所述阻尼流體(6)，所述上質(zhì)量塊(31)與所述下質(zhì)量塊(32)都與所述彈簧(4)連接，所述上質(zhì)量塊(31)與所述下質(zhì)量塊(32)統(tǒng)稱為質(zhì)量塊(3)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述外殼(I)由上蓋板(11)、側(cè)壁(12 )和下蓋板(13 )組成，所述液缸(2)由液缸蓋板(21)和液缸側(cè)壁(22)組成，所述細長彈性體(5)為圓形截面，由防水外殼(51)、剛度層(52)和阻尼層(53)組成。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述液缸蓋板(21)與所述外殼(I)的所述側(cè)壁(12)牢固連接;質(zhì)量塊(3)通過彈簧(4)與所述外殼(I)的所述側(cè)壁(12)連接。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述質(zhì)量塊(3)提供質(zhì)量，所述彈簧(4)提供剛度。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述阻尼流體(6)是物理參數(shù)能夠使所述細長彈性體(5)發(fā)生渦激共振的液體。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的利用渦振耗能的調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，其特征在于，所述阻尼器的形狀可以根據(jù)需要設(shè)計為矩形或正方形，所述阻尼器可以采用橡膠墊提供剛度。
【文檔編號】E04B1/98GK205637208SQ201620181522
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年3月10日
【發(fā)明人】陳鑫, 李愛群, 張志強, 王洪
【申請人】蘇州科技學院