多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，包括密封腔體、彈簧、質(zhì)量塊和阻尼耗能裝置；設(shè)密封腔體的水平方向?yàn)閄方向，和水平方向相垂直的方向?yàn)閅方向；在密封腔體的Y方向上設(shè)有n個(gè)質(zhì)量塊和n?1個(gè)彈簧，且n個(gè)質(zhì)量塊和n?1個(gè)彈簧交替布置；所述質(zhì)量塊兩端連接有阻尼耗能裝置，阻尼耗能裝置與密封腔體固連；在X方向上布置有彈簧導(dǎo)軌和質(zhì)量塊滑軌；質(zhì)量塊在滑輪的帶動(dòng)下在質(zhì)量塊滑軌上能夠在X方向上左右移動(dòng)；彈簧一端與彈簧一側(cè)質(zhì)量塊的同側(cè)端通過彈簧掛鉤相連接，彈簧另一端與另一側(cè)質(zhì)量塊的同側(cè)端通過彈簧掛鉤相連接。本裝置通過調(diào)整質(zhì)量塊及彈簧剛度改變自身頻率，適用范圍廣，整體封裝于密封腔中，有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。
【專利說明】
多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，用于風(fēng)振或地震反應(yīng)的振動(dòng)控制，屬于結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]調(diào)諧質(zhì)量減振控制技術(shù)屬于結(jié)構(gòu)被動(dòng)控制。傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(tunedmassdamper，簡稱TMD)由質(zhì)量塊、彈簧、阻尼裝置組成。當(dāng)存在外激勵(lì)時(shí)，TMD系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的慣性力反作用到結(jié)構(gòu)上，對(duì)結(jié)構(gòu)振動(dòng)產(chǎn)生控制。TMD系統(tǒng)中的阻尼裝置也將發(fā)揮耗能作用，從而達(dá)到減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的目的。目前TMD已成功應(yīng)用于控制結(jié)構(gòu)風(fēng)振和地震反應(yīng)。被動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器(PTMD)是一種備受關(guān)注的建筑減振技術(shù)，自上世紀(jì)80年代以來，先后在波士頓John Hancock大樓、臺(tái)北101大樓等世界著名建筑中成功使用。實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，PTMD可將這些建筑結(jié)構(gòu)的風(fēng)振響應(yīng)幅值減小40%以上。目前，PTMD主要用于建筑風(fēng)振控制，在減小結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)(減震)的理論和應(yīng)用方面還不成熟。例如，我國最新修訂的《建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》GB5011-2010)仍未能對(duì)PTMD規(guī)定相關(guān)條文，反映出，現(xiàn)有研究成果還無法對(duì)PTMD減震設(shè)計(jì)提供足夠的理論支撐。She I don Cherry、T.T.Song等國際著名結(jié)構(gòu)控制專家曾分別在不同的專題會(huì)上表達(dá)過相似觀點(diǎn)——解決好減震頻率帶寬問題，PTMD在建筑應(yīng)用中將極具發(fā)展前途。當(dāng)PTMD頻率接近環(huán)境激勵(lì)(如地震、風(fēng)載等)頻率時(shí)才發(fā)揮抑振作用。由于現(xiàn)有PTMD均為單質(zhì)點(diǎn)設(shè)計(jì)，其自振頻率單一，只能在結(jié)構(gòu)的某一階振動(dòng)頻率附近發(fā)揮作用。而地震頻率較風(fēng)載頻率而言，其振頻更寬且高頻成分突出，可激發(fā)建筑結(jié)構(gòu)產(chǎn)生多種振動(dòng)模態(tài)，導(dǎo)致PTMD減震頻率與建筑振動(dòng)頻率難以完整匹配。這也是目前PTMD減震控制不如風(fēng)振控制效果好的主要原因。對(duì)此，有學(xué)者提出MTMD的方法，8卩:在建筑中安裝多個(gè)單自由度的PTMD(各PTMD自振頻率不一定相同)，從而形成具有一定頻率帶寬的PTMD組。但也有研究認(rèn)為:地震中采用MTMD時(shí)，某一PTMD可能會(huì)對(duì)控制外的其他振型起到放大作用，即導(dǎo)致“振型污染” ο目前，如何有效改善PTMD減震頻率帶寬的問題還沒有從根本上解決。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]所要解決的技術(shù)問題:本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有TMD控制裝置均為單質(zhì)點(diǎn)設(shè)計(jì)，其自振頻率單一，只能在結(jié)構(gòu)的某一階振動(dòng)頻率附近發(fā)揮作用而可能影響控制性能的問題，提出一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置。該裝置具有多個(gè)自振頻率，可以在較寬頻率范圍內(nèi)控制結(jié)構(gòu)由風(fēng)振或地震引起的振動(dòng)。
[0004]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，包括密封腔體、彈簧、質(zhì)量塊和阻尼耗能裝置;設(shè)密封腔體的水平方向?yàn)閄方向，和水平方向相垂直的方向?yàn)閅方向；在密封腔體的Y方向上設(shè)有η個(gè)質(zhì)量塊和η-1個(gè)彈簧，且η個(gè)質(zhì)量塊和η-1個(gè)彈簧交替布置;所述質(zhì)量塊兩端連接有阻尼耗能裝置，阻尼耗能裝置與密封腔體固連;在X方向上布置有彈簧導(dǎo)軌和質(zhì)量塊滑軌；質(zhì)量塊在滑輪的帶動(dòng)下在質(zhì)量塊滑軌上能夠在X方向上左右移動(dòng);彈簧導(dǎo)軌與密封腔體固連，彈簧位于彈簧導(dǎo)軌上;彈簧一端與彈簧一側(cè)質(zhì)量塊的同側(cè)端通過彈簧掛鉤相連接，彈簧另一端與另一側(cè)質(zhì)量塊的同側(cè)端通過彈簧掛鉤相連接；所述滑軌的軸線和導(dǎo)軌的軸線相互平行。
[0005]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述質(zhì)量塊的材料為鑄鋼、鑄鐵或鉛。
[0006]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:阻尼耗能裝置通過螺栓與質(zhì)量塊及密封腔體連接。
[0007]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:彈簧導(dǎo)軌通過螺栓與密封腔體連接。
[0008]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:質(zhì)量塊滑軌通過焊接或與密封腔體連接。
[0009]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述彈簧掛鉤為剛性掛鉤。
[0010]本實(shí)用新型的進(jìn)一步技術(shù)方案是:所述阻尼耗能裝置沿X方向布置，且阻尼耗能裝置的軸線相互平行。
[0011]發(fā)明效果
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)效果在于:與現(xiàn)有PTMD構(gòu)造不同，多頻PTMD(如圖3)的質(zhì)量部分由多個(gè)質(zhì)量塊串聯(lián)組成；質(zhì)量塊側(cè)面某(或某幾處)與建筑結(jié)構(gòu)間安裝黏滯阻尼器，以提供調(diào)頻質(zhì)量減震所需要的附加阻尼;各質(zhì)量塊質(zhì)量、質(zhì)量塊間的連接剛度等均不一定相同。所以，多頻PTMD具有多自由度動(dòng)力特征，含有多個(gè)自振頻率，從而具有一定的頻率帶寬。進(jìn)一步研究多頻PTMD方法，有助于完善現(xiàn)有的調(diào)頻質(zhì)量減震理論體系，有益于提高建筑結(jié)構(gòu)的耐震性能。本實(shí)用新型與傳統(tǒng)調(diào)諧質(zhì)量阻尼器不同，由多個(gè)調(diào)諧質(zhì)量塊組合而成，具有多自由度動(dòng)力特征，含有多個(gè)自振頻率，從而有一定的頻率帶寬，有良好的減震效果。本實(shí)用新型傳力途徑及控制目標(biāo)明確，通過調(diào)整質(zhì)量塊及彈簧剛度可以改變自身頻率，適用范圍廣，安裝簡單，整體封裝于密封腔中，一旦調(diào)試安裝完成可免維護(hù)，耐久性好，有很高的應(yīng)用推廣價(jià)值。
【附圖說明】
[0013]圖1是多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置立面剖視圖。
[0014]圖2是多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置側(cè)立面剖視圖
[0015]圖3是多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置俯視圖。
[0016]1-密封腔體;2-第一質(zhì)量塊;3-第二質(zhì)量塊;4-第三質(zhì)量塊;5-第一彈簧;6_第二彈簧;7-阻尼耗能裝置;8-彈簧導(dǎo)軌，9-質(zhì)量塊滑軌，10-質(zhì)量塊滑輪，11-彈簧掛鉤。
【具體實(shí)施方式】
[0017]下面結(jié)合具體實(shí)施實(shí)例，對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)一步說明。
[0018]1、參見圖1-圖3，多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置由密封腔體1、第一質(zhì)量塊2、第二質(zhì)量塊3、第三質(zhì)量塊4、質(zhì)量塊滑軌9、質(zhì)量塊滑輪10、第一彈簧5、第二彈簧6、彈簧導(dǎo)軌8，阻尼耗能裝置7、彈簧掛鉤11組成。質(zhì)量塊，滑軌、彈簧、阻尼耗能裝置等主要構(gòu)件封裝在密封腔內(nèi)。密封腔體幾何外形可以為圓柱體或是長方體，質(zhì)量塊可以是鑄鋼或鑄鐵，亦可以是其他材料。彈簧應(yīng)具有剛度和耐久性。彈簧通過彈簧掛鉤和螺栓與質(zhì)量塊連接。阻尼耗能裝置與質(zhì)量塊之間采用螺栓連接，質(zhì)量塊導(dǎo)軌焊接在密封腔體上。質(zhì)量塊承座于滑軌之上，通過滑輪實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動(dòng)。第一質(zhì)量塊2右側(cè)與第一彈簧8通過彈簧掛鉤11及螺栓連接，第二質(zhì)量塊3左側(cè)與第一彈簧8的同側(cè)端通過彈簧掛鉤11及螺栓連接，第二質(zhì)量塊3右側(cè)與第二彈簧6得同側(cè)端通過彈簧掛鉤11及螺栓連接，第三質(zhì)量塊4左側(cè)與第二彈簧6的同側(cè)端通過彈簧掛鉤11及螺栓連接。如此，各質(zhì)量塊之間可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)且有連接剛度，通過調(diào)節(jié)彈簧剛度和質(zhì)量塊質(zhì)量即可設(shè)計(jì)出擁有不同自振頻率的多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，通過螺栓與質(zhì)量塊及密封腔體連接。
[0019]每個(gè)TMD均包含一個(gè)質(zhì)量塊，屬于單自由度體，調(diào)諧控制頻率單一，質(zhì)量塊的剛度就是彈簧的剛度，而彈簧的剛度在這里沒有特殊的要求。而在多頻PTMD系統(tǒng)中，調(diào)諧子結(jié)構(gòu)由多個(gè)質(zhì)量塊串聯(lián)而成，是一個(gè)多自由度體系，具有多個(gè)振動(dòng)模態(tài)。多頻PTMD(多頻被動(dòng)調(diào)頻質(zhì)量阻尼器)的質(zhì)量部分由多個(gè)質(zhì)量塊串聯(lián)組成；質(zhì)量塊側(cè)面某處(或某幾處)與建筑結(jié)構(gòu)間安裝黏滯阻尼器(附加阻尼)、彈簧(附加剛度，)，以提供調(diào)頻質(zhì)量減震所需要的附加阻尼;各質(zhì)量塊質(zhì)量、質(zhì)量塊間的連接剛度等均不一定相同。所以，多頻PTMD具有多自由度動(dòng)力特征，含有多個(gè)自振頻率，從而具有一定的頻率帶寬，改善PTMD減震頻率帶寬的問題。通過增減質(zhì)量塊個(gè)數(shù)、改變附加阻尼、附加剛度安裝位置等，可以發(fā)展出多種構(gòu)造及布置方式的多頻PTMD系統(tǒng)，多頻PTMD系統(tǒng)中，子結(jié)構(gòu)是一個(gè)多質(zhì)點(diǎn)體系的剪切型結(jié)構(gòu)，在地震或風(fēng)作用下，其振動(dòng)模式為以某一振型為主(占80%以上)、其它振型為輔，因而可以將其近似簡化為具有某階振型的單質(zhì)點(diǎn)體系進(jìn)行分析。將子結(jié)構(gòu)簡化為具有某階振型的單自由度體系進(jìn)行分析，不僅便于理論推導(dǎo)，更可以與TMD系統(tǒng)采用類似的計(jì)算模型進(jìn)行對(duì)比分析，更好地認(rèn)識(shí)多頻PTMD系統(tǒng)調(diào)諧控制機(jī)理。需要特別指出的是，后文中出現(xiàn)的子結(jié)構(gòu)固有頻率均為子結(jié)構(gòu)的某階振型對(duì)應(yīng)的固有頻率。
[0020]質(zhì)量塊質(zhì)量，彈簧剛度、阻尼耗能參數(shù)可以根據(jù)不同的建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)選擇，以適應(yīng)不同的建筑結(jié)構(gòu)。多高層建筑或高聳結(jié)構(gòu)等剪切形結(jié)構(gòu)，可以簡化為具有多個(gè)質(zhì)點(diǎn)的多自由度體系。對(duì)于采用被動(dòng)質(zhì)量調(diào)諧減震控制的多質(zhì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)體系，如果只有一個(gè)子結(jié)構(gòu)，則該子結(jié)構(gòu)一般裝設(shè)于頂層，以控制第一振型的最大位移，從而達(dá)到最優(yōu)減震控制效果。
[0021]現(xiàn)以一個(gè)剪切形的多高層建筑，在頂層裝設(shè)一個(gè)多頻PTMD的多質(zhì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)諧體系進(jìn)行分析。多頻PTMD系統(tǒng)主結(jié)構(gòu)為η層，子結(jié)構(gòu)有ns個(gè)質(zhì)量塊，共有N=n+ns個(gè)自由度。子結(jié)構(gòu)安裝在結(jié)構(gòu)頂層，通過彈簧與阻尼器與主結(jié)構(gòu)連接。
[0022]多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器構(gòu)造示意圖見圖1，圖2，圖3，包括密封腔體I，第一質(zhì)量塊2，第二質(zhì)量塊3，第三質(zhì)量塊4，第一彈簧5，第二彈簧6，阻尼耗能裝置7，彈簧導(dǎo)軌8，質(zhì)量塊滑軌9，質(zhì)量塊滑輪10，彈簧掛鉤11。將串聯(lián)質(zhì)量塊、附加剛度、附加阻尼、建筑結(jié)構(gòu)組成的系統(tǒng)稱之為多頻PTMD系統(tǒng)。將串聯(lián)質(zhì)量塊、附加剛度、附加阻尼組成的結(jié)構(gòu)稱之為子結(jié)構(gòu)，將受控的建筑結(jié)構(gòu)稱為主結(jié)構(gòu)。調(diào)節(jié)三個(gè)質(zhì)量塊，待質(zhì)量塊調(diào)試滿足控制要求后，通過螺栓進(jìn)行密封處理。多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置通過螺栓連接在建筑物上。阻尼耗能裝置通過螺栓與質(zhì)量塊及密封腔體連接。相鄰質(zhì)量塊之間通過彈簧、彈簧掛鉤、螺栓連接，可以相對(duì)運(yùn)動(dòng)且有連接剛度。質(zhì)量塊承坐與滑軌上，可以通過滑輪在滑軌上左右運(yùn)動(dòng)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，包括密封腔體、彈簧、質(zhì)量塊和阻尼耗能裝置;設(shè)密封腔體的水平方向?yàn)閄方向，和水平方向相垂直的方向?yàn)閅方向；在密封腔體的Y方向上設(shè)有η個(gè)質(zhì)量塊和η-1個(gè)彈簧，且η個(gè)質(zhì)量塊和η-1個(gè)彈簧交替布置;所述質(zhì)量塊兩端連接有阻尼耗能裝置，阻尼耗能裝置與密封腔體固連;在X方向上布置有彈簧導(dǎo)軌和質(zhì)量塊滑軌；質(zhì)量塊在滑輪的帶動(dòng)下在質(zhì)量塊滑軌上能夠在X方向上左右移動(dòng);彈簧導(dǎo)軌與密封腔體固連，彈簧位于彈簧導(dǎo)軌上;彈簧一端與彈簧一側(cè)質(zhì)量塊的同側(cè)端通過彈簧掛鉤相連接，彈簧另一端與另一側(cè)質(zhì)量塊的同側(cè)端通過彈簧掛鉤相連接;所述滑軌的軸線和導(dǎo)軌的軸線相互平行。2.如權(quán)利要求1所述的一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，所述質(zhì)量塊的材料為鑄鋼、鑄鐵或鉛。3.如權(quán)利要求1所述的一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，阻尼耗能裝置通過螺栓與質(zhì)量塊及密封腔體連接。4.如權(quán)利要求1所述的一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，彈簧導(dǎo)軌通過螺栓與密封腔體連接。5.如權(quán)利要求1所述的一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，質(zhì)量塊滑軌通過焊接或與密封腔體連接。6.如權(quán)利要求1所述的一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，所述彈簧掛鉤為剛性掛鉤。7.如權(quán)利要求1所述的一種多頻調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制裝置，其特征在于，所述阻尼耗能裝置沿X方向布置，且阻尼耗能裝置的軸線相互平行。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK205637213SQ201620322958
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年4月18日
【發(fā)明人】連業(yè)達(dá), 劉中原, 馬強(qiáng), 李 昊, 常建, 張玉強(qiáng), 張?jiān)?
【申請(qǐng)人】西北工業(yè)大學(xué)