一种双向TMD控制装置及参数确定方法制造方法及图纸

一种双向TMD控制装置及参数确定方法，有一水平放置的底板，四块钢板分别垂直安装在底板上，第一钢板平行于底板，质量块(6)通过导杆安装在钢板(19)上，竖向弹簧嵌套在导杆上；基座下部通过钢珠、钢珠卡槽嵌套在轨道组件(12)的轨道槽中；铜板(9)安装在第一钢板的中间位置处，在第二、三钢板上分别对应质量块的位置处安装左铜板(91)、右铜板(9r),永磁体安装在卡槽中，横向弹簧(7＇)的两端分别连接在第四钢板和基座，另一对横向弹簧(7＇)的两端分别连接在第五钢板(5)和基座(10)上；其参数确定方法为:由计算得到的TMD竖向和水平向参数在有限元软件中进行优化，得到最优解，从而确定TMD的最终参数。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及土木工程技术，具体涉及减振控制技术。
技术介绍
在土木工程工程的发展，高强材料开始在建筑、桥梁等得到了大量的应用，大跨度的楼板、楼梯也日益增多。这种材料建筑、桥梁质量更轻。跨度更大，固有频率也更小，与行人行走的步频更加接近，这样容易引起结构的共振，产生较大的响应，重则振动导致楼房、桥梁等建(构)筑物倒塌破坏。为了减少事故的发生和生命财产损失，通常对此种大跨度结构进行振动控制，先主要是进行被动控制，即欲增加结构阻尼需采取吸能减振装置。传统的振动控制主要采用阻尼、隔振和吸振的方法实施振动控制，降低结构振动。竖向减振用TMD的阻尼形式主要为液体粘滞阻尼器(如专利号为201010137516.2公开的“一种悬吊式的调频质量阻尼器”)。但粘滞阻尼器存在漏油、不易养护,以及阻尼在后期均很难调节等问题。选用粘弹性阻尼材料，其主要特征与温度及频率有关。频率高到或温度低到一定的程度时，它呈玻璃态，失去阻尼性质；在低频或高温时，它呈橡胶态，阻尼也很小；只有在中频和中等温度时，阻尼最大。还有阻尼材料存在易老化等耐久性问题。随着TMD的发展，也有研究者开发了电涡流阻尼TMD(专利号为201510687582.X，名称为“一种用于天桥的装配式电涡流调谐质量阻尼器及制作方法”),但现有的电涡流阻尼器大多只能在一个方向进行控制，在竖向和水平方向上没有进行同时减振设计，为此需要对双向振动控制电涡流阻尼器进行设计。以上研究者均没有考虑上部结构的阻尼。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双向TMD控制装置及参数确定方法。本专利技术是一种双向TMD控制装置及参数确定方法，双向TMD控制装置，有一水平放置的底板17，第二钢板2、第三钢板3、第四钢板4、第五钢板5分别垂直安装在底板17上，第一钢板1平行于底板17，构成一半密封的立方体，质量块6通过导杆8安装在第六钢板19上，能够提供竖向的刚度和控制TMD在竖直方向运动的竖向弹簧7嵌套在导杆8上，第六钢板19安装在丁字形的基座10的上端部，基座10下部通过钢珠11、钢珠卡槽13嵌套在轨道组件12的轨道槽18中；铜板9的上端安装在第一钢板1的中间位置处，铜板9的下部延伸到质量块6上开设的空槽中，在第二钢板2上对应质量块6的位置处安装左铜板91,在第三钢板3上对应质量块6的位置处安装右铜板9r,在质量块6内部开设的卡槽16中至少安装有8块永磁体15，永磁体15的长度方向垂直于铜板9、左铜板91、右铜板9r所在的平面，至少有2个能够提供水平向的刚度和控制TMD在水平方向运动的横向弹簧7＇的两端分别连接在第四钢板4和基座10，至少有另外2个能够提供水平向的刚度和控制TMD在水平方向运动的横向弹簧7＇的两端分别连接在第五钢板5和基座10上。双向TMD控制装置的参数确定方法，其步骤为:在竖向方向上：(1)对大跨度梁板结构进行现场实测,得到大跨度梁板结构的n阶竖向振动频率fnV、模态质量mnV和结构阻尼比ξnV；(2)确定TMD的调谐质量与模态质量mnV的比值μ1,0.01<μ1<0.05；(3)TMD的谐调质量：mdV＝μ1mnV；TMD的设计刚度kdV：λoptV=(1-0.5μ11+μ1+1-2ξnV2-1)-[2.375-1.034μ1-0.426μ1]ξnVμ1-(3.730-16.903μ1+20.496μ1)ξnV2μ1]]>ω1＝2πfnVkdV=ωdV2mdV=(λoptVω1)2mdV=(2πfnVλoptV)2mdV]]>式中：λoptV为竖向TMD与结构控制模态频率比，μ1为竖向TMD谐调质量与结构控制模态质量的比值；ξnV为竖向实测结构阻尼比；TMD的竖向设计阻尼系数cdV：ξdoptV=3μ18(1+μ1)(1-0.5μ1)+(0.15ξnV-0.170ξnV2)+(0.163ξnV-4.980ξnV2)μ1]]>CdV＝2ξdoptVωdVmdV＝2ξdoptVλoptVω1mdV式中：ξdoptV为竖向TMD与结构控制模态阻尼比的比值。(4)竖向弹簧7刚度的设计:采用螺旋弹簧,共有4根,螺旋弹簧的刚度计算式为:式中:G表示弹簧钢的剪切模量；D表示弹簧的中径；n表示弹簧的有效圈数；d表示弹簧丝的线径，且其中,F表示弹簧的载荷,即TMD的调谐质量块自重；κ表示弹簧丝的曲度系数,[τ]表示弹簧丝的许用切应力；C表示压簧的旋绕比,C＝D/d；(5)TMD竖向阻尼的初步设计:首先选定永磁体的型号与尺寸,通过磁场有限元软件初步估算铜板处的主磁感应强度,然后依据电涡流阻尼系数的简化公式c＝σδSBz确定铜板的尺寸；式中:σ表示导体的导电系数；δ表示导体板的厚度；S表示导体板的受磁面积,计算时取永磁体的充磁面积之和；Bz表示导体板位置的主磁感应强度,即沿永磁体充磁方向的磁感应强度；水平方向上：(1)对大跨度梁板结构进行现场实测,得到大跨度梁板结构的n阶水平方向振动频率fnH、模态质量mnH和结构阻尼比ξnH；(2)确定TMD的调谐质量与模态质量mnH的比值μ2,0.01<μ2<0.05；(3)TMD的谐调质量：mdH＝2mnH；TMD的设计刚度kdH：λoptH=(1-0.5μ21+μ2+1-2ξnH2-1)-[2.375-1.034μ2-0.426μ2]ξnHμ2-(3.730-16.903μ2+20.496μ1)ξnH2μ21]]>ω2＝2πfnHkdH=ωdH2mdH=(λoptHω2)2mdH=(2πfnHλoptH)2mdH]]>式中：λoptH为水平方向TMD与结构控制模态频率比，μ2为水平方向TMD谐调质量与结构控制模态质量的比值；ξnH为水平方向实测结构阻尼比；TMD的水平方向设计阻尼系数cdH：ξdoptH=3μ28(1+μ2)(1-0.5μ2)+(0.15ξnH-0.170ξnH2)+(0.163ξnH-4.980ξnH2)μ2]]>cdH＝2ξdoptHωdHmdH＝2ξdoptHλoptHω2mdH式中：ξdoptH为水平方向TMD与结构控制模态阻尼比的比值。(4):TMD水平方向的横向弹簧7＇刚度的设计:竖向TMD刚度元件采用螺旋弹簧,共有4根,螺旋弹簧的刚度计算式为:式中:G表示弹簧钢的剪切模量；D表示弹簧的中径；n表示弹簧的有效圈数；d表示弹簧丝的线径，且其中,F表示弹簧的载荷,即TMD的调谐质量块自重；k表示弹簧丝的曲度系数,[τ]表示弹簧丝的许用切应力；C表示压簧的旋绕比,C＝D/d；(6)TMD水平方向阻尼的初步设计:首先选定永磁体的型号与尺寸,通过磁场有限元软件初步估算导体铜板处的主磁感应强度,然后依据电涡流阻尼系数的简化公式c＝σδSBZ确定导体铜板的尺寸；式中:σ表示导体的导电系数；δ表本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双向TMD控制装置，有一水平放置的底板(17)，第二钢板(2)、第三钢板(3)、第四钢板(4)、第五钢板(5)分别垂直安装在底板(17)上，第一钢板(1)平行于底板(17)，构成一半密封的立方体，其特征在于质量块(6)通过导杆(8)安装在第六钢板(19)上，能够提供竖向的刚度和控制TMD在竖直方向运动的竖向弹簧(7)嵌套在导杆(8)上，第六钢板(19)安装在丁字形的基座(10)的上端部，基座(10)下部通过钢珠(11)、钢珠卡槽(13)嵌套在轨道组件(12)的轨道槽(18)中；铜板(9)的上端安装在第一钢板(1)的中间位置处，铜板(9)的下部延伸到质量块(6)上开设的空槽中，在第二钢板(2)上对应质量块(6)的位置处安装左铜板(91),在第三钢板(3)上对应质量块(6)的位置处安装右铜板(9r),在质量块(6)内部开设的卡槽(16)中至少安装有8块永磁体(15)，永磁体(15)的长度方向垂直于铜板(9)、左铜板(91)、右铜板(9r)所在的平面，至少有2个能够提供水平向的刚度和控制TMD在水平方向运动的横向弹簧(7＇)的两端分别连接在第四钢板(4)和基座(10)，至少有另外2个能够提供水平向的刚度和控制TMD在水平方向运动的横向弹簧(7＇)的两端分别连接在第五钢板(5)和基座(10)上。...

【技术特征摘要】
1.一种双向TMD控制装置，有一水平放置的底板(17)，第二钢板(2)、第三钢板(3)、第四钢板(4)、第五钢板(5)分别垂直安装在底板(17)上，第一钢板(1)平行于底板(17)，构成一半密封的立方体，其特征在于质量块(6)通过导杆(8)安装在第六钢板(19)上，能够提供竖向的刚度和控制TMD在竖直方向运动的竖向弹簧(7)嵌套在导杆(8)上，第六钢板(19)安装在丁字形的基座(10)的上端部，基座(10)下部通过钢珠(11)、钢珠卡槽(13)嵌套在轨道组件(12)的轨道槽(18)中；铜板(9)的上端安装在第一钢板(1)的中间位置处，铜板(9)的下部延伸到质量块(6)上开设的空槽中，在第二钢板(2)上对应质量块(6)的位置处安装左铜板(91),在第三钢板(3)上对应质量块(6)的位置处安装右铜板(9r),在质量块(6)内部开设的卡槽(16)中至少安装有8块永磁体(15)，永磁体(15)的长度方向垂直于铜板(9)、左铜板(91)、右铜板(9r)所在的平面，至少有2个能够提供水平向的刚度和控制TMD在水平方向运动的横向弹簧(7＇)的两端分别连接在第四钢板(4)和基座(10)，至少有另外2个能够提供水平向的刚度和控制TMD在水平方向运动的横向弹簧(7＇)的两端分别连接在第五钢板(5)和基座(10)上。2.根据权利要求1所述的双向TMD控制装置，其特征在于永磁体(15)通过螺栓(14)定在质量块(6)之间。3.根据权利要求1所述的双向TMD控制装置，其特征在于永磁体(15)的每相邻的两个永磁体(15)的磁极颠倒设置。4.双向TMD控制装置的参数确定方法，其特征在于，其步骤为:在竖向方向上：(1)对大跨度梁板结构进行现场实测,得到大跨度梁板结构的n阶竖向振动频率fnV、模态质量mnV和结构阻尼比ξnV；(2)确定TMD的调谐质量与模态质量mnV的比值μ1,0.01<μ1<0.05；(3)TMD的谐调质量：mdV＝μ1mnV；TMD的设计刚度kdV：λoptV=(1-0.5μ11+μ1+1-2ξuV2-1)-[2.375-1.034μ1-0.426μ1]ξnVμ1-(3.730-16.903μ1+20.496μ1)ξnV2μ1]]>ω1＝2πfnVkdV=ωdV2mdV=(λoptVω1)2mdV=(2πfnVλoptV)2mdV]]>式中：λoptV为竖向TMD与结构控制模态频率比，μ1为竖向TMD谐调质量与结构控制模态质量的比值；ξnV为竖向实测结构阻尼比；TMD的竖向设计阻尼系数cdV：ξdoptV=3μ18(1+μ1)(1-0.5μ1)+(0.15ξnV-0.170ξnV2)+(0.163ξnV-4.980ξnV2)μ1]]>cdV＝2ξdoptVωdVmdV＝2ζdoptVλoptVω1mdV式中：ξdoptV为竖向TMD与结构控制模态阻尼比的比值。(4)竖向弹簧(7)刚度的设计:采...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱前坤，蒲兴龙，惠晓丽，南娜娜，张琼，杜永峰，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃;62