遏制结构对外部干扰的反应的方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种遏制结构对外部干扰的反应的方法及其装置。该装置包括限定内部空间的封壳，在封壳内的主重物，连接重物和封壳的弹性构件以及保持在内部空间内的粘性液体。该装置至少有一个固有频率和固有模式，重物根据弹性构件的变形而相对于封壳位移。该方法包括将封壳附着在结构上，将弹性构件夹持在封壳内侧并对重物施加回复力，在封壳内填充粘滞性液体以对重物施加阻尼力，构成振荡系统的各元件的选择应使系统的固有频率与结构的固有频率一致。（*该技术在2008年保护过期，可自由使用*）

Method and device for restraining reaction of structure to external interference

The invention relates to a method and a device for restraining the reaction of structure to external interference. The apparatus includes a housing defining the interior space, a main weight in the housing, an elastic member for connecting the heavy object and the shell, and a viscous liquid held in the interior space. The device has at least one natural frequency and an inherent mode, and the weight is shifted relative to the shell in accordance with the deformation of the elastic member. The method includes the envelope attached to the structure, the elastic member is clamped on the shell side and applying restoring force for the filling weight, viscosity of liquid in the package to the damping force of heavy objects, each element oscillating system should be chosen so that the natural frequency and the system natural frequency consistent.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种遏制结构振动的装置和方法。过去，为使结构抵抗诸如地震、风力和交通等引起的振动载荷，结构已经采用地震设计(seismicdesign)来建造以抗地震，地震设计是一种牢固建造结构以抵抗各种载荷的设计原理。但是近年来，一种所谓隔绝地震的概念已经发展起来并在实际中应用，以保护结构免受地震载荷的影响。隔绝地震是用比较软和有挠性的支撑来支撑结构，并且利用支撑的大变形能力来吸收传给结构的地震载荷。隔绝地震存在的问题在于，虽然隔绝地震可通过支撑来有效地截断传给结构的振动载荷，当振动载荷不通过支撑而直接诱导给结构时，有时会使情况变坏。当结构由于风力造成振动，或者例如当桥梁由于通过的交通车辆造成振动时就会发生这种情况。在这些情况下，如果使用传统的隔绝地震技术，振动易于变大。为了克服这些麻烦，已经发展了振动遏制结构。图9显示这种传统的振动遏制结构的一个实例。在图9中，振动遏制结构100包括有重物101;有支撑在楼板104上的支座102，支座102上有油膜103，靠油膜103支承重物101;有装有氮气的气体阻尼器105;有对重物101施加水平力的液压致动器106;有控制流向致动器106的油流的伺服阀107;以及通过伺服阀107向致动器106供油的供油单元108。振动遏制结构就两个互相垂直的垂直面来说具有相同的截面特性。振动遏制结构的工作情况如下所述。由于重物101由支座102及其上的油膜103所支承，作用在重物101上的摩擦力小到可忽略不计。这样，没有致动器106的推力和气体阻尼器105的作用，甚至在结构、从而是支座1S2沿水平方向振动时，重物101仍保持不动。恰恰相反，当致动器106对重物101施加一个推力时，致动器从重物那里接受一个反作用力。在适当方向给出推力，其反作用力就可遏制结构的振动。振动遏制结构100就是这样起遏制振动的作用的。气体阻尼器105靠消耗振动能来增加振动遏制结构100的效果。上述振动遏制结构存在的问题在于，遏制结构需要大量的诸如控制单元和传感器之类的辅加设备，这样不可避免地增加振动遏制结构的总成本。另一个问题在于，从经济观点的角度，安装到结构上的振动遏制结构的数量被限制在一个很小的数量。因此，由振动遏制结构施加到结构上的遏制力集中在安装振动遏制结构的很少几个地方，在某些情况下，需要加强结构。遏制结构振动的另一个传统的装置是由本专利技术人专利技术的，公开于日本专利申请62-13367号中，如附图说明图14所示。装置110包括有封壳111，重物112，在封壳111内支撑重物112的弹簧113，以及填充封壳111的内部空间的粘滞性液体114。将装置附着在结构115上以遏制其振动。当结构115振动时，振动激励装置110，重物112在粘滞性液体114和弹簧113的作用下开始按其固有频率振动。如果装置110的固有频率被调节，使之与结构的固有频率一致，该装置就起所谓动态阻尼器的作用，降低了结构的振动。装置110的固有频率，可以通过适当选择重物112、弹簧113和粘滞性液体114的性质来改变和调节，使之与结构的固有频率一致。该装置存在的问题在于，一旦其固有频率被选定之后，不容易改变其固有频率。在很长的使用周期中，由于组成结构或装置110的元件的物理性质变质，建筑物的固有频率和装置的固有频率可能要变化，在这些情况下，装置的固有频率的重新调整是不方便的。装置的另一个问题是，该装置只在一个方向上可有效地减小振动。因此，为了减小结构的三维振动，必须至少安装三个这样的装置，它们的指向互相垂直。为了寻找克服上述问题的解决办法，按照本专利技术的遏制振动的装置和方法，其目标在于，提供一种构造比较简单、成本低、安装在结构上以后可调节其固有频率的遏制结构的振动的方法及其装置。在本专利技术中，振动遏制装置是一种通常所说的静态结构，它不需要辅助设备。另外，因有频率的调节强扛谋涞傻母招曰蛘咧匚锏闹柿坷词迪值摹 本专利技术的另一个目的是提供一种在任何方向上都有效的装置。在本专利技术中，垂直方向的振动靠大块重物在垂直方向上的和协振动的作用来遏制，而水平两个方向的振动则借助于保持在重物中的液体的晃动来遏制。该重物具有存放液体的封壳的形式。在本专利技术的一个方面，按照本专利技术的装置包括有(a)在其内限定一个内部空间的封壳，(b)封装在封壳内的主重物，(c)将重物与封壳连接的弹性构件，对重物施加一个回复力，该回复力是由弹性构件的弹性根据重物相对于封壳的位移而产生的;(d)保持在内部空间的粘滞性液体，对重物施加一个阻尼力，该阻尼力由其粘性根据重物相对封壳的相对速度而产生，因此，该装置有至少一个固有频率和至少一个固有模式(naturalmode)，其中，重物根据弹性构件的变形而相对于封壳位移。在本专利技术的另一个方面，提供了一种遏制有固定频率结构的振动的方法，该方法包括以下步骤(a)将封壳附着在结构上，(b)将弹性构件固定到封壳上，使弹性构件被夹持在封壳内侧，(c)将重物与弹性构件相连，以对重物施加回复力，该回复力是由弹性构件的弹性根据重物对封壳的相对位移而产生的，(d)在封壳内的空间充填粘滞性液体，以便对重物施加阻尼力，该阻尼力是由粘滞性液体的粘性根据重物相对于封壳的相对速度而产生的，其中，封壳的尺寸、弹性构件的弹性、重物的质量和尺寸以及粘滞性液体的粘性的选择，应使由重物和弹性构件构成的振荡系统的固有频率通常与结构的固有频率一致。遏制结构振动的装置最好在三个互相垂直的相应方向上有至少三个有模态质量(modalmass)的固有模式(naturalmode)。在遏制结构振动的装置中，附着封壳的位置和振荡系统的固有频率的选择，应使相应于固有频率的振动模式的显著位移放置在附着封壳的地方。下文详述本专利技术的最佳实施方案。首先叙述第一种实施方案。图6和7显示本专利技术的安装在建筑物7顶部的装置的一种最佳实施方案。装置1包括固定在建筑物7上面的外壳2，由重量约为建筑物7几个百分数的大块混凝土制成的重物3，支承重物3并使重物可相对于外壳2作水平自由移动的支承装置6，将重物3连接至外壳2上并根据重物3相对于外壳2的位移大小来对重物3施加水平回复力的弹性装置4，以及填充外壳2内部空间的粘滞性液体材料5。外壳2和重物3具有矩形的水平横截面。重物3在正常情况下位于外壳2的中心。重物3和外壳2之间的空隙足够大，因此，在建筑物振动时，重物3不致同外壳2相撞。弹性装置4也具有足够的行程以便重物对外壳有相对位移。重物3、弹性装置4和粘滞性液体材料5的性质的确定，应使按下述内容所确定的装置1的固有频率，与建筑物7的固有频率一致。为了表达装置1的振动特性，该装置用一个振荡系统来进行模拟，振荡系统由质量M，支承质量的刚度为K的弹簧，以及与质量连接并平行于弹簧、阻尼系数为C的阻尼器。该模型称称之为沃伊特模型(VoigtModel)。这种沃伊特模型的固有频率Fn可由以下等式近似地给出F n=K/M/2pi]]>式中pi为圆周长对其直径之比。建筑物7也用沃伊特模型进行模拟，其弹性自然与装置1的特性不同。因此，装备有振动遏制装置的建筑物用由一个沃伊特模型安装在另一个顶上的一组沃伊特模型来模拟，如图13所示那样。现在参照图13所示的所谓双自由度振荡系统来说明本实施方案的工作情况。质量一弹簧一阻尼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种遏制结构振动的装置，该装置包括：（ａ）在其内限定一个内部空间的封壳；（ｂ）封装在封壳内的主重物；（ｃ）将重物与封壳连接的弹性构件，随着重物相对于封壳的位移，弹性物件对重物施加一个由其弹性所产生的回复力；（ｄ）保持在内部空 间的粘滞性液体，对重物施加一个阻尼力，该阻尼力由其粘滞性根据重物对封壳的相对速度来产生；由此，装置有至少一个固有频率和相应的有至少一个固有模式，其中，重物根据弹性构件的变形而相对于封壳位移。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：佐藤孝典，高梨和光，
申请(专利权)人：清水建设株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]