一种球面静压支承调谐质量阻尼系统技术方案

本发明专利技术涉及一种球面静压支承调谐质量阻尼系统，涉及结构减振技术领域，安装在所需振动控制的主结构（1）之上，该系统由滑板摩擦副（2），滑板（3），球面静压支承滑动支座单元（4）质量块（5），阻尼器（6），调频器（7），限位缓冲器（8）和传感监测器（9）组成。与现有技术相比，本发明专利技术通过将质量块承载、连接于球面静压支承滑动支座单元之上，球面静压支承滑动支座单元在接触面压力膜润滑下几乎无摩擦的特点可使其即使在主结构受外载激励仅产生微幅振动时其仍可启动，从而其可最大化起到提高主结构振动舒适度作用，同时球面静压支承滑动支座单元在接触面压力膜润滑下几乎无磨损的特点可使其在日常工况下几乎无任何损耗。常工况下几乎无任何损耗。常工况下几乎无任何损耗。

【技术实现步骤摘要】
一种球面静压支承调谐质量阻尼系统


[0001]本专利技术涉及结构减振
，尤其是涉及一种球面静压支承调谐质量阻尼系统。

技术介绍

[0002]质量调谐减振技术在结构振动控制技术中是一种相对成熟的技术，因其具有对控制元件要求低，可直接单点安装于主结构，在（超）高层建筑、高耸结构、大跨结构的振动控制中获得了广泛应用。质量调谐类减振产品中，被动式调谐质量阻尼系统单元（Tuned Mass Damper，以下简称TMD）、被动式调节液体阻尼器（Tuned Liquid Damper以下简称TLD）、主动调谐质量阻尼系统(Active Tuned Mass Damper，以下简称ATMD)是当前结构控制领域使用频率最高、范围最广的控制装置。
[0003]TMD、TLD的产品结构相对简单，其工作机理为将产品基频调试至与主结构某一阶所需控制基频接近，当主结构在大风、人行、地震等外载下产生振动时，产品由于惯性会被动以与主结构此阶基频成一定相位差的同频共振，通过此共振抑制主结构振动的同时通过自身的阻尼消耗能量从而减小主结构振动幅值。被动式质量调谐类产品特点是振控机理简明、工作时不需消耗额外能量。
[0004]TMD用于减小结构的水平向振动时，TMD按质量块的安装方式可分为悬吊式TMD及承载式TMD。
[0005]悬吊式TMD通过钢丝绳、钢绞线等拉索状构件吊挂于与主结构固接的框架之下。悬吊式TMD质量块运动形式类似单摆，其运动周期计算公式为，其中L为拉索固定端与质量块质心的垂向距离，g为地球重力加速度，但由于（超）高层建筑、高耸结构、大跨结构所需振动控制的水平向一阶自振周期往往较长，因此计算所得摆长较大，如上海中心大厦一阶自振周期约9秒，因此采用的摆式电涡流调谐质量阻尼系统摆长近20米，对使用空间有较大的要求，而较少有结构预留了如此大的空间供TMD使用。
[0006]承载式TMD的质量块通过滑板、滑轨、支座等装置承载，这类承载装置自身存在一定摩擦系数。TMD质量块需产生与结构非同步的惯性抑制作用时，首先需要克服此静摩擦力才能够启动，在克服静摩擦力前，TMD质量块的运动加速度与结构相同。当TMD用于提高风荷载下的结构舒适度等仅会产生较小幅值工况时，结构自身的加速度绝对数值不足以使得质量块克服静摩擦力启动，即，其中，m为质量块重量，a为结构振动加速度，μ为摩擦系数，g为地球重力加速度。可见，假设g≈10（m/s2），当μ＞0.1
×
a时，TMD在此加速度下无法启动，从而无法减小此加速度下结构的振动幅值。常见的滑板、滑轨、支座等承载装置的静摩擦系数μ难以做到0.01以下，因此对振动控制目标a≤0.1(m/s2)的结构，使用带有较大摩擦力承载装置的TMD难以起到减振的作用。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的就是为了提供一种满足结构紧凑、启动灵敏和TMD耐久性要求中的
至少一种的球面静压支承调谐质量阻尼系统。
[0008]本专利技术提供的球面静压支承调谐质量阻尼系统主要技术特点为其可通过将质量块承载、连接于球面静压支承滑动支座单元之上，球面静压支承滑动支座单元在接触面压力膜润滑下几乎无摩擦的特点可使其即使在主结构受外载激励仅产生微幅振动时其仍可启动，从而其可最大化起到提高主结构振动舒适度作用，同时球面静压支承滑动支座单元在接触面压力膜润滑下几乎无磨损的特点可使其在日常工况下几乎无任何损耗。球面静压支承调谐质量阻尼系统的运动频率调节至与主结构所控基频接近，在质量块随主结构同频共振运动过程中，吸收主结构的振动并对主结构呈一定相位差惯性运动抑制减振，运动过程中，阻尼器及限位缓冲器产生的阻尼力以及摩擦副产生的摩擦力等效为系统阻尼，通过系统阻尼将结构的动能转换为热能进行耗散。
[0009]与现有同类产品相比，此专利技术一种球面静压支承调谐质量阻尼系统通过一种紧凑型的产品结构设计，使其在占用较小现场空间的前提下实现了灵敏度高、耐久性优地提高结构舒适度的作用，并且通过多级的设计实现了在突发、极限外载下可限制质量块运动幅值的同时其仍发挥调谐减振的作用。
[0010]本专利技术所述的主结构一般为高层建筑、高耸结构、大跨结构。
[0011]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：一种球面静压支承调谐质量阻尼系统，安装在所需振动控制的主结构之上，当主结构在外载激励下产生振动时球面静压支承调谐质量阻尼系统起到减振的作用；该系统包括：滑板摩擦副，用于竖向承载上部滑板，当主结构无大幅振动时，两者间存在静摩擦力。当主结构大幅振动时滑板在滑板摩擦副上滑动且此时两者间存在动摩擦力；滑板，用于竖向承载上部球面静压支承滑动支座单元并且当主结构小幅振动时，滑板受到球面静压支承滑动支座单元传递而来的水平力小于等于其与滑板摩擦副间的静摩擦力，从而其底部不滑动，而当主结构大幅振动时，滑板受到球面静压支承滑动支座单元传递而来的水平力大于其与滑板摩擦副的间静摩擦力，从而其开始滑动，此时与滑板摩擦副间存在动摩擦力；球面静压支承滑动支座单元，用于竖向承载上部质量块，通过控制其内部接触面的弧度可控制质量块运动时的摆动周期，球面静压支承滑动支座单元内部接触面间可建立压力膜，从而使得内部接触面在相对运动时几乎无摩擦从而提高产品的启动性和耐久性；质量块，用于在产品频率调谐至于主结构接近时，当主结构在外载下产生振动时，质量块由于惯性，将与主结构同频共振，从而起到动力吸振的作用而减小主结构的振动，并其在运动过程中将带动阻尼器及限位缓冲器运动从而将结构的动能转换为阻尼单元的热能进行耗散；阻尼器，用于在主结构小幅振动时，消耗质量块在球面静压支承滑动支座单元上晃动时的动能；调频器，用于在主结构小幅振动时，调节质量块在球面静压支承滑动支座单元上晃动的频率；限位缓冲器，用于在主结构大幅振动时，消耗滑板在滑板摩擦副上运动时的动能；传感监测器，用于监测主结构的振动情况；
所述滑板摩擦副承载于主结构之上并与其固定连接；所述滑板承载于滑板摩擦副之上，并与滑板摩擦副滑动连接；所述的滑板与质量块之间设有球面静压支承滑动支座单元；所述的球面静压支承滑动支座单元由底座、顶座，以及设置在二者之间的轴心组成；所述的底座承载于滑板之上并与其固定连接；所述的顶座用于承载质量块并与其固定连接；所述的底座朝向顶座一侧设有底部压力膜；所述的顶座朝向底座的一侧设有轴心顶部压力膜；其中，所述的底部压力膜和顶部压力膜由可控液压组件提供高压油并通过高压供油管路传输并在轴心与轴心底部摩擦副及轴心顶部摩擦副之间形成；所述的阻尼器一端与质量块底部铰接，另一端与球面静压支承滑动支座单元铰接；所述的调频器一端与质量块底部铰接，另一端与球面静压支承滑动支座单元铰接；具体而言，调频器可以对称设置在每个阻尼器两侧，也可以按项目实际情况和空间，设置在阻尼器的上下或四周；所述的限位缓冲器沿滑板摩擦副周向均匀设置在主结构之上；所述的传感监测器设置在主结构之上。
[0012]进一步地，所述的轴心靠近底座的一端设有与底座滑动连接的轴心底部摩擦副，靠近顶座的一端设有与顶座滑动连接的轴心顶部摩擦副。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种球面静压支承调谐质量阻尼系统，安装在所需振动控制的主结构（1）之上，其特征在于，该系统由滑板摩擦副（2）、滑板（3）、球面静压支承滑动支座单元（4）、质量块（5）、阻尼器（6）、调频器（7）、限位缓冲器（8）和传感监测器（9）组成；所述滑板摩擦副（2）承载于主结构（1）之上并与其固定连接；所述滑板（3）承载于滑板摩擦副（2）之上，并与滑板摩擦副（2）滑动连接；所述的滑板（3）与质量块（5）之间设有球面静压支承滑动支座单元（4）；所述的球面静压支承滑动支座单元（4）由底座（4
‑
1）、顶座（4
‑
7），以及设置在二者之间的轴心（4
‑
4）组成；所述的底座（4
‑
1）承载于滑板（3）之上并与其固定连接；所述的顶座（4
‑
7）用于承载质量块（5）并与其固定连接；所述的底座（4
‑
1）朝向顶座（4
‑
7）一侧设有底部压力膜（4
‑
2）；所述的顶座（4
‑
7）朝向底座（4
‑
1）的一侧设有轴心顶部压力膜（4
‑
6）；所述的阻尼器（6），一端与质量块（5）底部铰接，另一端与球面静压支承滑动支座单元（4）铰接；所述的调频器（7）一端与质量块（5）底部铰接，另一端与球面静压支承滑动支座单元（4）铰接；所述的限位缓冲器（8）沿滑板摩擦副（2）周向均匀设置在主结构（1）之上；所述的传感监测器（9）设置在主结构（1）之上。2.根据权利要求1所述的一种球面静压支承调谐质量阻尼系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱唯丰，涂田刚，李为，洪彦昆，丁孙玮，
申请(专利权)人：上海材料研究所有限公司，
类型：发明
国别省市：