一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器制造技术

本发明专利技术涉及一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，包括三棱柱箱体

【技术实现步骤摘要】
一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器


[0001]本专利技术属于土木结构振动控制
，尤其是涉及一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器
。

技术介绍

[0002]随着土木工程技术的发展，建筑的规模及其可容纳的人数不断增长，结构形式也愈发新颖
。
为了满足建筑功能以及美观等需求，人们不断地刷新大跨度和长悬挑的纪录
。
然而除地震作用造成的振动以外，对于大跨和悬挑结构，由于其较低的自振频率与人类活动的频率接近，结构容易产生竖向的共振，会造成结构内力的增加，危害结构的可靠性
。
并且对于剧院
、
机场和商场等人员密集的大跨建筑结构，由人员走动形成的竖向结构振动会产生显著的荷载作用
。
此外，人致结构振动在危害结构安全性和可靠性的同时，还会影响人体舒适度
。
由此可见，提升大跨悬挑结构的竖向减振能力具有重要的意义
。
[0003]一般情况下，可通过增加结构刚度的方法来减少大跨悬挑结构在振动下的响应，然而这样不仅会使耗材和造价增加，而且会增加结构本身的惯性，使得结构在动力作用下产生更大的内力，同时也有可能对建筑美观的需求造成不利的影响
。
因此，为了达到更高的经济效益以及结构可靠性，对于大跨悬挑结构，可以采取附加阻尼器的减振措施
。
在各种阻尼器中，调谐质量阻尼器具有十分显著的减振效果
。
[0004]调谐质量阻尼器
TMD(Tuned Mass Damper)
由质块，弹簧与阻尼系统组成
。
将其振动频率调整至主结构频率附近，改变结构共振特性，以达到减振作用
。
将调谐质量阻尼器用于大跨结构的竖向减振已有先例，如荷兰扬林泽尔大桥
、
伦敦千禧桥
、
印度新德里机场等
。
然而，
TMD
也具有明显的缺点，它只在共振区附近较小的频率范围内有效，减振频带窄，运动行程大
。
而当结构自振频率发生变化后，阻尼器很可能会发生失调
。
同时，为了弥补
TMD
的这项缺陷，可以通过设置多种阻尼器来覆盖多个频段，然而这必然会增加造价，造成不利的经济效应
。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的就是为了解决传统调谐质量阻尼器的减振频带窄，运动行程大以及颗粒碰撞产生噪音的问题而提供一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器
。
[0006]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0007]一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，包括三棱柱箱体，安装于三棱柱箱体下方的高阻尼弹簧，和设置于三棱柱箱体内部的钢质量块和多个用于减振的颗粒阻尼单元
。
[0008]进一步地，所述高阻尼弹簧的上端与三棱柱箱体连接，高阻尼弹簧的下端与需要进行竖向振动控制的大跨悬挑结构连接
。
[0009]进一步地，所述钢质量块的棱边与三棱柱箱体相接，颗粒阻尼单元设置于三棱柱箱体与钢质量块之间的空间内
。
[0010]进一步地，所述颗粒阻尼单元包括颗粒阻尼腔室，安装于颗粒阻尼腔室内壁的发泡橡胶垫，和放置于发泡橡胶垫上的大型颗粒球
、
中型颗粒球和小型颗粒球
。
[0011]进一步地，所述三棱柱箱体和钢质量块之间设置有能将钢质量块上方空间分隔成两个颗粒阻尼单元的钢制隔板
。
[0012]进一步地，所述钢质量块的上端和两侧各形成两个颗粒阻尼单元
。
[0013]进一步地，所述颗粒阻尼单元的形状为剖面是直角三角形的三棱柱，以增加颗粒球的碰撞耗能
。
[0014]更进一步地，所述颗粒阻尼单元对称设置，使碰撞时产生的水平向碰撞力能够在阻尼器内形成自平衡
。
[0015]进一步地，所述颗粒阻尼腔室内沿高度递减方向依次放置直径递减的大型颗粒球
、
中型颗粒球和小型颗粒球
。
[0016]进一步地，所述大型颗粒球之间的距离小于中型颗粒球的直径，中型颗粒球之间的距离小于小型颗粒球的直径
。
[0017]进一步地，所述大型颗粒球的直径与颗粒阻尼腔室的最大高度的比值为
0.56
‑
0.64
，优选为
0.6。
[0018]进一步地，所述中型颗粒球的直径与颗粒阻尼腔室的最大高度的比值为
0.30
‑
0.35
，优选为
0.33。
[0019]进一步地，所述小型颗粒球的直径与颗粒阻尼腔室的最大高度的比值为
0.15
‑
0.19
，优选为
0.17。
[0020]进一步地，所述大型颗粒球包括大型颗粒球发泡橡胶外包层和包裹于其内部的大型颗粒球钢制内芯，中型颗粒球包括中型颗粒球发泡橡胶外包层和包裹于其内部的中型颗粒球钢制内芯，小型颗粒球包括小型颗粒球发泡橡胶外包层和包裹于其内部的小型颗粒球钢制内芯
。
[0021]进一步地，所述颗粒阻尼腔室底部的发泡橡胶垫的表面带有多个圆弧凹面，大型颗粒球
、
中型颗粒球和小型颗粒球分别相切放置于圆弧凹面的弧底
。
[0022]进一步地，所述圆弧凹面的曲率半径分别为大型颗粒球
、
中型颗粒球和小型颗粒球半径的
2.8
‑
3.2
倍，优选为3倍
。
[0023]进一步地，当结构振动幅度较小时，颗粒球通过挤压发泡橡胶垫和滚动耗能；当结构振动幅度较大时，颗粒球通过碰撞挤压发泡橡胶耗能
。
[0024]进一步地，通过调整钢质量块的质量和高阻尼弹簧的刚度，使得阻尼器的固有频率接近大跨悬挑结构竖向振动的自振频率，以达到调谐的目的
。
[0025]进一步地，钢质量块的质量使三棱柱箱体的总质量与大跨悬挑结构的质量比为
0.5
％
‑2％，优选为1％
。
[0026]本专利技术还提供一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器在大跨悬挑结构振动控制领域的应用
。
[0027]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0028](1)
本专利技术将颗粒阻尼技术应用于结构竖向振动的控制，通过设置颗粒阻尼单元，减少大跨悬挑结构在地震或人致振动下的动力响应，拓展了颗粒阻尼在竖向激励下的耗能机理
。
在不同幅度的振动激励下，利用颗粒和发泡橡胶垫通过不同的方式耗能，以较为简单
的装置构造形成了分阶段的耗能机制；利用单个阻尼器，同时兼顾了大跨悬挑结构在人致振动和地震下产生的竖向振动
。
当结构振动幅度较小时，颗粒球通过挤压发泡橡胶垫和滚动耗能；当结构本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，其特征在于，包括三棱柱箱体
(1)
，安装于三棱柱箱体
(1)
下方的高阻尼弹簧
(2)
，和设置于三棱柱箱体
(1)
内部的钢质量块
(3)
和多个用于减振的颗粒阻尼单元
(4)
；所述高阻尼弹簧
(2)
的上端与三棱柱箱体
(1)
连接，高阻尼弹簧
(2)
的下端与需要进行竖向振动控制的大跨悬挑结构连接；所述钢质量块
(3)
的棱边与三棱柱箱体
(1)
相接，颗粒阻尼单元
(4)
设置于三棱柱箱体
(1)
与钢质量块
(3)
之间的空间内；所述颗粒阻尼单元
(4)
包括颗粒阻尼腔室
(5)
，安装于颗粒阻尼腔室
(5)
内壁的发泡橡胶垫
(9)
，和放置于发泡橡胶垫
(9)
上的大型颗粒球
(6)、
中型颗粒球
(7)
和小型颗粒球
(8)。2.
根据权利要求1所述的一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，其特征在于，所述三棱柱箱体
(1)
和钢质量块
(3)
之间设置有能将钢质量块
(3)
上方空间分隔成两个颗粒阻尼单元
(4)
的钢制隔板
(10)。3.
根据权利要求1所述的一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，其特征在于，所述钢质量块
(3)
的上端和两侧各形成两个颗粒阻尼单元
(4)
；所述颗粒阻尼单元
(4)
的形状为剖面是直角三角形的三棱柱，颗粒阻尼单元
(4)
对称设置
。4.
根据权利要求1所述的一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，其特征在于，所述颗粒阻尼腔室
(5)
内沿高度递减方向依次放置直径递减的大型颗粒球
(6)、
中型颗粒球
(7)
和小型颗粒球
(8)。5.
根据权利要求4所述的一种适用于大跨悬挑结构的三棱柱型调谐质量阻尼器，其特征在于，所述大型颗粒球
(6)
之间的距离小于中型颗粒球
(7)
...

【专利技术属性】
技术研发人员：鲁正，沈也雷，赵若宇，
申请(专利权)人：同济大学，
类型：发明
国别省市：