[发明专利]阻尼比可调式调谐质量减振器

说明书

技术领域

本发明属于土木工程结构减振技术领域，具体涉及一种用于控制机场登机桥、大跨度人行天桥、港口栈桥、高层建筑及相关结构振动的调谐质量减振器。

背景技术

随着城市建设的发展，城市交通网络越来越发达，各种大跨度的机场登机桥、人行天桥、港口栈桥等桥梁结构得到了广泛的应用，为人们的出行带来了极大的便利。但是，此类桥梁虽然强度和刚度比较容易满足设计要求，其竖向振动的频率却普便都比较低(例如大跨度人行天桥的竖向频率通常只有2赫兹左右)，在风载、行人、车辆等动载作用下容易发生共振，给行人带来不舒服的感觉，造成桥梁自身结构损坏，甚至严重威胁到行人和车辆的安全。此外，一些细高建筑或大型钢结构建筑，如烟筒、体育场馆等，在外界风激励或人员行动激励作用下也容易发生共振。如何防止这类大跨度或细高结构的低频结构物发生破坏性共振成为工程设计中不得不着手解决的现实问题。调谐质量减振器(也有文献中称质量调谐阻尼器，或称质量调谐减振器，本文中简称TMD或减振器)是一种有效的减振控制装置，将它的固有频率调整到接近结构的自振频率，然后安装在结构上。当结构受到激振力干扰发生振动时，引起调谐质量减振器的共振，利用调谐质量减振器的振动惯性力反作用于结构本身，从而抵消激振力，达到减小结构反应的目的。需要指出的是，没有阻尼的调谐质量减振器在实践上很少使用，因为一但参数不准或激振力频率发生改变，结构的振幅就会迅速增大，形成新的共振，所以无阻尼调谐质量减振器的减振频率范围很窄。由此可见，要想最大限度发挥调谐质量减振器的减振作用，不仅要求其固有频率要尽可能接近结构的自振频率，还需要其阻尼比保持在最佳值。由于桥梁实际共振频率与设计存在偏差，以及部分桥梁后期设置巨幅广告等因素影响，桥梁结构的具体参数易发生变化，这就要求调谐质量减振器的固有频率和阻尼比都应该可以随时进行相应调整。可是，现有调谐质量减振器虽然可以实现随时调整固有频率，但其阻尼器多为小孔节流式或液压油活塞式结构，阻尼器的阻尼比都是一定的，调整阻尼比只能更换阻尼器，此外阻尼器处于往复振动条件下密封损坏较快，密封损坏后阻尼腔的压力差无法保持原设计，阻尼力下降，必须更换，而阻尼器的价格很高，依靠更换的方法解决此类问题势必造成极大的浪费。此外，现有调谐质量减振器的水平刚度普遍较差，易发生侧向摇摆，因此还需要设置导向装置才能实现垂向振动，如申请号为200410087664.2之中国专利所公布的定向垂直可调式调谐质量减振器。一旦导向装置与振动部分的配合不顺畅，这类调谐质量减振器的性能就会受到极大影响，因此必须定期检查维护，十分不便。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种阻尼比可以随时进行调整，阻尼器寿命长，基本无需维护和更换，导向功能强，同时刚度易于调整的阻尼比可调式调谐质量减振器。

本发明是这样实现的，包括质量块、弹簧、阻尼器和底座，其特征在于阻尼器是由阻尼缸、粘着阻尼液及活塞构成的粘着式阻尼器，其中，活塞和粘着阻尼液设置在阻尼缸内，活塞至少部分浸入粘着阻尼液中。活塞与阻尼缸相对运动时产生的阻尼力主要由阻尼液的粘着力组成，阻尼力的主要作用面位于活塞的侧面，阻尼液与活塞的接触面积可以通过阻尼液的用量进行调节。

阻尼缸体内部设置至少一个子缸，子缸之间彼此连通，活塞同时与阻尼缸体和子缸体配合，或设置数量与子缸数量匹配的子活塞。活塞或子活塞的形状为管状，或/和棒状，或/和板状。活塞或子活塞为管状结构时，活塞上或/和子活塞上设置排气孔。

根据粘着式阻尼器的工作原理，活塞与阻尼缸相对运动时产生的阻尼力主要由阻尼液的粘着力组成，阻尼液由高粘度的阻尼液体构成，如硅油或甲基硅油，阻尼力的主要作用面位于活塞的侧面，阻尼力与活塞在阻尼缸内上下移动过程中和粘着阻尼液发生接触的有效粘着工作面积成正比，因此，通过调整阻尼剂液面高度，就可以改变活塞的实际工作面积，从而达到改变阻尼器之阻尼比的目的。由于本发明的调谐质量减振器采用的是开放式的粘着阻尼器，阻尼器无需配合精度很高、耐压要求高的密封，只需要简单的防尘密封，因此拆装十分方便，可以随时将阻尼器的防尘密封拆开，通过添加或减少粘着阻尼液来改变阻尼器的阻尼比，进而优化整个系统的阻尼比。

同时，调谐质量块采用多片钢板通过螺栓组合在一起，利用增加或减少钢板数量，就可以改变总质量，从而实现随时调整本发明阻尼比可调式调谐质量减振器的固有频率，或者利用不同刚度的弹簧组合直接调整本发明阻尼比可调式调谐质量减振器的固有频率。这样就可以根据大跨度结构的实际情况，随时分别调整本发明阻尼比可调式调谐质量减振器的固有频率和阻尼比，从而获得更好的减振效果。