[发明专利]悬吊式多单元碰撞阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种通过钢索与主体结构铰接，在每个腔体单元内置单个颗粒的由多个腔体单元组成的悬吊式多单元碰撞阻尼器，通过调谐和摩擦碰撞来耗能，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构和桥梁结构等）振动控制领域。

背景技术

近年来调谐质量阻尼器（TMD）或调谐液体阻尼器（TLD）减振控制技术以其对原结构改动小、施工简单、减振效果显著等特点而广受重视，并在国内外土木工程中得到广泛应用。冲击阻尼器作为一种新型的消能减振控制技术，具有对原系统改动小、耐久性好、可靠度高、对温度变化不敏感，易于用在恶劣环境等优点，逐渐成为土木工程研究人员的研究热点。

属于被动控制装置的调谐质量减振系统目前存在以下不足：首先，调谐质量系统减振频带窄，往往只能对其调谐的频率产生较好的减振效果，对于偏离该频率的振动区域控制效果不佳。其次，调谐质量阻尼器系统需设置昂贵的阻尼器单元，不利于广泛应用。而同样属于被动控制的冲击阻尼器减振系统，目前也存在以下不足：首先，冲击阻尼器在工作的时候会产生很大的噪声。其次，冲击阻尼器对装置的制作精度要求高，从而提高了造价。此外，冲击阻尼器不能够根据基本结构的运动状况实时地调整自身信息以提高其工作效率。因此，将调谐质量阻尼器和冲击阻尼器结合起来，使其优势互补，并进行改进开发，形成一种构造形式简单、价格低廉、耗能能力好、调频能力强的新型悬吊式多单元碰撞阻尼器，这对于实际工程的减振控制具有重要的参考应用价值。

发明内容

为了解决传统调谐质量阻尼器调谐频带窄，设置耗能阻尼器昂贵的问题，以及传统颗粒阻尼器由于颗粒堆叠以及弹性碰撞导致的耗能能力有限的问题，同时也为了解决传统冲击阻尼器噪声大、信息调整的滞后性问题，本发明的目的在于提出一种悬吊式多单元碰撞阻尼器，该装置结合调谐质量阻尼器和冲击阻尼器各自优点，并加以改进，即通过钢索与主体结构铰接，在每个阻尼器腔体单元内置一个颗粒，并将不同的腔体单元以一定的方式组合起来，形成悬吊式多单元碰撞阻尼器。本阻尼器构造简单、调频能力强、碰撞耗能能力好、水平方向上多维控制效果好。在风或/和地震作用下，每个腔体单元内的颗粒可以伴随阻尼器腔体，通过钢索系统，沿着振动输入的方向起到调谐基本结构振动频率的作用，同时，通过颗粒与阻尼器腔体之间的碰撞产生与基本结构运动方向相反的作用力，同样可以减弱基本结构的振动。颗粒与阻尼器腔体单元间的摩擦、碰撞也可以耗散能量。限位装置的设置可以保证阻尼器在超强风或/和地震下，不至于摆动幅度过大而撞击结构产生破坏。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

本发明的一种悬吊式多单元碰撞阻尼器，包括：阻尼器腔体单元1、颗粒2、钢索3和限位装置4，阻尼器腔体单元1为圆柱体或正方体，若干个阻尼器腔体单元1按照一定的排列方式组成一个阻尼器框架结构，每个阻尼器腔体单元1内置一个颗粒2，预埋件与阻尼器框架结构通过钢索3铰接，阻尼器框架结构的外部设置有限位装置4，以防止其振动过大撞坏结构；该装置能够在水平方向上，沿着多个方向振动，一方面通过调谐结构的自振频率，另一方面通过颗粒2滚动、摩擦、碰撞转移和耗散基本结构的动能。

本发明中，所述颗粒2为球形，直径应结合具体需要设定。颗粒宜用恢复系数大的材料。

本发明中，颗粒2在水平面占用面积为其所在阻尼器腔体单元1水平面积的5%~20%。

本发明中，阻尼器腔体单元应结合基本结构的特点设置不同的组合方式。

本发明中，钢索将结构内置的预埋件与阻尼器腔体铰接，使得阻尼器能够在水平方向上沿着多个方向振动，以抵抗不同方向作用的风或/和地震荷载。

本发明中，阻尼器外部设置的限位装置能够保证阻尼器在较大的摆动幅度下不至于与基本结构发生剧烈碰撞而损坏。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明阻尼器腔体单元有多个尺寸，每个颗粒的尺寸是相同的，基本结构在不同的频率激励下，基本可以保证有一种尺寸的阻尼器腔体单元内颗粒与阻尼器腔体碰撞达到最优的减振效率，这就能在更大的频率范围内减小基本结构的振动。

2）本发明阻尼器腔体单元可以按照基本结构的特点设置不同的组合方式，这样可以使阻尼器布置位置更为灵活，以达到最好的减振效果。

3）本发明实现了调谐质量阻尼器与冲击阻尼器的组合，使其既可以发挥调谐质量阻尼器的优点，同时又可以将冲击阻尼器在运动过程中产生的与基本结构运动方向相反的作用力叠加在阻尼器的运动上，使阻尼器可以在更大的范围内运动，更加有效的调谐基本结构的运动。