[发明专利]非线性可调谐质液阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性可调谐质液阻尼器，结合非线性弹簧调谐的TMD、TLD组合阻尼器装置，由水箱、实心质量块、非线性弹簧（NES系统）组成，属于土木工程减振控制领域，可用于高层建筑、高耸结构和桥梁结构等。

背景技术

随着社会经济的快速发展和结构设计理论的不断改进，复杂、刚柔等高层结构不断涌现，但随之也产生了很多灾害防护问题，其中大部分动力问题，如风、地震等，由于其具有很大的随机性，导致结构的动力响应极为复杂，因此改正结构的抗震性能具有重大的研究意义。

土木工程中的结构振动控制是指针对结构在人为、地震和风等动力荷载作用下响应过大的情况，利用结构动力学原理，通过一定的减振措施来减小结构的动力响应，使结构可以在规定范围内正常工作。

在众多的被动控制装置中，调谐质量阻尼器(TMD)是较早应用在建筑结构中的控制装置，是一种相对来说比较可靠、成熟的动力减振装置。它主要是在建筑物顶部某个位置上设置惯性质量，利用共振原理，当主体结构在外部荷载作用下产生振动时，其随之产生振动并产生作用力反作用于结构上，从而减小结构的动力响应。然而，TMD存在一个不容忽视的缺点：对频率调谐的敏感性有误差。在TMD的设计过程中，只有TMD系统的自振频率与受控结构的自振频率调谐至一个合理的比值，才能使TMD发挥最大的减震耗能效果。可是由于结构自身的非线性特征，理论计算与施工之间的误差，加之结构在经受地震作用过程中其动力参数将产生波动等因素，TMD系统的频率与结构的自振频率很难始终调谐到一致，其对结构的振动控制效果就会大大折扣。

调谐液体阻尼器（TLD）是一种新型的结构被动控制装置，是利用固定水箱中液体在晃荡中产生的动侧压力来提供减振力的一种控制装置。与TMD相比，TLD有着包括低初始成本、维修费用低和容易调谐的优点。

传统线性吸振器的适用频带较窄，而利用非线性吸振器（NES）的宽频吸振特性进行动态调谐减振，则只需有限吸振器即可达到较好的减振效果，因此受到研究界越来越多的关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效减小主体结构的振动的非线性可调谐质液阻尼器，即通过结合非线性弹簧调谐的TMD、TLD组合阻尼器装置，在风或/和地震作用下，利用实心块本身的质量和非线性弹簧产生的与结构位移相反的作用力以及由粘滞液体流过实心块中的小孔所提供的摩擦力共同吸收风或/和地震对结构输入的能量。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

本发明提出的一种非线性调谐质液阻尼器，包括：阻尼器腔体单元1、实心质量块2、粘滞液体4，非线性弹簧5，实心质量块2放置于阻尼器腔体单元1内，实心质量块2外壁与阻尼器腔体单元1内壁之间留有间隙，所述间隙处填充有粘滞液体4，所述实心质量块2的四周开有贯通的预留孔洞3，使粘滞液体4可在实心质量块2中的预留孔洞3内流通，以此来提供粘滞阻力；所述阻尼器腔体单元1的四周固定有非线性弹簧5；使用时，所述质液阻尼器固定于需要减震的主体结构上，非线性弹簧5另一端与主体结构连接；非线性弹簧5与主体结构连接处具有水平转轴，可使非线性弹簧弹簧水平转动；所述质液阻尼器通过非线性弹簧5形成非线性减震系统，非线性弹簧5的调谐范围通过增减位于四周的非线性弹簧5的刚度来调节。

本发明中，所述粘滞液体4加入的体积、比例根据实际减震结构测量调节。

本发明中，阻尼器腔体单元1的底部安装有万向轮6，以实现质液阻尼器水平面内双自由度移动。

本发明中，所述阻尼器腔体单元1为矩形结构，其四周各分布有一组非线性弹簧5。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）基于传统质量阻尼器，引入NES系统，利用其非线性特性，大幅提高减振频带。

传统质量阻尼器有着技术成本低、价格便宜等优点；然而，其工作方式大多为线性模式，这也就意味着在阻尼器的减震方式和减震效果较为单一。在当今自然灾害（诸如风、地震）或者人为的荷载施加情况下，传统阻尼器所能发挥的功能十分有限。因此，在高层结构设计中，NES，作为可以大幅增加阻尼以达到减少高层建筑物侧向位移的系统，越来越为结构设计师所关注。本项目所提出的阻尼器设计方案，一方面具备传统阻尼器简易、造价低的特点；另一方面，通过增加非线性的阻尼系统（诸如非线性弹簧、可控气压腔），大幅提高其减振频带，从而可以广泛应用于各种高层建筑。

2）去除轨道约束，通过转轴及万向轮，使阻尼器在多向荷载作用下，发挥其减振作用。