[发明专利]非线性颗粒碰撞阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种非线性颗粒碰撞阻尼器，通过环向对称布置的变刚度弹簧与基本结构连接，在一个或多个阻尼器腔体单元内部填充颗粒，通过大小颗粒的多次碰撞来耗能，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，基础隔震、消能减震以及调谐减震控制等被动控制技术由于其概念简单、机理明确、造价较低、减震效果显著而在国内外土木工程中得到广泛应用。其中，调谐质量阻尼器（TMD）以其施工简单、操作方便、减振效果显著等特点收到广泛欢迎。同时，调谐质量阻尼器只在特定的频带范围内具有一定的减振效果，且附加质量块与主体结构通过悬吊或滑动支座的方式相连，只能在水平方向上提供一个自振频率，而风/地震等的振动方向具有随机性，因此，在附加质量周围设置环向对称布置的变刚度弹簧，在各个方向上提供不同的刚度和调谐频率，同时在质量块上设置空腔，在其内部填充颗粒，通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能，并且达到加宽阻尼器的减振频率、提高阻尼器的减振效率的目的。

对于传统调谐质量阻尼器减振频带较窄且只能在水平方向上提供某一特定调谐频率的问题，本发明提出的非线性颗粒碰撞阻尼器通过在附加质量周围设置环向对称布置的变刚度弹簧，同时在质量块上设置空腔，在其内部填充颗粒，并通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能，以此达到加宽阻尼器的减振频率、提高阻尼器的减振效率以及降低成本的目的。首先在附加质量周围环向对称布置变刚度弹簧，使得阻尼器在水平方向上可以提供不同的调谐频率，当阻尼器的频率接近基本结构的频率时，阻尼器腔体内颗粒的剧烈碰撞，从而使主体结构的能量传递到阻尼器，耗散能量。同时，弹簧的变刚度可以俘获主体结构高阶的振动能量，通过附加阻尼器与主体结构共振传递，迅速降低主体结构振动，实现高效耗能的目的。

发明内容

为了解决传统调谐质量阻尼器减振频带较窄且只能在水平方向上提供某一特定调谐频率的问题，同时降低阻尼器成本，本发明的目的在于提出一种非线性颗粒碰撞阻尼器，该装置在传统调谐质量阻尼器的基础上加以改进，在附加质量周围环向对称设置8个变刚度弹簧，同时在阻尼器腔体设置颗粒群。本阻尼器构造简单、消能减震效果好。在风或地震作用下，该装置在各个方向上提供不同的刚度调谐频率，且弹簧刚度非线性变化，同时通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能。

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颗粒碰撞阻尼器，其主要包括附加法兰外环1、质量内环2、变刚度弹簧3、阻尼器腔体单元4和颗粒群5，附加法兰外环1通过螺栓与主体系统相连，附加法兰外环1和质量内环2同心布置，质量内环2通过环向均匀对称布置的变刚度弹簧3与附加法兰外环1相连，所述质量内环2上均匀分布有阻尼器腔体单元4，阻尼器腔体单元4与变刚度弹簧3一端相连；且阻尼器腔体单元4与变刚度弹簧3的数量相等，阻尼器腔体单元4为单个的长方体或圆柱体结构，每个阻尼器腔体单元4内部布置一层颗粒群5，使用时，根据实际需要，设定合理的变刚度弹簧的弹簧刚度及阻尼器腔体单元4的质量大小，可在水平面内各个方向上提供不同的刚度以调谐结构的频率；在风/地震作用下，该装置在各个方向上提供不同的刚度调谐频率，且弹簧刚度非线性变化，同时通过颗粒群的摩擦、碰撞来转移并耗散结构的动能。

本发明中，所述颗粒群5由若干圆形或形状不规则的颗粒组成，颗粒截面最大尺寸为2mm~50mm，颗粒材料为金属、混凝土、玻璃或陶瓷中的任一种或多种。

本发明中，所述颗粒群5在水平面投影面积为阻尼器腔体单元4水平面积的20%-100%。

本发明中，均匀对称布置的变刚度弹簧3的数量为8个，相应的，阻尼器腔体单元数量为8个；变刚度弹簧3呈环向均匀对称布置，其刚度根据基本结构在不同方向上的振动特点而设置。

与现有技术相比，本发明的优点如下：

1）本发明通过在水平面内将环向均匀对称布置的8个变刚度弹簧与附加质量相连，根据基本结构的运动特点可在水平方向上提供不同的调谐刚度，在各个方向上实现主体结构振动能量的传递及耗散。

2）本发明中采用变刚度的弹簧，通过共振的方式使主体结构能量传递到阻尼器，迅速降低基本结构高阶模态的振动能量，提高了阻尼器的耗能效率。

3）本发明阻尼器构造形式简单，可以根据基本结构的特点设置不同的弹簧刚度，使阻尼器的布置更加节省空间，且适用于不同方向的地震作用，能达到较好的减震效果。

附图说明