[发明专利]半主动变刚度变阻尼混合阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种半主动变刚度变阻尼混合阻尼器，将传统的被动控制的调谐液柱阻尼器（TLCD）加以改进，融入半主动控制的理念，同时实现变刚度和变阻尼，更能灵活的控制受控结构的振动特性，是一种混合控制的阻尼器，属于土木结构（包括高层建筑、高耸结构、桥梁结构等）的结构抗震与消能减震技术领域。

背景技术

近年来，隔震、耗能减震、吸震减震和其他各种结构控制技术的结构振动控制理论为人们展现了一条崭新的减小地震反应的途径，其中半主动控制技术得到了广泛的关注，并且被认为是最具前景的结构振动控制技术之一。半主动控制技术不需要向结构输入大量能量，而是实时改变结构的自身特性或使用外加的可调阻尼装置以控制结构的动力学特性，以实现对最优响应状态的追踪，并且在能源中断的条件下依然能够保持可观的调控效果，因而故障安全性能优异。

传统的调谐液柱阻尼器（TLCD）是一种被动控制阻尼器，其原理是通过协调U型管内液柱的振动频率接近或等于结构的固有频率并选定适度的液体阻尼，然后附之于结构之上，则结构的部分运动能量传递给液体，引起液柱的振动，从而改善结构的动力状态。这种被动控制技术有着明显的不足：其不能依据外部扰动的特性和结构自身的响应及时调整自身动力特性，其适用的广泛性受到很大限制，控制效果受外部条件的影响较为明显。

为了弥补传统谐液柱阻尼器（TLCD）被动控制的缺陷，本发明的目的在于将半主动控制理念融入其中，并将半主动控制技术中的变刚度和变阻尼结合起来，提出一种的混合式阻尼器。利用磁流变液MRF的屈服强度高、阻尼调幅宽、反应灵敏、稳定性好等优点，做成磁流变阻尼器，可以通过改变施加电流的大小来产生不同强度的磁场，以此提供不同的阻尼力，实现了半主动调节受控结构阻尼的目的。除此之外，将具有一定刚度的弹簧通过传动装置与磁流变阻尼器相连，磁流变阻尼器通过控制传动装置的运动，间接控制弹簧的工作状态，从而也实现了半主动调节受控结构刚度的目的。

发明内容

本发明的目的在于提出一种半主动变刚度变阻尼混合阻尼器。

本发明提出的一种半主动变刚度变阻尼混合阻尼器，包括U型液缸1、活塞2、弹簧3、缸内液体4、传动装置、磁流变阻尼器8、钢支撑9、垫板10和螺栓孔11，其中：传动装置由竖向滑动杆5、水平滑动杆6和共轴齿轮组7组成，所述两个传动装置对称分布于磁流变阻尼器8左右两端， U型液缸1中装入适量的液体4，两端液柱上方分别放置活塞2，所述活塞2由上活塞和下活塞组成，上活塞和下活塞之间夹住具有固定刚度的弹簧3，两个上活塞顶部分别与带齿痕的竖向滑动杆5一端粘结，两个带齿痕的水平滑动杆6一端分别连接磁流变阻尼器8左右两端，使带齿痕的水平滑动杆6兼做磁流变阻尼器的活塞杆，竖向滑动杆5另一端和水平滑动杆6另一端通过共轴齿轮组7相连接，将活塞2通过传动装置与磁流变阻尼器8连接起来；磁流变阻尼器8中填充有磁流变液，可通过改变施加电流的大小来产生不同强度的磁场，以此改变磁流变液的状态，从而提供不同的阻尼力，来调控磁流变阻尼器8的活塞杆即水平滑动杆6的运动，间接控制弹簧3的工作状态；磁流变阻尼器8的前后两端均通过钢支撑９与垫板１０焊接固定，使磁流变阻尼器８不与传动装置发生相对位移；U型液缸1底面与垫板10通过焊缝相连接，垫板10通过四个螺栓孔11利用高强螺栓与受控结构的楼板紧固连接。

本发明中，U型液缸1的底端为长方体筒体，左右两端为圆柱体筒体，以减小液体4在振动过程中与缸壁的摩擦，并且让U型液缸1底端与垫板10之间有更多的接触面积，以加强固定。

本发明中，上活塞和下活塞均采用轻质材料，如塑料、橡胶等高分子材料，尽量不对弹簧3和缸内液体4产生压力，并且与U型液缸1缸壁的摩擦系数尽可能要小，以免降低装置的灵敏度，影响该装置的减震效果。

本发明中，传动装置采用轻质高强的金属材料，摩擦系数要小，并应具有良好的传动效率，做到啮合牢固、结构紧凑，减小或避免因机械摩擦、传动性差引起的时滞问题。