[发明专利]一种调谐质量阻尼器频率调节装置及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于结构振动控制技术领域，具体涉及一种调谐质量阻尼器频率调节装置及其实现方法。

背景技术

土木工程结构的振动控制技术，根据结构的振动特点，可以分为两大类：一类是适于安装直接耗能减振装置的结构，如斜拉索、建筑结构层间位移控制；另一类工程结构，如大跨度桥梁，在其结构内部难以找到相对位移较大的位置，而直接耗能减振装置一般需要安装在具有一定空间的结构内部，以便耗能减振装置具有一定的相对位移来减振，且阻尼器的相对位移越大，减振效果越好，此时通过增加结构阻尼减小结构振动，往往只能采用吸能减振的措施。

调谐质量阻尼器(TunedMassDamper，简称TMD)安装在建筑结构上，利用共振原理，将主体结构的振动能量吸收转移到控制装置上，从而减小建筑结构的风振和地震反应，是结构振动吸能减振技术中一种常见而重要的形式。计算分析和实践证明，调谐质量阻尼器的固有频率和主体结构的固有频率接近，是保证主体结构的振动能量被转移到调谐质量阻尼器的前提条件。否则减振效果差。甚至加剧主体结构的振动。

调谐质量阻尼器(TMD)主要由质量块、调谐频率的弹性元件和耗散结构振动能量的阻尼元件三大组件构成。弹性元件主要有弹簧、摆或悬臂梁等，采用弹簧作为弹性元件的优势是刚度比较容易设计与调整，且所需空间小，特别适合竖向调谐质量阻尼器采用；摆式需要较大的空间，难以直接安装在结构内部；悬臂梁式所需空间适当，且具备自导向功能，但悬臂梁固定端存在应力集中，在调谐质量阻尼器长期工作中，易发生疲劳损伤：一方面，调谐质量阻尼器采用的弹性元件一般存在一定的刚度退化现象，会导致调谐质量阻尼器的频率发生变化；另一方面，结构长期服役过程中，由于功能发生变化，例如质量变化和刚度退化等因素，结构的固有频率也有可能发生改变，此时调谐质量阻尼器将无法保证设计初期的精确调谐状态下的减振效果。此外，结构施工过程中的振动控制，如大跨度斜拉桥悬臂施工阶段的风致振动控制，由于其频率不断发生变化，也需要对调谐质量阻尼器的频率进行较大范围的连续调节。因此，成熟可靠的调谐质量阻尼器频率调节技术与方法是调谐质量阻尼器高效率工作的重要保证。

现有的较为广泛的频率调节方法主要是通过增减质量实现，选用不同的质量块以达到频率调节的目的。专利号为201320560965.7的中国专利公开了一种摆式调谐质量阻尼器的频率调节装置，通过改变弹簧的布置方式改变调谐质量阻尼器的刚度实现调节质量阻尼器，主要是将调频弹簧水平设置在摆式调谐质量阻尼器的质量块与主体结构之间，且调频弹簧对称布置在质量块两侧或者均匀分布在质量块四周，该结构能够实现在施工现场调节摆式质量阻尼器的固有频率。以上两种方法均难以实现调谐质量阻尼器频率的连续、精确调节。申请号为201510060672.6的中国专利公开了一种“超低频摆式调谐质量阻尼器及其实现方法”，但该方法通过永磁体作用力改变调谐质量阻尼器系统的回复力，继而改变调谐质量阻尼器的频率，仅适用于摆式调谐质量阻尼器。因此，调谐质量阻尼器频率的现有调节方法均存在一定的不足，非常有必要研发一种调谐质量阻尼器频率可以大范围连续调节的高效方法。

发明内容

本发明的目的是针对上述存在的问题，提供一种能够连续、精确的调节调谐质量阻尼器频率的调谐质量阻尼器频率调节装置以及其实现方法。

本发明调谐质量阻尼器频率调节装置所采取的技术方案是：一种调谐质量阻尼器频率调节装置，包括调谐质量阻尼器的底板、底板上方的质量块，所述底板和质量块通过弹性元件连接，所述调谐质量阻尼器频率调节装置还包括设置于底板和质量块之间的直线-旋转运动转换装置，所述的直线-旋转运动转换装置包括转轴和飞轮，所述的直线-旋转运动转换装置将质量块相对于底板的直线往复运动转化为转轴的旋转运动，所述飞轮固定安装在直线-旋转运动转换装置的转轴上。

所述直线-旋转运动转换装置为齿条齿轮传动机构，所述齿轮齿条传动机构包括通过轴承设置在底板上的转轴、固定在质量块上并与转轴垂直对应的齿条和固定设置在转轴上的齿轮，所述的齿轮与齿条匹配啮合，所述的飞轮固定设置在转轴端部。

所述直线-旋转运动转换装置为滚珠丝杠传动机构，所述质量块上设置有与质量块运动方向平行的通孔，所述的滚珠丝杠传动机构的转轴为丝杠，所述滚珠丝杠传动机构还包括固定安装在质量块的通孔内的丝杠螺母，所述的丝杠匹配设置在丝杠螺母内并贯穿质量块的通孔，所述的底板上固定安装有与丝杠对应的支座轴承，所述丝杠与支座轴承内圈固定连接，在所述的丝杠上固定安装有飞轮。

所述弹性元件为螺旋压簧。