[实用新型]串联机制的可调被动负刚度阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程结构振动控制领域，具体涉及一种串联机制的可调被动负刚度阻尼器。

背景技术

随着经济发展和技术进步，土木结构体积也愈来愈大，比如中国广州电视塔高600m，迪拜哈利法塔则总高度达到828m；2008年建成的中国苏通大桥车，主跨突破千米级，达到1088m，2012年建成的俄罗斯岛大桥主跨则达到1102m。作为斜拉桥主要受力构件，俄罗斯岛大桥中最长斜拉索为483m，而中国苏通大桥最长斜拉索达到577m。体积的增大使得结构或构件周期变得更长，阻尼更小，在地震、强风等随机突发性自然灾害时，容易发生强烈振动，甚至造成破坏而导致人员伤亡和经济损失。结构振动控制则通过附加阻尼器来耗散或吸收振动能量，可以显著提高结构阻尼水平，减小结构动力反应，进而实现防灾减灾目的。控制装置的阻尼力性能基本上决定了结构振动控制所能实现的效果。

受安装位置和本身性能限制，传统阻尼器能给土木工程结构、尤其是超大体积土木工程结构提供的附加模态阻尼比显得愈加不足。在斜拉桥、斜拉索等主动、半主动振动控制研究中，学者们发现负刚度趋势阻尼力可以增大安装位置处位移，进而增加耗能，实现更大阻尼比和更优的控制效果。而主动、半主动控制的负刚度阻尼力需要控制器、传感器、外部能源等支持来实时实现，较为复杂，能实现的负刚度大小一定程度上也受限于半主动阻尼器本身性能。因此，如何被动地实现负刚度，并可以调节实现任意需要的负刚度力，以达到振动控制需要水平则成为了提高土木工程结构尤其是超大体积土木结构振动控制效果的有效途径。

实用新型内容

基于以上不足之处，本实用新型提供一种串联机制的可调被动负刚度阻尼器，在已有较小的被动负刚度和阻尼情况下，通过串联机制调节实现更大的负刚度与阻尼，以较小代价实现土木工程结构尤其是超大体积土木工程结构抗震减振所需控制力，可用于建筑结构、桥梁、拉索，尤其是超大体积土木结构等抗震减振。

本实用新型目的是这样实现的：一种串联机制的可调被动负刚度阻尼器，包括正、负刚度串联机构和普通阻尼器，所述的正、负刚度串联机构包括正刚度单元和负刚度单元，

所述的正刚度单元包括机械弹簧和上、下连接件，机械弹簧的两端分别与上、下连接件固定连接，保证机械弹簧能够承受拉压往复荷载；

所述的负刚度单元包括外框、两个预压弹簧、导杆和滑块，导杆的下端固定连接到外框底面的中心位置，滑块套在导杆上，能够沿导杆自由光滑运动，滑块的两侧分别与一个预压弹簧的一端连接，每个预压弹簧的另外一端与外框内壁铰接；

所述的上、下连接件中间都开有圆孔，上、下连接件能够穿过所述的导杆并自由运动，下连接件与滑块固定连接；

普通阻尼器的活塞杆上端与正刚度单元的上连接件并联固定连接，普通阻尼器的固定端与负刚度单元的外框固定连接，从而形成结构一。

本实用新型还具有如下技术特征：

1、或者普通阻尼器的活塞杆作为导杆的一部分与负刚度单元的滑块固定连接，普通阻尼器的固定端与负刚度单元的外框底面的中心固定连接，从而形成结构二；

2、或者普通阻尼器的活塞杆上端与正刚度单元的上连接件固定连接，普通阻尼器的固定端与正刚度单元的下连接件固定连接，将普通阻尼器与机械弹簧共同设置在上、下连接件之间，从而形成结构三。

3、当为结构一时，通过选取不同刚度机械弹簧，而实现更大的负刚度，而不改变耗能阻尼力。

4、当为结构二或三时，同时调节改变刚度和阻尼；选用不同机械弹簧刚度，能够调节实现更大的负刚度与阻尼。

本阻尼器在使用时，通过正、负刚度串联机构引入内部位移，并不改变外界端部连接，所以外界端部与结构的连接与传统阻尼器一致。根据振动控制设计理论得到需要的控制力后，则可以根据已有的较小的负刚度和阻尼，选择适当正刚度单元参数，调节放大负刚度和阻尼，以较小代价实现较大的负刚度与阻尼，提高对土木工程结构/构件的振动控制效果。

本实用新型的阻尼器，通过引入调节机制，在已知较小负刚度和阻尼情况下，可以改变调节实现更大更优的负刚度和阻尼以达到所需水平。

附图说明

图1为正、负刚度串联机构结构图；

图2为实施例2的串联机制的可调被动负刚度阻尼器结构图；

图3为实施例3的串联机制的可调被动负刚度阻尼器结构图；

图4为实施例4的串联机制的可调被动负刚度阻尼器结构图；

图5为取阻尼为线性粘滞阻尼时，实施例2中所示结构的力-位移滞回曲线示意图；