[发明专利]三向非线性混合耗能自复位阻尼器

说明书

本发明涉及一种三向非线性混合耗能自复位阻尼器，包括阻尼器腔体、颗粒群、缓冲材料、粘滞液体、变刚度弹簧和固定结构。阻尼器腔体为内外两个长方体空腔，内腔体内部铺有一层颗粒群，并在内壁粘贴有缓冲材料。内腔体外壁和外腔体内壁通过变刚度弹簧相连，并在内外腔体之间填充粘滞液体。外腔体底部均匀布置四根变刚度弹簧与基本结构相连，水平方向通过正交布置的两根变刚度弹簧与固定结构相连。通过合理设置各形状记忆合金制成的非线性变刚度弹簧的刚度，在风/地震等作用下该阻尼器可以在水平和竖直的三个方向上提供不同的刚度以调谐结构的频率，并通过粘滞耗能、弹簧耗能和颗粒群的摩擦、碰撞等多种方式耗散结构的振动能量。

技术领域

本发明涉及一种三向非线性混合耗能自复位阻尼器，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

近年来调谐质量阻尼器（TMD）以其对原结构改动小、施工简单、减振效果显著等特点受到广泛重视，并在国内外土木工程结构中得到广泛的应用。但调谐质量阻尼器只能在特定的频带范围内具有一定的减振效果，对于偏离此频带的频率减振效果不佳，而且具有附加的耗能阻尼器造价昂贵的缺点。同时，附加质量块与主体结构通过悬吊或者滑动支座的方式相连，只能在水平方向上提供相同的自振频率，而土木结构在风和/或地震作用下在水平和竖直方向上具有不同的振动特性。

形状记忆合金（SMA）由于其超弹性具有较强的自复位能力和抗疲劳、较高的抗拉强度等特性，目前在各领域的应用均广获好评。

发明内容

为了解决传统调谐质量阻尼器减振频带窄，设置耗能阻尼器价格昂贵的问题，以及传统调谐质量阻尼器只能在水平方向上提供某一特定的调谐频率的问题，本发明的目的在于提出一种三向非线性混合耗能自复位阻尼器，该装置通过在质量块上设置空腔，依靠放入的颗粒群内部及与阻尼器空腔的碰撞、内外腔体之间粘滞液体和形状记忆合金弹簧提供阻尼，可以显著降低阻尼器的造价。同时，根据基本结构在水平和竖直方向的振动特性布置多级非线性变刚度SMA弹簧，使得阻尼器可以在水平和竖直的三个方向上提供不同的调谐频率，当基本结构的振动频率与弹簧设置的频率相同时，可通过共振的方式将主体结构的能量传递至阻尼器腔体，引起其中内腔体与粘滞液体的相对运动、SMA弹簧的拉压变形和颗粒群内部及颗粒群与内腔体发生碰撞，导致阻尼器振动特性发生变化，且阻尼器的振动将不会传递到主体结构，从而实现振动能量由主体结构到阻尼器的单向传递，实现能量的高效传递和耗散。同时，弹簧的变刚度可以俘获主体结构高阶的振动能量，通过阻尼器与主体结构共振传递，可迅速降低主体结构的振动，实现靶能量传递，达到高效耗能的目的，具有重大的工程意义和广泛的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案。

本发明提出的一种三向非线性混合耗能自复位阻尼器，包括：阻尼器外腔体1、阻尼器内腔体2、缓冲材料3、颗粒群4、一级水平弹簧5、二级水平弹簧6、一级竖向弹簧7、二级竖向弹簧8、固定结构9和粘滞液体10，其中：阻尼器腔体为长方体空腔，阻尼器内腔体2位于阻尼器外腔体1内，阻尼器内腔体2内部平铺一层颗粒群4，内腔体2内壁及顶部和底部粘贴有缓冲材料3；阻尼器内腔体2外壁四周和阻尼器外腔体1内壁四周通过水平方向正交布置的四根二级水平弹簧6相连，阻尼器内腔体2外壁底部和阻尼器外腔体1底部上方通过均匀布置的四根二级竖向弹簧8相连，且阻尼器外腔体1和阻尼器内腔体2之间填充粘滞液体10；阻尼器外腔体1底部均匀布置四根一级竖向弹簧7与基本结构相连，阻尼器外腔体1四外壁水平方向通过正交布置的两根一级水平弹簧5与固定结构9相连，固定结构9固定于基本结构上，且具有较大的侧向刚度。