[发明专利]用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器

说明书

本发明公开了一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器，包括顶板和刚性板，顶板底面通过若干根连接直杆与刚性板顶面相连，所述刚性板侧面均匀布置有若干悬臂梁，各悬臂梁的一端与刚性板侧面相连，各悬臂梁的另一端顶面对应设有质量块，各悬臂梁外端依次通过对应的质量块、电涡流阻尼器与顶板底面相连。本发明采用环形布置的悬臂梁作为弹簧元件，改变悬臂梁厚度实现多重调谐质量阻尼器的分布式频率特征，结构紧凑；同时，采用双套环电涡流阻尼器，改进了导体切割磁感线方式，增大电涡流出力效率，减小阻尼器尺寸，拓宽电涡流阻尼器的安装适用范围。

技术领域

本发明属于结构减振控制领域，特别涉及一种用于结构振动控制的紧凑式多重调谐质量电涡流阻尼器。

背景技术

近年来，国家大力发展基础建设，大跨桥梁不断向长、轻、柔发展，城市高层、超高层、高耸建筑不断涌现，其所采用的细长构件、大跨楼板增多，且大多以钢结构为主，阻尼小，结构频率低，在风、车、人行及地震荷载作用下产生长时低振幅或较大振幅运动，致使结构疲劳，降低了结构耐久性与行人舒适度，甚至造成构件乃至结构破坏，不利于结构整体安全性。因此，需要对此类结构或构件附加一定的振动控制措施，减小振幅，提高结构安全性和舒适性。

结构减振控制措施按控制方式不同，可分为主动控制、半主动控制、被动控制及混合控制。主动控制通过传感器监测参数计算出最优控制力，由作动器直接输出至被控结构，反应迅速，控制效果好，但技术复杂，造价昂贵，维护要求高，在很多大跨结构中，外置供电安装受到限制。半主动控制去除了需要外部大功率供电的作动器，根据传感器参数反馈，仅需微小电流的控制器对阻尼或刚度参数小范围调整，使阻尼器参数处于最优状态，但其控制原理与主动控制相同，需要复杂的控制算法计算。混合控制是近年来发展的将主动与被动控制相结合的新型控制技术，可发挥被动控制与主动控制各自优点，但二者的协同与辅助控制组合方式尚不成熟。

被动控制是一项较为成熟的结构减振技术，本发明即属于被动控制的范畴。被动控制无需外部供电，主要通过合理的阻尼器参数设计与安装位置分布，达到控制工程结构有害振动响应的目的。被动控制中，调谐质量阻尼器(TMD)是一种常用的减振装置，适用于以某一阶振动频率为主的结构振动问题，例如高耸结构的风致振动、大跨楼板及人行桥的人致振动等问题。目前已发展了多种阻尼、刚度和分布形式，例如，调谐液体阻尼器(TLD)，电涡流阻尼器(ECD)，摆式调谐质量阻尼器(PTMD)，多重调谐质量阻尼器(MTMD)等，均在工程中有不同程度的应用。

由于采用惯性原理减振，调谐质量阻尼器(TMD)需按结构振动的某一阶模态进行参数设计；此外，在目前大跨楼板，人行天桥，细长的直立构件、结构以及长大桥梁中，单个大吨位TMD受安装空间限制，实施困难，参数调节不便，而且存在频率失谐时减振效果不佳的缺点。已有的研究表明，将单个大吨位调谐质量分为多个小质量TMD，并依据以结构某阶频率为主的分布式频率特性设计各小质量TMD，构建多重调谐质量阻尼器(MTMD)，不仅可以解决其安装及参数调节等难题，还可以提高减振的鲁棒性。但MTMD减振装置采用多个小质量TMD，各小TMD单独安装，施工作业面更大，对安装空间受限的大跨楼板，梁高较小的人行天桥存在诸多实际困难，同时小质量TMD较为分散，无法最大化分布在被控主振型最优位置，易降低减振效果。此外，阻尼发生装置作为TMD的核心部件之一，被要求提供足够的阻尼力，易于设计、维护，耐久性好。众多的阻尼形式中，电涡流阻尼是一种具有良好前途的阻尼类型，其基于法拉第电磁感应定律与楞次定律，当导体在恒定磁场中运动时，导体中产生感应电流，且感应电流的磁场总是阻碍引起感应电流的磁通量变化，由此产生抑制导体运动的电涡流阻尼力；同时，电涡流阻尼力与导体运动速度成正比，具有理想的粘滞阻尼特性，易于参数化设计。但目前适用于狭小安装空间的小型或微型电涡流阻尼器不能满足大阻尼系数的要求，导体切割磁感线方式单一，电涡流阻尼出力效率较低。因此，如何实现MTMD的紧凑式设计，如何合理选定导体切割磁感线方式，优化电涡流出力效率，是亟需探索的问题。

发明内容