[发明专利]一种滚摆减振装置

说明书

本发明提供了一种滚摆减振装置，包括一个质量块以及至少三组的滚摆支座；所述滚摆支座对称设置，且不在同一直线上；所述滚摆支座包括第一支座、第二支座、球体以及金属橡胶垫层；所述第一支座与第二支座均具有一形状相同的曲面凹槽，所述曲面凹槽两两相对形成一容纳腔，用于容纳所述球体，使得所述球体可以在所述容纳腔内滚动；所述曲面凹槽上还设置有金属橡胶垫层，所述金属橡胶垫层与所述曲面凹槽紧密贴合。所述滚摆减振装置安装于主体结构的顶部。应用本技术方案可实现减小高层建筑或高耸结构在地震或风荷载作用下的动力反应。

技术领域

本发明涉及土木工程领域，具体是指一种滚摆减振装置。

背景技术

地震等自然灾害对土木工程结构的安全造成较大威胁。为了在传统抗震设计的基础上进一步提高结构的抗灾能力，结构振动控制技术受到越来越广泛关注。结构振动控制根据是否需要外部能源输入以及所需能源功率大小可以分为被动、主动、半主动和混合控制等。其中，被动控制因具有装置简单、易于安装与维护、造价低廉、性能稳定可靠等优点，在实际工程中得到了相对广泛的应用。常见的被动控制方式包括：基础隔震、消能减振和调谐减振等。

调谐质量阻尼器是一种较为常用的调谐减振装置，一般由质量块、线性弹簧和粘滞阻尼器组成。通过调整质量块的质量或线性弹簧的刚度，可以改变调谐质量阻尼器的振动频率，使之接近主体结构的自振频率或激励频率。当主体结构受激励振动时，调谐质量阻尼器将产生一个与主体结构振动方向相反的惯性力作用在主体结构上，使主体结构的振动衰减并受到控制。应当指出的是，只有当调谐质量阻尼器的自振频率调整到主体结构的受控频率并且外激励覆盖这个频率成分时才能取得较好的减振效果，即调谐质量阻尼器存在频率调谐敏感性问题。

非线性能量阱是一种非线性动力吸振器。它是通过阻尼和非线性回复力装置连接到主体结构的质量块。由于回复力与质量块位移之间是非线性关系，非线性能量阱没有固定的自振频率，因此能够在较宽的频率范围内取得良好的减振效果。但同时注意到，已有研究表明，非线性能量阱的减振性能易受到激励幅值的影响，即存在输入能量敏感性问题。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种减小高层建筑或高耸结构在地震或风荷载作用下动力反应的减振装置。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种滚摆减振装置，包括一个质量块以及至少三组的滚摆支座；所述滚摆支座对称设置，且不在同一直线上；所述滚摆支座包括第一支座、第二支座、球体以及金属橡胶垫层；所述第一支座与第二支座均具有一形状相同的曲面凹槽，所述曲面凹槽两两相对形成一容纳腔，用于容纳所述球体，使得所述球体可以在所述容纳腔内滚动；所述曲面凹槽上还设置有金属橡胶垫层，所述金属橡胶垫层与所述曲面凹槽紧密贴合。

在一较佳的实施例中，所述第一支座与第二支座均由混凝土浇筑而成；所述第一支座远离所述球体的一端与质量块固定连接，第二支座远离所述球体的一端与突出屋面的混凝土柱浇筑在一起。

在一较佳的实施例中，所述曲面凹槽中的三维曲面为直角坐标系中表达式z＝a|x|^α+b|y|^β所表示的曲面；其中a、b、α和β为曲面形状参数。

在一较佳的实施例中，所述球体在由所述曲面凹槽形成的容纳腔内滚动时，球体的两个滚动面均为非球面的三维曲面。

在一较佳的实施例中，所述球体置于所述容纳腔内且滚摆减振装置处于静平衡位置时，第一支座底部与第二支座顶部之间的距离不小于20mm。

在一较佳的实施例中，所述金属橡胶垫层由不锈钢丝冲压成型。

在一较佳的实施例中，调整所述金属橡胶垫层在所述曲面凹槽的不同部位的致密程度，使得球体和金属橡胶垫层之间的滚动摩阻系数与第一支座、第二支座的水平相对位移或球体的角位移成正比。