[发明专利]一种磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置及设计方法

说明书

本发明属于工程结构振动控制技术领域，具体涉及一种磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置及设计方法，该装置包括支撑框架、磁致负刚度机构、旋转式电涡流阻尼机构和传动机构，设计方法包括确定斜拉索振动频率；确定磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置的安装位置；设计磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置的刚度参数组件；设计磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置的阻尼参数组件。本发明利用滚珠丝杠放大了旋转式电涡流阻尼元件的转速，提升了磁致负刚度阻尼器的耗能效率；“准恒定”负刚度克服了现有负刚度阻尼器因负刚度非线性特征明显而难以精准设计的缺陷；磁致负刚度元件的负刚度效应，通过滚珠丝杠机构得到放大，有效提升了斜拉索多模态振动控制效果。

技术领域

本发明属于工程结构振动控制技术领域，具体涉及一种磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置及设计方法。

背景技术

斜拉桥拉索极易发生大幅的风振、风雨振和参数振动。斜拉索减振主要有气动措施、结构措施与机械阻尼措施三大类。相对气动与结构措施，机械阻尼措施属于一种更为广谱的斜拉索减振措施，实际工程应用最为广泛。根据阻尼器内部耗能材料及原理，斜拉索常用减振阻尼器可分为：高阻尼橡胶减振器、粘性剪切型阻尼器、油阻尼器、磁流变(MR)阻尼器及磁力阻尼器等。内置高阻尼橡胶阻尼器对拉索阻尼比的提高极为有限；粘性剪切型阻尼器存在阻尼特性易受温度的影响及尺寸较大等缺点；外置式油阻尼器或MR阻尼器存在耐久性问题，如漏液或沉淀；磁力阻尼器目前仅试验性地用于日本天建寺桥，其主要原理是利用磁石与吸着板的吸着或分离实现拉索不同振型能量之间的转化。

被动阻尼器对斜拉索的振动控制，由于强烈受阻尼器安装高度的限制，且无法同时对拉索多阶模态实现最优控制，因此减振效果往往受限。近年来，应用负刚度元件进行阻尼器的研发成为提升斜拉索减振效果的重要手段。相关研究已证实了负刚度阻尼器的减振效果，但目前普遍采用耐久性不足的黏滞阻尼单元且在刚度参数灵活可调方面存在缺陷，在一定程度上制约了工程推广应用。

综上，虽然现有阻尼器减振措施在一定程度上解决了既有斜拉索振动问题，但也依然存在以下问题：(1)受斜拉索阻尼器安装位置的限制，超长斜拉索减振面临附加模态阻尼比不足的挑战与困难；(2)现有阻尼器减振措施无法满足斜拉索多模态减振控制需求；(3)现有负刚度阻尼器在耐久性和刚度参数灵活调节方面存在不足，难以在实际工程得到推广应用；(4)现有负刚度阻尼器负刚度非线性特征明显，难以精准设计。

发明内容

为了解决现有技术中存在的缺陷，本发明的目的是提供一种磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置及设计方法，提升了耗能效率，具有较好的抑制斜拉索振动效果。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种磁致负刚度阻尼器斜拉索减振装置，包括：

支撑框架；

磁致负刚度机构，设置在所述支撑框架的上部；

旋转式电涡流阻尼机构，设置在所述支撑框架的下部；

传动机构，设置在所述支撑框架的中部，上端与所述磁致负刚度机构连接，下端与所述旋转式电涡流阻尼机构连接；

斜拉索的振动位移驱动磁致负刚度机构作同步直线运动，磁致负刚度机构驱动传动机构、旋转式电涡流阻尼机构作同步旋转运动。

进一步地，所述支撑框架包括从上至下设置的顶圆板、中圆板和底圆板，所述顶圆板通过多根立柱与中圆板固定连接，所述中圆板通过多根立柱与底圆板固定连接。

进一步地，所述传动机构包括滚珠丝杠副、推力轴承、联轴器、传动轴和轴承；所述滚珠丝杠副包括滚珠螺母和套装在滚珠螺母内的滚珠丝杠，所述滚珠丝杠通过推力轴承固定安装在中圆板上，所述传动轴的上端通过联轴器与滚珠丝杠固定连接，下端通过轴承固定安装在底圆板上，所述底圆板通过螺栓与阻尼器支架固定连接。