[发明专利]一种具有阻尼放大功能的复合式多维减振装置

说明书

本发明公开了一种具有阻尼放大功能的复合式多维减振装置，包括外部筒体，筒体内部有水平减振耗能系统和竖向减振耗能系统；水平减振耗能系统由中央质量体、活塞式阻尼器和吸振层组成；竖向减振耗能系统由中央质量体、电磁旋转耗能机构和摩阻层组成；本发明实现了结构的多维减振控制，增强了减振装置的减振耗能效果；通过引入充满磁流变液的活塞式阻尼器和电磁旋转耗能装置实现了振动过程中的阻尼可调性和耗能能力可调性；通过压电陶瓷将一部分振动能量转换为电能，直接供予通电线圈，由结构振动本身通过能量转换的形式，实时调节减振装置的阻尼力和耗能能力，实现了减振装置的全自动调节和能量自给。

技术领域

本发明属于土木工程的振动控制领域，具体涉及一种具有阻尼放大功能的复合式多维减振装置，主要应用于控制大跨结构和高耸结构的振动响应，减少振动对建筑物或构筑物的损害。

技术背景

大跨结构和高耸结构由于自身的构造特点，通常具有较高的柔度，且其自振频率往往与地震、强风和常见活荷载的运动频率相接近，因此其在服役过程中往往会出现影响结构安全性和舒适性的振动。大跨结构和高耸结构因其独特的艺术性、优异的视觉效果和良好的经济价值倍受青睐，其数量和建筑规模也越来越大。如何控制大跨结构和高耸结构在荷载作用下的振动响应，提升其安全性和舒适性成为该类结构形式面临的主要问题之一。

减振装置成为控制结构振动的主要工具，目前的主流减振装置有调谐质量阻尼器、调谐液体阻尼器、悬挂质量摆等。主流阻尼减震装置多为被动减振，构造相对简单，具有很好的可靠性和耐久性，但该类减振装置减振效果欠佳，耗能方式单一，在结构剧烈振动时可能会出现减振和耗能能力不足的情况；在被动减振基础上研制的主动减振装置通常需要外界能量输入和额外的结构动态监测系统，结构复杂，成本偏高。

发明内容

基于以上研究现状，本发明的目的是提供一种具有阻尼放大功能的复合式多维减振装置，旨在减小高耸结构、大跨网壳及桥梁等大跨度空间结构在风荷载及地震作用下各个方向的振动响应，以达到耗能减振的目的；同时，将结构振动的部分能量收集，输入到耗能和阻尼调节系统，实现该减振装置自动调节、能量自给的目的。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有阻尼放大功能的复合式多维减振装置，包括外部筒体，在所述的外筒体内设有一个中央质量体，中央质量体的顶部和底部分别通过电磁旋转耗能减振机构与外部筒体顶部、底部接触；中央质量体的侧面通过活塞式阻尼器与外部筒体的侧面接触；所述的中央质量体由圆柱型金属体和其内部的上、中、下三个空腔组成；所述的上、下空腔充满磁流变液，通过橡胶导管与活塞式阻尼器的阻尼腔相连；所述的中部空腔设置耗能滚珠，其表面附着微粘性橡胶层，中部空腔内壁设置压电陶瓷；所述的压电陶瓷与活塞式阻尼器和电磁旋转耗能减振机构的通电线圈相连。

进一步的技术方案为：所述的活塞式阻尼器由金属缸体、活塞、活塞杆、水平弹簧、橡胶导管、通电线圈和固定脚轮组成；所述活塞杆一端与圆柱型金属体焊接，另一端延伸到金属缸体内与连接活塞相连；水平弹簧连接活塞与金属缸体内底部；所述的橡胶导管将中央质量体的上空腔或下空腔与金属缸体同活塞组成的封闭阻尼腔连通；所述的橡胶导管内部设置阻尼网，外部缠绕通电线圈；所述的固定脚轮与金属缸体外底面连接，固定脚轮直接与吸振层接触，可沿吸振层竖向滑动。

进一步的技术方案为：还包括吸振层，所述的吸振层由软质橡胶和薄钢板组成；橡胶层贴于外部筒体内壁，薄钢板贴于橡胶层表面。

进一步的技术方案为：所述的电磁旋转耗能减振机构由位移转换装置和电磁耗能装置组成。

进一步的技术方案为：所述的位移转换装置由螺纹丝杠、滚珠金属缸体、竖向弹簧、机械转盘组成；所述的螺纹丝杠一端与中央质量体固定，另一端伸入滚珠金属缸体与竖向弹簧连接；所述的竖向弹簧一端连接螺纹丝杠，另一端连接机械转盘；所述的机械转盘固定于滚珠金属缸体底部，可不随滚珠金属缸体转动。