万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器的制造方法
【专利摘要】本发明提供了万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，结构包括支座、半球形质量块、斜拉弹簧和阻尼器；所述支座呈柱体状并且支座的上部设有圆弧形凹面，圆弧形凹面上设有重型万向球，所述半球形质量块的底部置于圆弧形凹面中、半球形质量块的上部四周分别通过斜拉弹簧和阻尼器与支座连接。支座的圆弧形凹面上设有高阻尼橡胶缓冲层，所述重型万向球固定在高阻尼橡胶缓冲层上；本发明能够对不同方向的风振和地震结构反应进行控制，在风振和地震作用下半球形质量块可万向摆动，摆动时能够使斜拉弹簧和粘滞流体阻尼器同时运动消能。
【专利说明】
万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器
技术领域
[0001]本发明涉及一种装配于建筑物上部，在重型万向球轨道支撑体系作用下的调谐质量阻尼器，属于土木结构振动控制技术领域，具体的是一种用于结构抗风抗震的可万向运动的调谐质量阻尼器。
【背景技术】
[0002]随着土木工程结构抗风抗震设计理论的发展，传统的设计方法难以满足抗震抗风设计的需要，人们根据结构在强风和地震作用下的破坏机理，并借鉴机械、航空航天等领域内的结构减振控制理论、技术和应用成果，进行了土木工程结构减振控制技术的研究与应用。随着结构振动控制技术的快速发展和实践，作为传统结构被动减振体系调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)系统成为土木工程的研究热点，并应用到一些高层建筑、高耸结构中去。
[0003]TMD系统是在建筑结构顶层加上惯性质量，并配以弹簧系统和阻尼系统，通过共振原理，对结构某一振型加以控制，以此达到减振的效果。TMD系统能有效衰减主结构的振动反应，对结构的振动有明显的控制效果，所以主结构可以减小构件截面尺寸、减小配筋、简化施工，明显节省结构工程造价；占用极少的建筑面积，且便于安装、维修和更换;可以充分利用主结构已有的结构作为TMD，不必专门设置调谐装置;采用TMD对于某些难以采取传统加强措施的结构，如高层结构、高层塔架结构、大跨度结构、海洋平台等重大结构，提供了一条可替代的减振措施。调谐质量阻尼器在高层和高耸结构抗震、抗风控制中有广阔的应用前景。与传统的结构抗震设计相比，采用TMD系统较早得到结构工程专家的认可，被用来控制结构的风振与地震反应。
[0004]调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper，简称TLD)作为TMD系统理论的衍生的一种被动耗能减振装置近年来进行了大量的研究和应用。调谐液体阻尼器利用固定水箱中的液体作为惯性质量，在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用。其具有构造简单，安装容易，自动激活性能好，不需要启动装置等优点，可兼作供水水箱使用。
[0005]属于被动控制的调谐质量阻尼器目前还存在一些缺陷:建筑结构受到的风振地震作用荷载是来自不同方向，现有轨道支撑体系的TMD只能在水平相对固定的方向运动，无法对不同方向的风振地震作用进行减振控制。
【发明内容】
[0006]本发明的目的旨在将TMD和TLD结合起来，使其优势互补而提供一种耗能能力明显、形式更简单并可对不同方向的风振和地震反应都能进行控制的调谐质量阻尼器。
[0007]本发明的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器的技术方案如下:
结构包括支座、半球形质量块、斜拉弹簧和阻尼器;所述支座呈柱体状并且支座的上部设有圆弧形凹面，圆弧形凹面上设有重型万向球，所述半球形质量块的底部置于圆弧形凹面中、半球形质量块的上部四周分别通过斜拉弹簧和阻尼器与支座连接。支座的圆弧形凹面上设有高阻尼橡胶缓冲层，所述重型万向球固定在高阻尼橡胶缓冲层上。
[0008]为了使半球形质量块能够更好的摆动，所述重型万向球设有多个并且从圆弧形凹面的中心向四周辐射式排列设置。
[0009]为了防止半球形质量块摆动过大从轨道脱落进而撞坏结构，所述支座上设有限位
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[0010]为了方便安装使用，所述重型万向球的底部设有螺杆，重型万向球通过螺杆嵌入到高阻尼橡胶缓冲层中；所述支座的底部设有固定底板，所述固定底板上设有螺孔。
[0011]为了便于半球形质量块的摆动，所述圆弧型凹面的弧度与半球形质量块的半球弧度一 Sc ο
[0012]为了降低成本、方便使用，所述支座为钢壳混凝土实心结构，所述半球形质量块为全钢或钢壳混凝土实心结构。
[0013]为了更好的控制结构来自不同方向的震动，所述半球形质量块的上部通过四根斜拉弹簧与支座相连接，相邻两个斜拉弹簧的夹角为90°，并且每两个斜拉弹簧之间设有一个阻尼器，相邻两个阻尼器的夹角为90°，相邻的斜拉弹簧和阻尼器的夹角为45° ;所述阻尼器的连接处为球头铰接，可发生一定角度的扭转，所述阻尼器为粘滞流体阻尼器。
[0014]本发明相对于现有技术具有以下优点:
本发明能够对不同方向的风振和地震结构反应进行控制，在风振和地震作用下半球形质量块可万向摆动，摆动时能够使斜拉弹簧和粘滞流体阻尼器同时运动消能。
[0015]本发明可根据结构自振周期调整相应的斜拉弹簧刚度，还可调整半球形质量块与重型万向球轨道接触点高度调整频率以适用于不同高层结构的不同频率，并具有自动复位的功能。
[0016]本发明在重型万向球轨道下方设置缓冲层可有效缓冲半球形质量块竖向的冲击力。
[0017]本发明整个装置构造简单、稳定性和耐久性高，耗能效果好;被动反应灵敏，自动激活应能好，提高了高层结构的使用舒适度，能够对高层建筑、高耸结构起很好的保护作用。
【附图说明】
[0018]图1是本发明的调谐质量阻尼器三维示意图；
图2是本发明的调谐质量阻尼器正立面剖面图示意图；
图3是本发明中的重型万向球三维示意图；
图4是本发明中的重型万向球剖面图示意图；
图5是本发明的重型万向球轨道排列示意图；
图6是本发明的调谐质量阻尼器俯视图示意图。
【具体实施方式】
[0019]以下结合附图，对本发明的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器做进一步的详细说明。
[0020]如图1至图6所示，本发明的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，包括支座1、半球形质量块2、四个斜拉弹簧3和四个粘滞流体阻尼器4;支座I为柱体状并且上部设有圆弧形凹面，支座I的圆弧形凹面上设有高阻尼橡胶缓冲层8，高阻尼橡胶缓冲层8上设有多个重型万向球6，重型万向球6从圆弧形凹面的中心向四周辐射式排列设置。半球形质量块2的底部置于圆弧形凹面中，圆弧型凹面的弧度与半球形质量块2的半球弧度一致，半球形质量块2的上部通过四根斜拉弹簧3与支座I相连接，相邻两个斜拉弹簧3的夹角为90°，并且每两个斜拉弹簧3之间设有一个粘滞流体阻尼器4，相邻两个粘滞流体阻尼器4的夹角为90°，相邻的斜拉弹簧3和粘滞流体阻尼器4的夹角为45°，粘滞流体阻尼器4的连接处为球头铰接，可发生一定角度的扭转。
[0021]此外，支座I上设有限位装置7，重型万向球6的底部设有螺杆，重型万向球6通过螺杆嵌入到高阻尼橡胶缓冲层8中；支座I的底部设有固定底板5，固定底板5上设有螺孔9，可以方便安装。支座I为钢壳混凝土实心结构，半球形质量块2为全钢或钢壳混凝土实心结构，可通过结构自振周期、质量等高层结构自身参数来确定质量块的质量、材性、及尺寸，再以此定制阻尼器支座、斜拉弹簧和粘滞流体阻尼器，以及重型万向球的规格和个数。
[0022]由于装置中半球形质量块能够在万向球轨道内万向摆动，当有风振和地震作用于高层结构时，半球形质量块会发生摆动，在摆动时带动斜拉弹簧和粘滞流体阻尼器运动耗能，对于不同方向的风振和地震作用均可进行有效地控制。调整半球形质量块与重型万向球轨道接触点高度及调整弹簧刚度可以调整频率以适用于不同高层结构的不同频率，应用性广泛。质量块具有自复位性，在发生摆动时自身会产生一个与运动方向相反回复力，增加了装置的耗能能力。
[0023]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，包括支座(1)、半球形质量块(2)、斜拉弹簧(3)和阻尼器(4);所述支座(I)呈柱体状并且支座(I)的上部设有圆弧形凹面，圆弧形凹面上设有重型万向球(6)，所述半球形质量块(2)的底部置于圆弧形凹面中、半球形质量块(2)的上部四周分别通过斜拉弹簧(3)和阻尼器(4)与支座(I)连接。2.如权利要求1所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述支座(I)的圆弧形凹面上设有高阻尼橡胶缓冲层(8)，所述重型万向球(6)固定在高阻尼橡胶缓冲层(8)上。3.如权利要求2所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述重型万向球(6)设有多个并且从圆弧形凹面的中心向四周辐射式排列设置。4.如权利要求3所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述支座(I)上设有限位装置(7)。5.如权利要求4所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述重型万向球(6)的底部设有螺杆，所述重型万向球(6)通过螺杆嵌入到高阻尼橡胶缓冲层(8)中。6.如权利要求5所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述支座(I)的底部设有固定底板(5)，所述固定底板(5)上设有螺孔(9)。7.如权利要求6所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述圆弧型凹面的弧度与半球形质量块(2)的半球弧度一致。8.如权利要求7所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述支座(I)为钢壳混凝土实心结构，所述半球形质量块(2)为全钢或钢壳混凝土实心结构。9.如权利要求8所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述半球形质量块(2)的上部通过四根斜拉弹簧(3)与支座(I)相连接，相邻两个斜拉弹簧(3)的夹角为90°，并且每两个斜拉弹簧(3)之间设有一个阻尼器(4)，相邻两个阻尼器(4)的夹角为90°，相邻的斜拉弹簧(3)和阻尼器(4)的夹角为45°;所述阻尼器(4)的连接处为球头铰接，可发生一定角度的扭转。10.如权利要求1至9任一项所述的万向摆动轨道支撑式调谐质量阻尼器，其特征在于，所述阻尼器(4)为粘滞流体阻尼器。
【文档编号】E04H9/02GK105971148SQ201610575481
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年7月21日
【发明人】韩建平, 朱江, 刘云帅, 尚继英, 王菲菲
【申请人】兰州理工大学