多频调谐质量阻尼器减振控制装置的制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，包括密封腔体、弹簧、质量块和阻尼耗能装置；设密封腔体的水平方向为X方向，和水平方向相垂直的方向为Y方向；在密封腔体的Y方向上设有n个质量块和n?1个弹簧，且n个质量块和n?1个弹簧交替布置；所述质量块两端连接有阻尼耗能装置，阻尼耗能装置与密封腔体固连；在X方向上布置有弹簧导轨和质量块滑轨；质量块在滑轮的带动下在质量块滑轨上能够在X方向上左右移动；弹簧一端与弹簧一侧质量块的同侧端通过弹簧挂钩相连接，弹簧另一端与另一侧质量块的同侧端通过弹簧挂钩相连接。本装置通过调整质量块及弹簧刚度改变自身频率，适用范围广，整体封装于密封腔中，有很高的应用推广价值。
【专利说明】
多频调谐质量阻尼器减振控制装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，用于风振或地震反应的振动控制，属于结构振动控制技术领域。
【背景技术】
[0002]调谐质量减振控制技术属于结构被动控制。传统调谐质量阻尼器(tunedmassdamper，简称TMD)由质量块、弹簧、阻尼装置组成。当存在外激励时，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用到结构上，对结构振动产生控制。TMD系统中的阻尼装置也将发挥耗能作用，从而达到减小结构振动反应的目的。目前TMD已成功应用于控制结构风振和地震反应。被动调频质量阻尼器(PTMD)是一种备受关注的建筑减振技术，自上世纪80年代以来，先后在波士顿John Hancock大楼、台北101大楼等世界著名建筑中成功使用。实测数据显示，PTMD可将这些建筑结构的风振响应幅值减小40%以上。目前，PTMD主要用于建筑风振控制，在减小结构地震响应(减震)的理论和应用方面还不成熟。例如，我国最新修订的《建筑抗震设计规范》GB5011-2010)仍未能对PTMD规定相关条文，反映出，现有研究成果还无法对PTMD减震设计提供足够的理论支撑。She I don Cherry、T.T.Song等国际著名结构控制专家曾分别在不同的专题会上表达过相似观点——解决好减震频率带宽问题，PTMD在建筑应用中将极具发展前途。当PTMD频率接近环境激励(如地震、风载等)频率时才发挥抑振作用。由于现有PTMD均为单质点设计，其自振频率单一，只能在结构的某一阶振动频率附近发挥作用。而地震频率较风载频率而言，其振频更宽且高频成分突出，可激发建筑结构产生多种振动模态，导致PTMD减震频率与建筑振动频率难以完整匹配。这也是目前PTMD减震控制不如风振控制效果好的主要原因。对此，有学者提出MTMD的方法，8卩:在建筑中安装多个单自由度的PTMD(各PTMD自振频率不一定相同)，从而形成具有一定频率带宽的PTMD组。但也有研究认为:地震中采用MTMD时，某一PTMD可能会对控制外的其他振型起到放大作用，即导致“振型污染” ο目前，如何有效改善PTMD减震频率带宽的问题还没有从根本上解决。
【发明内容】
[0003]所要解决的技术问题:本实用新型针对现有TMD控制装置均为单质点设计，其自振频率单一，只能在结构的某一阶振动频率附近发挥作用而可能影响控制性能的问题，提出一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置。该装置具有多个自振频率，可以在较宽频率范围内控制结构由风振或地震引起的振动。
[0004]本实用新型的技术方案是:一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，包括密封腔体、弹簧、质量块和阻尼耗能装置;设密封腔体的水平方向为X方向，和水平方向相垂直的方向为Y方向；在密封腔体的Y方向上设有η个质量块和η-1个弹簧，且η个质量块和η-1个弹簧交替布置;所述质量块两端连接有阻尼耗能装置，阻尼耗能装置与密封腔体固连;在X方向上布置有弹簧导轨和质量块滑轨；质量块在滑轮的带动下在质量块滑轨上能够在X方向上左右移动;弹簧导轨与密封腔体固连，弹簧位于弹簧导轨上;弹簧一端与弹簧一侧质量块的同侧端通过弹簧挂钩相连接，弹簧另一端与另一侧质量块的同侧端通过弹簧挂钩相连接；所述滑轨的轴线和导轨的轴线相互平行。
[0005]本实用新型的进一步技术方案是:所述质量块的材料为铸钢、铸铁或铅。
[0006]本实用新型的进一步技术方案是:阻尼耗能装置通过螺栓与质量块及密封腔体连接。
[0007]本实用新型的进一步技术方案是:弹簧导轨通过螺栓与密封腔体连接。
[0008]本实用新型的进一步技术方案是:质量块滑轨通过焊接或与密封腔体连接。
[0009]本实用新型的进一步技术方案是:所述弹簧挂钩为刚性挂钩。
[0010]本实用新型的进一步技术方案是:所述阻尼耗能装置沿X方向布置，且阻尼耗能装置的轴线相互平行。
[0011]发明效果
[0012]本实用新型的技术效果在于:与现有PTMD构造不同，多频PTMD(如图3)的质量部分由多个质量块串联组成；质量块侧面某(或某几处)与建筑结构间安装黏滞阻尼器，以提供调频质量减震所需要的附加阻尼;各质量块质量、质量块间的连接刚度等均不一定相同。所以，多频PTMD具有多自由度动力特征，含有多个自振频率，从而具有一定的频率带宽。进一步研究多频PTMD方法，有助于完善现有的调频质量减震理论体系，有益于提高建筑结构的耐震性能。本实用新型与传统调谐质量阻尼器不同，由多个调谐质量块组合而成，具有多自由度动力特征，含有多个自振频率，从而有一定的频率带宽，有良好的减震效果。本实用新型传力途径及控制目标明确，通过调整质量块及弹簧刚度可以改变自身频率，适用范围广，安装简单，整体封装于密封腔中，一旦调试安装完成可免维护，耐久性好，有很高的应用推广价值。
【附图说明】
[0013]图1是多频调谐质量阻尼器减振控制装置立面剖视图。
[0014]图2是多频调谐质量阻尼器减振控制装置侧立面剖视图
[0015]图3是多频调谐质量阻尼器减振控制装置俯视图。
[0016]1-密封腔体;2-第一质量块;3-第二质量块;4-第三质量块;5-第一弹簧;6_第二弹簧;7-阻尼耗能装置;8-弹簧导轨，9-质量块滑轨，10-质量块滑轮，11-弹簧挂钩。
【具体实施方式】
[0017]下面结合具体实施实例，对本实用新型技术方案进一步说明。
[0018]1、参见图1-图3，多频调谐质量阻尼器减振控制装置由密封腔体1、第一质量块2、第二质量块3、第三质量块4、质量块滑轨9、质量块滑轮10、第一弹簧5、第二弹簧6、弹簧导轨8，阻尼耗能装置7、弹簧挂钩11组成。质量块，滑轨、弹簧、阻尼耗能装置等主要构件封装在密封腔内。密封腔体几何外形可以为圆柱体或是长方体，质量块可以是铸钢或铸铁，亦可以是其他材料。弹簧应具有刚度和耐久性。弹簧通过弹簧挂钩和螺栓与质量块连接。阻尼耗能装置与质量块之间采用螺栓连接，质量块导轨焊接在密封腔体上。质量块承座于滑轨之上，通过滑轮实现往复运动。第一质量块2右侧与第一弹簧8通过弹簧挂钩11及螺栓连接，第二质量块3左侧与第一弹簧8的同侧端通过弹簧挂钩11及螺栓连接，第二质量块3右侧与第二弹簧6得同侧端通过弹簧挂钩11及螺栓连接，第三质量块4左侧与第二弹簧6的同侧端通过弹簧挂钩11及螺栓连接。如此，各质量块之间可以相对运动且有连接刚度，通过调节弹簧刚度和质量块质量即可设计出拥有不同自振频率的多频调谐质量阻尼器减振控制装置，通过螺栓与质量块及密封腔体连接。
[0019]每个TMD均包含一个质量块，属于单自由度体，调谐控制频率单一，质量块的刚度就是弹簧的刚度，而弹簧的刚度在这里没有特殊的要求。而在多频PTMD系统中，调谐子结构由多个质量块串联而成，是一个多自由度体系，具有多个振动模态。多频PTMD(多频被动调频质量阻尼器)的质量部分由多个质量块串联组成；质量块侧面某处(或某几处)与建筑结构间安装黏滞阻尼器(附加阻尼)、弹簧(附加刚度，)，以提供调频质量减震所需要的附加阻尼;各质量块质量、质量块间的连接刚度等均不一定相同。所以，多频PTMD具有多自由度动力特征，含有多个自振频率，从而具有一定的频率带宽，改善PTMD减震频率带宽的问题。通过增减质量块个数、改变附加阻尼、附加刚度安装位置等，可以发展出多种构造及布置方式的多频PTMD系统，多频PTMD系统中，子结构是一个多质点体系的剪切型结构，在地震或风作用下，其振动模式为以某一振型为主(占80%以上)、其它振型为辅，因而可以将其近似简化为具有某阶振型的单质点体系进行分析。将子结构简化为具有某阶振型的单自由度体系进行分析，不仅便于理论推导，更可以与TMD系统采用类似的计算模型进行对比分析，更好地认识多频PTMD系统调谐控制机理。需要特别指出的是，后文中出现的子结构固有频率均为子结构的某阶振型对应的固有频率。
[0020]质量块质量，弹簧刚度、阻尼耗能参数可以根据不同的建筑结构进行设计选择，以适应不同的建筑结构。多高层建筑或高耸结构等剪切形结构，可以简化为具有多个质点的多自由度体系。对于采用被动质量调谐减震控制的多质点结构体系，如果只有一个子结构，则该子结构一般装设于顶层，以控制第一振型的最大位移，从而达到最优减震控制效果。
[0021]现以一个剪切形的多高层建筑，在顶层装设一个多频PTMD的多质点结构调谐体系进行分析。多频PTMD系统主结构为η层，子结构有ns个质量块，共有N=n+ns个自由度。子结构安装在结构顶层，通过弹簧与阻尼器与主结构连接。
[0022]多频调谐质量阻尼器构造示意图见图1，图2，图3，包括密封腔体I，第一质量块2，第二质量块3，第三质量块4，第一弹簧5，第二弹簧6，阻尼耗能装置7，弹簧导轨8，质量块滑轨9，质量块滑轮10，弹簧挂钩11。将串联质量块、附加刚度、附加阻尼、建筑结构组成的系统称之为多频PTMD系统。将串联质量块、附加刚度、附加阻尼组成的结构称之为子结构，将受控的建筑结构称为主结构。调节三个质量块，待质量块调试满足控制要求后，通过螺栓进行密封处理。多频调谐质量阻尼器减振控制装置通过螺栓连接在建筑物上。阻尼耗能装置通过螺栓与质量块及密封腔体连接。相邻质量块之间通过弹簧、弹簧挂钩、螺栓连接，可以相对运动且有连接刚度。质量块承坐与滑轨上，可以通过滑轮在滑轨上左右运动。
【主权项】
1.一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，包括密封腔体、弹簧、质量块和阻尼耗能装置;设密封腔体的水平方向为X方向，和水平方向相垂直的方向为Y方向；在密封腔体的Y方向上设有η个质量块和η-1个弹簧，且η个质量块和η-1个弹簧交替布置;所述质量块两端连接有阻尼耗能装置，阻尼耗能装置与密封腔体固连;在X方向上布置有弹簧导轨和质量块滑轨；质量块在滑轮的带动下在质量块滑轨上能够在X方向上左右移动;弹簧导轨与密封腔体固连，弹簧位于弹簧导轨上;弹簧一端与弹簧一侧质量块的同侧端通过弹簧挂钩相连接，弹簧另一端与另一侧质量块的同侧端通过弹簧挂钩相连接;所述滑轨的轴线和导轨的轴线相互平行。2.如权利要求1所述的一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，所述质量块的材料为铸钢、铸铁或铅。3.如权利要求1所述的一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，阻尼耗能装置通过螺栓与质量块及密封腔体连接。4.如权利要求1所述的一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，弹簧导轨通过螺栓与密封腔体连接。5.如权利要求1所述的一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，质量块滑轨通过焊接或与密封腔体连接。6.如权利要求1所述的一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，所述弹簧挂钩为刚性挂钩。7.如权利要求1所述的一种多频调谐质量阻尼器减振控制装置，其特征在于，所述阻尼耗能装置沿X方向布置，且阻尼耗能装置的轴线相互平行。
【文档编号】E04B1/98GK205637213SQ201620322958
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月18日
【发明人】连业达, 刘中原, 马强, 李 昊, 常建, 张玉强, 张元亮
【申请人】西北工业大学