悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器的制作方法

本发明是一种悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器，主要针对某些复杂或者重要的工程结构，以及高耸建筑结构的多维多级碰撞耗能装置。

背景技术：

随着社会的发展，工程结构形式日益多样化以及轻质高强材料的应用，结构的刚度和阻尼比变小，在强风或强烈地震作用下，结构的动力反应强烈，很难满足结构舒适性和安全性的要求。如何提高建筑物的抗震和抗风性能，以及减少风荷载或地震作用对建筑物造成的危害成为土木工程领域的研究热点，受到越来越多的关注，结构振动控制已经成为现代工程技术减小结构动力反应的重要方法。

传统的抗风抗震设计方法，是通过提高结构本身的强度和刚度来抵御风荷载或地震作用，依靠构件的弹塑性变形来耗能的，是一种“硬碰硬”式的抗震方法。它既不经济，又存在一定的安全隐患，并且高强材料自身的优势也难以得到充分的发挥。结构振动控制可以有效地减轻结构在风和地震等动力作用下的反应和损伤，提高结构的抗震能力和抗灾性能。

结构控制的概念可以简单表述为：通过对结构附加控制装置，由控制装置与结构共同承受振动作用，以协调和减轻结构的振动反应，消耗外部荷载传递给结构的能量，使它在外界干扰作用下的各项反应值被控制在允许范围内。

本专利将调谐质量阻尼器、悬挂质量摆和碰撞阻尼器三种较为成熟的减振技术相结合，研制出悬吊式多维多级碰撞耗能装置。在地震或风荷载作用时，随着结构受力和变形的增大，耗能装置率先产生较大阻尼，大量消耗输入结构的能量，从而使主体结构避免进入明显的非弹性状态并迅速衰减结构的动力反应，保护主体结构。

目前的减振控制设备大多数只能控制一个方向的振动或者是某几个特定方向的振动，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求；与传统悬挂摆相比，本专利中摆线由万向铰和带有液体粘滞阻尼器的组合刚性吊杆替代，可以进行任意方向上的减振；空心质量球为具有粘弾材料层的空心金属球，外层为橡胶，内部空间放入一定数量的实心小金属球，制作简单，并且摆动时空心金属球可以与侧壁发生碰撞，内部实心小金属球可以与空心金属球内壁发生碰撞，实现多级碰撞，多级耗能。

技术实现要素：

本发明目的是提供一种悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器，旨在减小建筑结构(尤其是高层建筑或高耸结构等)在地震或风荷载作用下的振动反应，达到耗能减振的效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器，包括一个圆筒箱，所述的圆筒箱内顶部通过万向铰与组合刚性吊杆连接，所述的组合刚性吊杆底部连接一个空心金属球，所述的空心金属球内部设置一定数量的实心小金属球；所述的组合刚性吊杆的上部为一个外钢管筒，在所述的外钢管筒内设置有与其套装在一起的内钢管筒，所述的内钢管筒高于外钢管筒；在所述的内钢管筒内设有液体粘滞阻尼器，所述液体粘滞阻尼器顶部连接内钢管筒顶部，底部连接外钢管筒的底部。

进一步的，所述的空心金属球和组合刚性吊杆设置在圆筒箱中部，刚性吊杆上端与固定在圆筒箱内部上面的万向铰相连，下端与空心金属球固定连接，空心金属球在圆筒箱内部任意方向摆动，并可以与侧壁发生碰撞。

进一步的，所述的实心小金属球设置在空心金属球内部，实心小金属球在空心金属球内部任意方向移动，实心小金属球之间和实心小金属球与空心金属球内壁之间可以发生碰撞。

进一步的，在空心金属球和实心小金属球的外部贴附一层粘弹材料层，起到吸收能量、耗能减振的作用。

进一步的，所述空心金属球与组合刚性吊杆固结，组合刚性吊杆竖向伸缩，所述的内外钢管筒之间碰撞，消耗能量。通过控制组合刚性吊杆伸缩的长度，避免空心金属球产生过大的跳动。

进一步的，所述组合刚性吊杆及空心金属球的中心均位于圆通箱的竖向中心线上，且所述空心金属球可沿任意方向摆动。

进一步的，所述粘弹性材料层的材质为橡胶。

进一步的，所述组合刚性吊杆竖向的频率通过液体粘滞阻尼器的阻尼系数来调节。

进一步的，在所述的内、外钢管筒的端部设有橡胶垫。

进一步的，所述的空心金属球、实心小金属球与组合刚性吊杆构成了悬挂质量摆；悬挂质量摆的频率由空心金属球和实心小金属球的质量与组合刚性吊杆的长度控制。

使用时，本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与圆筒箱顶部相连，组合刚性吊杆的下端连接空心金属球，万向铰允许刚性杆沿着任意方向运动，组合刚性吊杆和空心金属球组成了一个多向的悬挂质量摆，通过金属球的摆动和碰撞，减小所在结构的振动反应，达到耗能减振的效果；组合刚性吊杆与金属球组成了一个竖向的调谐质量阻尼器。金属球同时能够为竖向的调谐质量阻尼器和水平方向的悬挂质量摆提供质量。可以通过调节组合刚性吊杆的长度、液体粘滞阻尼器的刚度或者金属球的质量来保证减振器的频率与结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

本发明的有益效果是：

该减振装置可以减小结构在地震或风荷载作用下多维振动反应，可以有效的弥补荷载发生时方向不确定所带来的隐患；该减振装置可以实现任意方向的振动控制，具有较强的实用性；该减振装置中金属球的碰撞可以更好地耗散能量，提高减振效果；该减振装置构造简单、加工方便、性价比高、灵活性高、便于安装。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器的主视图。

图2是悬吊式多维碰撞耗能阻尼器a-a剖面图。

图中：1万向铰，2橡胶垫，3外钢管筒，4内钢管筒，5液体粘滞阻尼器，6圆筒箱，7组合刚性吊杆，8粘弹性材料层，9空心金属球，10实心小金属球。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，目前的减振控制设备大多数只能控制一个方向的振动或者是某几个特定方向的振动，而考虑到结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求；与传统悬挂摆相比，本专利中摆线由万向铰和带有液体粘滞阻尼器的组合刚性吊杆替代，可以进行任意方向上的减振；空心质量球为具有粘弾材料层的空心金属球，外层为橡胶，内部空间放入一定数量的实心小金属球，制作简单，并且摆动时空心金属球可以与侧壁发生碰撞，内部实心小金属球可以与空心金属球内壁发生碰撞，实现多级碰撞，多级耗能，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器。

本发明提出的悬吊式多维多级碰撞耗能阻尼器如图1，图2所示，该装置减振器是由调谐质量阻尼器与悬挂质量摆共同组成的。

悬挂质量摆，由一个万向铰1、一根组合刚性吊杆7、空心金属球9、实心小金属球10组成；

竖向减振器，即调谐质量阻尼器是由组合刚性吊杆7、空心金属球9、实心小金属球10构成。

组合刚性吊杆7悬挂或安装于结构物的顶部，其内的液体粘滞阻尼器5与外钢管筒3、内钢管筒4通过焊接连接；具体的结构为：组合刚性吊杆的上部为一个外钢管筒，在所述的外钢管筒内设置有与其套装在一起的内钢管筒，所述的内钢管筒高于外钢管筒；在所述的内钢管筒内设有液体粘滞阻尼器，所述液体粘滞阻尼器顶部连接内钢管筒顶部，底部连接外钢管筒的底部。

万向铰焊接于圆筒箱顶部中心，组合刚性吊杆的上端与万向铰通过销栓连接，下端通过焊接固定空心金属球9，并在空心金属球9外侧贴附粘弹性材料层8。由于万向铰的存在，组合刚性吊杆7和空心金属球9能沿任意方向摆动，并可以与圆筒箱侧壁发生碰撞，在各个方向上均能达到耗能减振的效果。

进一步的，所述组合刚性吊杆竖向的频率通过液体粘滞阻尼器的阻尼系数来调节。

进一步的，所述的空心金属球、实心小金属球与组合刚性吊杆构成了悬挂质量摆；悬挂质量摆的频率由空心金属球和实心小金属球的质量与组合刚性吊杆的长度控制。

使用时，本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与金属箱顶部相连，组合刚性吊杆的下端连接金属球，万向铰允许组合刚性吊杆沿着任意方向运动，组合刚性吊杆和金属球组成了一个多向的悬挂质量摆，通过金属球的摆动和碰撞，减小所在结构的振动反应，达到耗能减振的效果；组合刚性吊杆与金属球组成了一个竖向的调谐质量阻尼器。金属球同时能够为竖向的调谐质量阻尼器和水平方向的悬挂质量摆提供质量。可以通过调节组合刚性吊杆的长度、液体粘滞阻尼器的刚度或者金属球的质量来保证减振器的频率于结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。

本实施方案中金属球、圆筒箱内组合刚性吊杆长度和液体粘滞阻尼器刚度设置时，需要的注意是：第一，空心金属球9摆动频率尽可能接近被控结构的主频率；第二，合理选择液体粘滞阻尼器刚度，确保调谐质量阻尼器的频率接近被控结构的竖向振动频率；第三，粘弹性材料仅布置在金属球球表面，以降低造价。第四，内外钢管筒契合部分应刷涂适量的润滑油，确保竖向滑动的正常进行。

本实施方案中，应当根据结构的具体情况确定悬吊式多维多级碰撞减振阻尼器的安装位置和数量，以达到最佳的减振效果。

本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本专利的实施方式不限于此，凡此种种根据本专利的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利上述基本技术思想前提下，对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本专利的保护范围之内。