[发明专利]具有非线性刚度的颗粒阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有非线性刚度的颗粒阻尼器。属于结构工程抗震与减振技术领域。

背景技术

伴随着人们对结构抗震抗风研究的不断深入，建筑的结构抗振性能愈发重要。阻尼器，是以提供运动的阻力，耗减运动能量的装置。上世纪七十年代后，人们开始逐步将这些技术转从汽车、航天航空等领域运用到建筑、桥梁、铁路等结构工程中，并且发展十分迅速。传统减振装置如调谐质量阻尼器等，使结构振动衰减十分明显，但它存在着减振频带窄，耗能能力有限且阻尼器设置价格高等缺陷。

颗粒阻尼器技术源于航空航天以及机械振动控制领域，是一种无源的被动控制技术作为一种新型的耗能减震控制技术，具有对原系统改动小、附加质量小、减震频带宽、多维控制能力好、可运用于恶劣环境且布置灵活等优点，在土木工程结构控制中处于起步发展阶段。

非线性能量阱是人们由传统的动力吸振器中引入非线性特征而得到的新型减振装置。非线性能量阱没有固定的频率，具有非线性刚度与一定的阻尼特性。在振动过程中，非线性能量阱发生的靶向能量传递使得振动能量以一种不可逆的方式传递至振子，不会返回到原系统，并通过自身振子的阻尼作用促使能量耗散。非线性能量阱的这些特征使其可以有效地抑制随机振动，成为一种最有发展前途的减振装置。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有非线性刚度的颗粒阻尼器。

本发明提出的一种具有非线性刚度的颗粒阻尼器，包括底滑动承台1、滑动摩擦副2、连接弹簧3、阻尼箱4、阻尼颗粒5、分隔板6、固定螺栓7和缓冲材料8，其中：底滑动承台1下部通过固定螺栓7与目标减振结构连接，上部开有凹槽，所述凹槽内设有凹型滑动摩擦副2；阻尼箱4底部与滑动摩擦副2顶部相连，阻尼箱4内部设置阻尼颗粒5与分隔板6，分隔板6根据实际需求将阻尼箱4内部分隔为若干子分区，每个子分区内放置若干个阻尼颗粒5，底滑动承台1两端和阻尼箱4两侧分别通过连接弹簧3进行相连，所述连接弹簧３为垂直布置；缓冲材料8设置在阻尼箱4与分隔板6内壁；振动时由于上部阻尼箱4与阻尼颗粒5的重力作用，滑动摩擦副2向上滑动过程中消耗颗粒阻尼器振动能量；阻尼颗粒5在振动时发生碰撞、摩擦与滚动，进一步消耗颗粒阻尼器振动能量；缓冲材料8进一步提高阻尼颗粒5与阻尼箱内壁碰撞时的耗能效果；所述连接弹簧3振动时发生非线性长度变化，产生结构的非线性控制力与阻尼器自身的回复力。

本发明中，缓冲材料8选用高分子聚氨酯软泡材料。

本发明中，滑动摩擦副2所选材料为具有较低摩擦系数与良好耐磨性能的摩擦材料，如聚四氟乙烯涂料层。

本发明中，阻尼颗粒5材料可选钢、铜或具有一定摩擦性能的高分子材料。所选粒径为5mm~30mm，也可各种粒径混合搭配，水平投影面积占相应分区的50%~80%。

本发明中，分隔板6可根据实际需求将阻尼箱横向或纵向分隔为若干子分区。

本发明的优点是：结合了非线性能量阱的减振耗能机理，减振频带宽、能量耗散快等优点，与传统阻尼器相比具有普适性，同时具有颗粒耗能，摩擦耗能等多种耗能手段，无需外部能源供给，安装维护相对简单，具有良好的适用性与经济性。

附图说明

图1为本发明的侧视图；

图2为本发明的剖面示意图；

图3为本发明的俯视图；

图4为本发明阻尼箱的剖面图；

图中标号：1 底滑动承台，2 滑动摩擦副，3 连接弹簧，4 阻尼箱，5 阻尼颗粒，6 分隔板，7 固定螺栓，8 缓冲材料。

具体实施方式

下面结合附图和实例做进一步说明。

实施例１：如图所示，本发明包括底滑动承台1、滑动摩擦副2、连接弹簧3、阻尼箱4、阻尼颗粒5、分隔板6、固定螺栓7和缓冲材料8。底滑动承台1为钢制，通过固定螺栓7固定在结构上，其中螺栓可选用摩擦型高强螺栓。底滑动承台1与阻尼箱4之间为滑动摩擦副2，选用材料为聚四氟乙烯涂料层，摩擦系数约为0.07~0.09，当底滑动承台1与阻尼箱4发生相对位移时，由于上部构件重力的作用，使滑动摩擦副2发生摩擦耗能。阻尼箱4为厚度5mm不锈钢板焊接而成，尺寸根据实际应用而定，内壁设置有材料为聚氨酯软泡的缓冲材料8。分隔板6分隔方式根据实际情况而定，图中分隔方式为实际运用实施的一种，分隔板内壁亦设置缓冲材料8，当颗粒与内壁发生碰撞时，缓冲材料8可进一步提高能量耗散，同时具有一定的降噪吸音的功能。颗粒5选用粒径为5mm~30mm的铜球，填充率为50%~80%，在风或地震作用下，阻尼器腔体内部阻尼颗粒之间、颗粒与内壁之间进行摩擦碰撞耗能。连接弹簧3两端与底滑动承台1、阻尼箱4铰接相连，且连接弹簧３为垂直布置，当底滑动承台1、阻尼箱4由于振动而发生相对位移时，使连接弹簧３发生相对于阻尼箱4水平位移的非线性长度变化，提供非线性的回复力。