[发明专利]双向碰撞摆减振控制装置

说明书

本发明公开了一种双向碰撞摆减振控制装置，适于安装在大跨或高耸结构的顶部，由质量块、摆线、套筒、弹簧、连接板、限位装置、粘弹性材料层和箱体组成，其中质量块和摆线组成悬挂质量摆。双向碰撞摆减振控制装置既能够通过悬挂质量摆吸收主结构的动能，又能够在摆动的过程中与限位装置发生碰撞引发能量交换并消耗悬挂质量摆吸收的动能，降低结构的动力响应，具有双重减振控制效果；同时在限位装置上设置粘弹性材料层，增强碰撞耗能的能力。该装置原理明确、构造简单，占据空间小，抵抗外界因素干扰的能力强、抑制不良振动效果显著，能够减小多个方向的动力响应，且安全性高、造价低，能够产生较好的经济效益和社会效益，具有良好应用前景。

技术领域

本发明涉及的是建筑结构领域，具体而言是一种双向碰撞摆减振控制装置(bidirectional pounding tuned mass damper，简称BPTMD)，主要应用于大跨、高耸等重要建筑结构的减振控制。

背景技术

近年来，我国涌现出许多体型复杂、内部空间多变的高层、超高层结构，这类结构具有尺寸大、功能复杂、造型新颖等一系列显著特点。随着建筑高度的增加，包括水平地震作用、风荷载等水平荷载成为控制结构设计的主要因素。当前，我国技术标准和规范强调的最主要的目标是，防止结构在地震作用下发生破坏、倒塌。然而，汶川地震表明，许多建筑结构尽管未发生倒塌，但其内部许多非结构构件却发生了严重的破坏，造成了巨大的经济损失。外部荷载作用下结构产生过大的侧向变形和不良振动会严重影响结构的安全性，同时降低结构使用舒适性。

振动控制的目的是降低建筑结构在地震作用和风荷载下的动力响应，提高结构的安全运行水平。由于被动控制装置具有造价低廉、可靠性高、简便易行的特点，因此附加阻尼器对结构进行被动控制的方法在实际工程中被广泛应用。其中，悬挂质量摆和碰撞阻尼器是常见的被动减振控制装置。

悬挂质量摆是一种由质量球和摆线组成的被动控制装置。其原理是将质量球悬挂在结构上，通过控制摆线的长度来调节频率，当结构受地震作用或风荷载时，产生水平振动，此时质量摆随之产生振动，而质量摆的运动产生惯性力反作用于结构本身，当两者方向相反时就产生了制振效果，从而达到降低结构振动的目的。然而这类装置也存在明显缺陷：第一，悬挂质量摆缺乏耗能机制，无法耗散所吸收的系统动能；第二，当悬挂质量摆的自振频率与主结构的固有频率相近时减振效果较好，如果两者相差较大，减振效果会大大降低，甚至会出现放大局部响应的现象。

碰撞阻尼器是一种广泛用于结构的减振控制装置，由附加质量和限位装置构成。其工作原理是：当受控主结构在荷载作用下运动时，附加质量与主结构产生相对运动，并与限位装置发生碰撞。碰撞会引发能量交换并消耗系统动能，从而达到降低主结构动力响应的目的。与传统减振装置相比，碰撞阻尼器耗能更强，减振频带宽，鲁棒性好，而且易于维护，造价低。然而，这种减振装置也存在其局限性：传统的碰撞阻尼器质量块本身质量较大，在碰撞时存在放大结构加速度响应的危险，容易造成结构本身局部破坏；此外，碰撞过程中会造成噪声污染，影响正常生活。

发明内容

本发明提供了一种双向碰撞摆减振控制装置，目的是减小大跨、高耸等复杂结构(尤其塔式结构形式)在地震作用或风荷载下的动力响应，达到耗能减振的目的，提高结构安全性和可靠度。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

双向碰撞摆减振控制装置(BPTMD)，由质量块、摆线、套筒、弹簧、连接板、限位装置、粘弹性材料层和箱体组成；所述的箱体顶部设置有连接板，在所述的连接板顶部的中心位置通过摆线悬挂有一个质量块，所述的质量块和摆线组成悬挂质量摆；所述的质量块在水平面的前、后、左、右四个方向各通过一个弹簧连接在箱体的四个侧壁上，四个所述的弹簧通过限位装置进行限位。

进一步的，所述的限位装置包括一个悬挂在连接板顶部的圆筒和与圆筒外壁相连的四个套筒，质量摆罩在圆筒内，四个弹簧穿过的圆筒的侧壁后由套筒进行限位，用于约束弹簧侧向变形，且起到保护弹簧的作用。