[发明专利]控制水平和扭转方向的电涡流耗能减振装置

说明书

本发明公开了一种控制水平和扭转方向的电涡流耗能减振装置，包括一个箱体，在箱体的顶面连接一个调谐质量阻尼器(TMD)，TMD包括一根竖直的悬臂圆管，在悬臂圆管下端水平穿插两根圆杆，底端连接一个质量块，两根圆杆垂直交叉，两端分别连接一个质量块，在五个质量块底端分别连接导体板，下面对应五个永磁体连接在箱体底面，在质量块内部安装水平阻尼网和竖直阻尼网，水平阻尼网固定在质量块内壁上，竖直阻尼网一端固定在质量块底部，另一段与水平阻尼网固定，质量块内部装有液体。

技术领域

本发明属于高耸结构减振控制领域，特别涉及一种控制水平和扭转方向的电涡流耗能减振装置，可用于土木工程结构中减振控制。

背景技术

现今时代，输电塔、通信塔等高耸结构迅猛发展，其振动问题得到了广泛地关注与研究。高耸结构所承受的主要荷载包括结构自重、设备重、风荷载和地震作用，而且由于其高度较高、横截面相对较小、结构刚度偏小，容易产生较大幅度的振动，从而导致结构出现疲劳损伤或者破坏，加大结构的易损性，因此，高耸结构在风荷载和地震作用下的振动控制问题成了近年来结构工程领域的热门话题。开发设计一种能够减小高耸结构在风荷载和地震作用下振动反应的减振装置，对整个结构工程行业具有重要的现实意义。

目前常用的振动控制技术可以分为被动控制、主动控制、半主动控制、智能控制和混合控制。其中被动控制的方法主要包括消振、隔振、动力吸振及阻尼减振等方法。阻尼器是以提供运动的阻力，将结构振动的能量转变成热能或其它可以损耗的能量，从而减小结构的响应，达到耗能减振的目的，主要包括金属耗能阻尼器、摩擦耗能阻尼器、粘弹性阻尼器和粘滞阻尼器。调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是一种被动减振控制装置，安装在结构上，利用共振原理，将主体结构的振动能量吸收转移到控制装置上，从而减少结构在风荷载和地震作用下的振动响应。通过调节阻尼器的固有频率，使其与主体结构的基本频率基本一致，当主体结构在风荷载和地震作用下振动时，阻尼器会在主体结构振动方向上产生一个方向相反地惯性力来阻碍主体结构的振动，从而达到振动控制作用。调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper，简称TLD)是一种被动耗能减振装置，利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减振作用，同时液体运动也会产生惯性力，从而形成了TLD的减振控制作用，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。

当前的减振控制装置大多采用单一方式进行减振，并且只能控制某一方向的振动。在现实环境中，结构在风荷载或地震作用下的振动响应是多维度的，因此，单一方式与单一方向的减振控制方式效果不显著而且不经济。

发明内容

本发明目的是提供一种控制水平和扭转方向的电涡流耗能减振装置，主要针对输电塔、通信塔等高耸结构振动控制，旨在减小其在风荷载和地震作用下水平和扭转方向的振动反应，本发明通过调谐液体及调谐质量减振两种方式将外界激励获得的能量转化为其他形式的能量，从而达到减振耗能的效果。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

控制水平和扭转方向的电涡流耗能减振装置，包括一个箱体，在所述箱体的顶面连接一个调谐质量阻尼器(TMD)，所述的TMD包括一根竖直悬挂在箱体顶部的悬臂圆管，在所述的悬臂圆管下端水平穿插两根圆杆，悬臂圆管的底端连接一个质量块；所述的两根圆杆垂直交叉，且两端分别连接一个质量块；在五个质量块底端分别连接导体板，在箱体的底面与五个导体板上下相对的设有五个永磁体，所述调谐质量阻尼器的前三阶模态为水平摆动和扭转，与被控结构的模态相同，通过调节所述的悬臂圆管的长度和刚度与所述的圆杆两端质量块之间的距离分别使TMD的摆动和扭转频率与被控结构保持一致，实现共振特性，从而达到最优的吸振减振效果，而所述的质量块在摆动过程中与永磁体发生相对运动，根据电磁感应原理会在质量块底端的导体板内产生电涡流，并且质量块会受到电磁阻力阻碍相对运动，在此过程中被控结构的振动能量转化为电阻热能消耗掉，有较好的吸振耗能效果。