[发明专利]一种超低频调谐质量阻尼器及其参数设计方法

说明书

本发明涉及减振技术领域，具体涉及一种超低频调谐质量阻尼器及其参数设计方法。该阻尼器包括：质量块、弹簧组和至少一阻尼元件。其中，弹簧组的一端与待减振结构连接，另一端与质量块连接，为质量块提供弹力；每一阻尼元件与质量块连接，用于为质量块提供阻尼和与弹力相同方向的力。该参数设计方法包括以下步骤：根据待减振结构的控制目标确定质量块的质量和阻尼器的控制频率；根据质量块的振幅和允许安装空间确定弹簧组的静力变形量；根据质量块的质量、阻尼器的控制频率和弹簧组的静力变形量，确定阻尼元件提供的力。能够解决现有技术中超低频TMD弹簧静伸长，以及克服弹簧静伸长量过大的问题。

技术领域

本发明涉及减振技术领域，具体涉及一种超低频调谐质量阻尼器及其参数设计方法。

背景技术

近些年来，随着高强轻质材料的使用、新工艺的出现和建造技术的提升，超大跨度桥梁和超高层建筑结构层出不穷，但此类结构体系轻柔纤细、阻尼小、自振频率低的特点也越来越明显，在脉动风、人、车辆和地震等荷载作用下，易发生各种形式的振动，这些振动不仅会引起人员不适、结构摇晃、结构疲劳等问题，甚至会造成恶劣的社会负面影响，如2020年陆续出现的鹦鹉洲长江大桥和虎门大桥涡激振动现象，振动频率均低于0.4Hz，已经属于超低频振动的范畴。

调谐质量阻尼器(TMD)主要包括弹簧、质量、阻尼三大构件，在桥梁结构和高层建筑结构中广泛应用，对于结构振动有非常明显的抑制作用。但常规TMD用于超低频减振时，难以处理弹簧的低刚度和平衡质量块重力的矛盾。若直接纯依靠弹簧弹性力平衡质量块重力，则其弹簧的静力伸长量为：式中，δ为弹簧静力伸长量(单位为m)，m为质量块质量(单位为kg)，k 为弹簧刚度(单位为N/m)，g为重力加速度(单位：m/s2)，f为阻尼器频率(单位为Hz)。从上述公式可以看出，弹簧的静力伸长量δ与频率f的平方成反比，随着频率的降低，弹簧静力伸长量会迅速增大，减振器所占空间也会迅速增大，而为达到如此大的伸长量，同时保证弹簧钢丝应力满足设计规范要求，弹簧钢丝的直径和总长也会迅速增大，从而导致其质量迅速增大。计算可知，常规TMD达到0.3Hz 和0.1Hz所需弹簧伸长量分别为2.76m和24.82m，在活动质量自重不变的前提下，频率越小，弹簧的刚度越小，为了抵抗自重，只能通过大变形量来实现，而对于实际的桥梁结构而言，其主梁允许阻尼器的净空位置约在2～3m以内。因此对于超低频阻尼器而言，按照常规方案，弹簧是无法设计的，故使超低频阻尼器仅停留在概念阶段，无法满足使用要求。

发明内容

针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超低频调谐质量阻尼器及其参数设计方法，能够解决现有技术中超低频 TMD弹簧静伸长，以及克服弹簧静伸长量过大的问题。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一方面，本发明提供一种超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，包括：

质量块；

弹簧组，其一端与待减振结构连接，另一端与所述质量块连接，为所述质量块提供弹力；

至少一阻尼元，每一所述阻尼元件均与所述质量块连接，用于为所述质量块提供阻尼和与所述弹力相同方向的力。

一些可选的方案中，每一所述阻尼元件包括：

储液箱，其用于储存阻尼液；

浮力块，其设于所述储液箱内，并可浸泡在所述阻尼液中提供浮力；

传力杆，其一端与所述质量块连接，另一端与所述浮力块，用于传递所述浮力至所述质量块，且所述浮力和弹力作用至所述质量块的方向相同。

一些可选的方案中，当所述超低频调谐质量阻尼器设于所述待减振结构下方时：

所述阻尼元件设于所述待减振结构下方，并位于所述质量块上方；

或者包括至少两组阻尼元件，并周向间隔设置在所述质量块的外侧。