[发明专利]具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置及其安装

说明书

本发明涉及结构工程技术领域，尤其是涉及具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置及其安装。本发明中，当大跨结构发生振动时，振动通过第二连杆传递给第一连杆，第一连杆绕滑块铰耳转动，预压缩弹簧的预压力在振动方向产生一个推力分量产生负刚度效果，同时第一连杆另一端摩擦块相对摩擦板发生滑动，产生一个阻尼力；通过设计调整第二连杆连接点距离滑块铰耳的距离和第一连杆的长度比，实现负刚度效果和摩擦力的放大。利用本发明的具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置，可以提升对柔性结构多阶模态振动的阻尼，抑制风等作用下的结构振动。

技术领域

本发明涉及结构工程技术领域，尤其是涉及具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置及其安装。

背景技术

随着土木和交通工程的发展，大跨空间结构、高耸桅杆结构和超大跨桥梁结构具有重大建设和运维需求。这些结构基频低、频率分布密集、自身阻尼低，容易在风、地震等激励下出现大幅、持续时间长、多种模态的振动，威胁结构的适用性和长期安全性。亟需研究此类结构的振动控制方法。

结构振动控制主要采用气动措施和增加机械措施。气动措施主要包括优化结构断面形状，例如采用压坑、绕螺旋线等方式处理拉/吊索表面，破坏水线、涡旋等的形成减小气动激振力，对于桥梁主梁断面，常采用增加导流板、抑制板、分离断面等方式。随着结构风工程的发展，已经充分发展出多种气动措施，但是由于这类措施对结构外形、阻尼等动力参数敏感，在结构长期运营中，由于粉尘、冰雪覆盖等原因导致的结构外形改变也可能导致气动措施失效甚至诱发其他机理的振动。

结构工程实践中越来越多地在气动措施的基础上采用机械措施提升结构阻尼，实现对多种振动的稳定抑制。因而，机械装置能够提升的阻尼值以及覆盖的振动模态区间是减振的关键。多种类型的阻尼器已经在结构减振、隔震中得到应用，包括粘滞阻尼器、粘性剪切阻尼器、摩擦型阻尼器、高阻尼橡胶阻尼器和电涡流阻尼器等。各种阻尼器均有自身的特点，例如粘滞阻尼器对于单阶振动的阻尼提升效果好，但是由于不同模态对应的最优阻尼器系数不同，起对多阶模态的阻尼提升效果受到限制。摩擦型阻尼器对多阶模态能达到的阻尼效果相当，但是其效果与拉索振动幅值相关，例如当结构振幅低于一定值时，摩擦面不发生滑动时，其完全失去阻尼减振效果。同时由于阻尼器安装位置的限制，其在结构振动中的变形有限，因而提升的阻尼上限低，常不能满足减振需求。

工程结构的多模态振动控制仍是亟需解决的难题，摩擦阻尼器在工程实践中有所应用，但是存在由于安装位置限制导致阻尼效率不高的问题，因此不适应于超长索和超大跨结构，尚缺乏有效实用的摩擦阻尼器效果增强技术。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置及其安装，为拉/吊索等细长大跨结构提供一种创新高效方案。本发明的一种具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置，利用预压缩弹簧和第一连杆同时产生负刚度效应和摩擦面的法向力，同时利用第二连杆在第一连杆上的安装位置调整力臂实现负刚度效应和摩擦力的同时放大。具体而言，当大跨结构发生振动时，振动通过第二连杆传递给第一连杆，第一连杆绕滑块铰耳转动，预压缩弹簧的预压力在振动方向产生一个推力分量产生负刚度效果，同时第一连杆另一端摩擦块相对摩擦板发生滑动，产生一个阻尼力；通过设计调整第二连杆连接点距离滑块铰耳的距离和第一连杆的长度比，实现负刚度效果和摩擦力的放大。利用本发明的具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置，可以提升对柔性结构多阶模态振动的阻尼，抑制风等作用下的结构振动。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

本发明的第一个目的是提供一种具有力放大机制和负刚度效应的摩擦型减振装置，固定于大跨结构和支架上，包括弹簧导管、调节螺栓、弹簧、底板、滑块、第一连杆、摩擦块、端板、第二连杆；

所述第二连杆与大跨结构相连接；所述弹簧导管一端与支架连接，另一端与底板相连接；

所述第二连杆远离大跨结构的端部与第一连杆的中部活动连接，且静止状态下第一连杆和第二连杆垂直；