[实用新型]调速型调谐质量阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种调速型调谐质量阻尼器，主要用于高耸结构、桥梁塔架等的抗震减灾领域。

背景技术

自1972年美国学者Yao提出结构控制概念以来，结构振动控制的研究得到了快速发展，在众多的控制装置中，调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，TMD)安装时不需要修改结构设计，一般可以直接安装在结构的顶层，因为灵活方便，成本低，应用比较广泛。

目前，理论和实验研究普遍认为TMD能有效地减轻高耸结构的风振，但不少研究表明TMD对地震等冲击荷载的控制效果十分有限。主要原因有：(1)地震等冲击型载荷通常在很短时间内达到峰值，而TMD在充分发挥作用之前需要较长的时间来得到一定的速度和位移，导致TMD的减震效果滞后(2)大震作用下结构动力特性会因屈服发生变化，导致TMD失调。

主动调谐质量阻尼器(ATMD)引入外部能量使TMD质量块获得加速度，产生合适的惯性力，从而提高减震效果。ATMD优于被动TMD，但需要可靠的大功率外部能源供给，操作维护昂贵，对常用的控制律，时滞也很敏感。又由于控制力、作动器行程等方面的限制，ATMD多数是用来减小风振和中等程度的地震。

根据TMD的工作原理，TMD对结构的控制力等于其惯性力，而惯性力与恢复力、阻尼力之和大小相等，方向相反。当阻尼不大时，阻尼力与恢复力相比很小，那么控制力与TMD的恢复力方向大致相反。如果TMD的相位能始终保持落后主体结构90度，那么TMD对结构的控制力就始终是阻力，抑制主体结构振动；另外，控制力与TMD的相对位移成正比，只有TMD的运动达到一定的幅度，才能保证给主体结构足够大的控制力。

考虑到被动TMD地震控制效果不好，而ATMD又受到能量、控制力和行程的限制，本实用新型从被动TMD的工作原理出发，提出调速型TMD，通过在适当时候给TMD适当的冲量，调整TMD的速度，使其在较短时间内达到需要的运动幅值，在一定程度上解决了TMD在地震作用下启动慢的问题，并且可以保持TMD和主体结构的最优相位关系，从而减少了TMD因频率失调带来的不利影响。

现有TMD存在启动慢、在频率失调情况下控制效果差的问题。

实用新型内容

为了克服上述问题，本实用新型目的是提供一种调速型TMD，其基本技术路线是：通过给TMD质量块冲量，使TMD迅速达到需要的运动幅度，提高其对冲击型荷载的控制效果；利用磁流变阻尼器可以锁紧TMD与主体结构的功能，调节TMD和结构的相位关系，减少频率失调带来的控制效果的降低。

本实用新型提供了一种调速型调谐质量阻尼器，包括质量块2、2个TMD弹簧3、滚动支承4和2个阻尼器，质量块2通过滚动支承4连接结构楼板1；每个TMD弹簧3一端连接TMD质量块2，另一端连接结构楼板1或与结构楼板1固结的刚性支架5，每个阻尼器一端连接质量块2；其特征在于：

所述的阻尼器为磁流变阻尼器8；所述的每个磁流变阻尼器8另一端连接一个冲量发生装置；所述的2个冲量发生装置对称布置；

所述的冲量发生装置由水平主电磁铁和水平主弹簧10组成，主电磁铁包括主电磁铁线圈6和主电磁铁衔铁9，主电磁铁线圈6安装在刚性支架5上，主电磁铁衔铁9通过衔铁滚动支承15连接结构楼板1；水平主弹簧10放置在主电磁铁线圈6和主电磁铁衔铁9之间，主弹簧10一端与刚性支架5相连，另一端与主电磁铁衔铁9接触但不连接。

磁流变阻尼器8具有离合功能，磁流变液在零磁场时类似于粘滞液体，只提供较小的阻尼力，不阻止磁流变阻尼器8两端的相对运动，称为‘离’状态；磁场突然增大时，磁流变液瞬间变成屈服力很大的半固体，阻止了磁流变阻尼器两端的相对运动，称为‘合’状态。另外，磁流变阻尼器的响应时间只有几毫秒，满足瞬间离合的要求。