[实用新型]双向独立刚度颗粒调谐质量阻尼器

说明书

技术领域

本实用新型属于土木工程技术领域，具体为一种双向独立刚度颗粒调谐质量阻尼器。

背景技术

近年来调谐质量阻尼器（TMD）以其对原结构改动小、施工简单、减振效果显著等特点受到广泛重视，并在国内外土木工程结构中得到应用。为了控制水平方向的振动，主要采取的方法是悬吊质量块或者安装可以在圆弧面滑动的支座。但是无论是悬吊方法还是圆弧面支座方法，在水平的两个方向都只能提供相同的自振频率，而实际结构往往在水平两方向上具有不同的动力特性。而且，传统的调谐质量阻尼器需要附加粘滞阻尼器或者液体阻尼器等，造价昂贵，难以得到大范围的推广。传统的调谐质量阻尼器还存在减振频带窄的缺点，往往只能对调谐频率附近的振动产生较好的减振效果，对于偏离此频率的振动控制效果则不佳。但是，如果在质量块上设置空腔，靠放入的颗粒群之间的相互碰撞提供阻尼，同样可以达到调节质量和提供阻尼器的目的，还可以加宽减振的有效频率，大幅度降低装置的造价。不同的水平刚度则可以通过抗扭弹簧的设计来实现。

发明内容

本实用新型的目的在于独立提供阻尼器在水平方向的运动刚度，从而使其在两个方向上具有不同的频率，以满足调谐被控结构频率的要求。另外，还将颗粒阻尼器与调谐质量阻尼器结合起来，在保证使用功能完备的条件下，尽可能降低装置的造价。

本实用新型提出的双向独立刚度颗粒调谐质量阻尼器，由阻尼器空腔1、颗粒群2、曲柄连杆4、抗扭弹簧6、转动轴8和滑道系统组成，其中：滑道系统包括轨道5和滑块7，阻尼器空腔1为长方体或圆柱体结构，内部可沿长短边以及高度方向划分成多个腔体，每个腔体内放置一层颗粒群2，颗粒群2在水平面占用面积为阻尼器腔体1水平面积的40%~80%，阻尼器空腔1内壁粘贴有缓冲材料3，以增加颗粒碰撞过程中所消耗的能量；曲柄连杆4的一端用螺栓固定在阻尼器腔体1的底部，另一端搁置转动轴8顶部凹槽处，并与抗扭弹簧6上端焊接，抗扭弹簧6下端与滑块7焊接，滑块7与转动轴8为一个整体，抗扭弹簧6套于转动轴8外，连杆4的端部为正方形钢板，其上穿孔，抗拔螺栓9插入所述穿孔部位，且对准转动轴8顶部凹槽，但不影响曲柄连杆4的转动；滑块7的截面为工字形，上翼缘搁置在槽型轨道5的翼缘上，轨道5翼缘上嵌入小滚珠10，滑块7上翼缘与轨道5翼缘处设有滚珠10。

本实用新型中，所述缓冲材料3可以是橡胶、泡沫塑料或者珍珠棉等材料中任一种。

本实用新型中，弹簧6的材料、几何参数等应分别根据实际刚度需要来确定。

本实用新型中，颗粒群2的体积为阻尼器腔体1体积的5%~20%。

本实用新型中，转动轴8和抗扭弹簧6共同承担阻尼器腔体1和连杆4的重量，同时转动轴8侧壁应足够光滑，不影响连杆4的转动性能。

本实用新型的有益效果是：通过合理设计抗扭弹簧，可以为水平两个方向提供不同的刚度以调谐被控结构的频率。通过附加颗粒群代替了传统调谐质量阻尼器所需要的粘滞阻尼器，通过颗粒群之间以及颗粒群与空腔壁之间的碰撞消耗能量。颗粒阻尼器的应用又增加了调谐质量阻尼器的调频带宽，使其在较大范围的振动频率下仍具有良好的减振性能。本实用新型性能良好，取材方便，性价比较高。

附图说明

图1是双向独立刚度颗粒调谐质量阻尼器平面图；

图2是双向独立刚度颗粒调谐质量阻尼器连杆装配图；

图3是双向独立刚度颗粒调谐质量阻尼器局部立面图；

图中标号：1—阻尼器腔体，2—颗粒群，3—缓冲材料，4—曲柄连杆，5—轨道，6—抗扭弹簧，7—滑块，8—转动轴，9—抗拔螺栓，10—滚珠。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做出进一步说明。

实施例1：阻尼器腔体1是由5mm~10mm厚的钢板焊接而成的长方体空箱，内部划分成若干个分空腔1，每个空腔1内部粘贴5mm厚缓冲材料3，缓冲材料3可以是橡胶或泡沫塑料等。在空腔1内放置一层颗粒群2，并留有足够的运动空间。颗粒群2在水平面占用面积应为阻尼器腔体1水平面积的40%~80%，颗粒群2的体积应为阻尼器腔体1体积的5%~20%。阻尼器腔体1底部固定在曲柄连杆4上，为了防止连杆4相互碰撞，曲柄连杆4应做成半圆弧形，并在满足空间要求下尽量加大其圆弧半径。曲柄连杆4带有开孔凹槽的另一端搁置在转动轴8上，为了防止连杆4与转动轴8脱离，用抗拔螺栓9穿过连杆4端部固定在转动轴上。曲柄连杆4的端部开孔直径应略大于螺杆9直径，而且螺栓9不能过于压紧连杆4，避免其影响连杆4的转动能力。抗扭弹簧6上端与曲柄连杆4焊接，下端与滑块7顶部焊接，当曲柄连杆4绕转动轴8转动时，抗扭弹簧6提供扭转刚度。转动轴8固定在工字形滑块7上，滑块7的上下翼缘卡在槽型轨道5的开口翼缘上。为了减小摩擦，轨道5的翼缘上沿长度方向嵌入一排小滚珠10，滚珠10在轨道5翼缘的凹坑里可以自由滚动。滑块7的上翼缘直接搁置在滚珠10上。轨道5、滑块7、抗扭弹簧6以及曲柄连杆4等组成的刚度体系共有四个，处于相对位置的两个刚度体系为一组，其布置方式如附图所示。当阻尼器腔体1沿某一方向运动时，一组刚度体系的曲柄连杆4绕转动轴8发生转动，有转角产生时抗扭弹簧6提供抗扭刚度，对于阻尼器腔体1来说，弹簧6的抗扭刚度转换成为水平方向的刚度；当阻尼器腔体1沿另一个方向运动时，该组刚度体系的曲柄连杆4推动转动轴8和滑块7在轨道5上滑动，抗扭弹簧6此时不能发挥作用，所以该组刚度体系对阻尼器腔体1的水平刚度贡献为零。