CN106320558B - 混合型多维多级耗能减振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混合型多维多级耗能减振装置，包括套装在一起的金属内箱体和外箱体，在所述的内箱体外壁与外箱体内壁之间通过弹簧连接，所述内箱体底部设置有若干个可滚动的金属球，所述的金属球镶嵌在外箱体的球形凹槽内，在所述的内箱体的顶部悬挂有一个质量球，所述的质量球能在所述的内箱体内部任意方向摆动，并能与内箱体侧壁发生碰撞，所述的质量球的外部设有一层粘弹材料，从而在水平方向上起到初次耗能减振的作用；质量球的摆动与碰撞引起内箱体水平方向上的滑动，从而使外箱体和内箱体连接处的弹簧发生变形，起到多级耗能减振作用。

Description

混合型多维多级耗能减振装置
技术领域
本发明属于高耸结构的减振控制，具体涉及一种混合型多维多级耗能减振装置。
背景技术
近年来，随着建筑物高度不断增加，地震和风灾造成的损失越来越严重，如何使建筑物具有良好的抗震和抗风性能，减少风荷载及地震作用对建筑物造成的危害，同时使建筑物安全、美观、舒适成为土木工程领域的研究热点，受到越来越多的关注。
传统抗震结构体系实际上是依靠结构及承重构件的损坏消耗大部分输入能量，该方法往往导致结构构件严重破坏甚至倒塌，这在一定程度上是不合理也是不安全的，是一种消极被动的抗震方法。为了克服传统抗震方法的缺陷，结构振动控制技术逐渐发展起来，并被认为是减轻结构振动反应的有效手段，研究表明：减振控制措施可以有效减小高耸结构在地震或风等动荷载作用下的响应，显著提高结构的防灾能力。
悬挂质量摆结构减振体系是把质量摆悬挂在结构上，当体系在地震作用下结构产生水平振动时，带动摆的振动，而摆振动产生的惯性力反作用于结构本身，当这种惯性力与结构本身的运动相反时就产生了减振效果，从而达到控制结构振动的目的。
目前常见的减振控制装置只能控制某一个方向或者是某几个特定方向的振动，而考虑到地震或风荷载作用方向的多维性以及结构振动的复杂性，这样的振动控制装置无法很好的满足振动控制的要求。本专利中采用了万向铰与可滚动的金属球，减振盒可在水平方向自由移动，消耗能量，减小各个方向的振动。本专利中的质量球为具有粘弾材料层的金属球，外层为橡胶，制作简单，并且摆动时可以与侧壁发生碰撞，碰撞同时造成内箱体的水平滑动，从而进一步消耗结构振动的能量，起到多级耗能减振的效果。
发明内容
本发明目的是提供一种多级多维碰撞耗能减振装置，旨在减小建筑结构(尤其是高层建筑或高耸结构等)在风、地震作用下的振动反应，达到耗能减振的效果。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
混合型多维多级耗能减振装置，包括套装在一起的金属内箱体和外箱体，在所述的内箱体外壁与外箱体内壁之间通过弹簧连接，所述内箱体底部设置有若干个可滚动的金属球，所述的金属球镶嵌在外箱体的球形凹槽内，在所述的内箱体的顶部中心位置悬挂有一个质量球，所述的质量球能在所述的内箱体内部任意方向摆动，并能与内箱体侧壁发生碰撞，所述的质量球的外部设有一层粘弹材料，从而在水平方向上起到初次耗能减振的作用；质量球的摆动与碰撞引起内箱体水平方向上的滑动，从而使外箱体和内箱体连接处的弹簧发生变形，起到多级耗能减振作用。
进一步的，所述的质量球通过一个刚性吊杆悬挂在内箱体顶部，刚性吊杆上端与固定在内箱体顶部的万向铰相连，下端与质量球固定连接。
进一步的，所述的内箱体和外箱体为圆柱形的筒状结构，且两者同轴安装。
进一步的，所述的弹簧沿着内箱体和外箱体的圆周方向设置有多个，多个弹簧在圆周方向上均匀分布。
进一步的，所述的金属球绕内箱体的中心轴线设置有多个，多个金属球围成一圈且在圆周方向上均匀分布。
进一步的，所述质量球外侧贴附粘弹性材料，便于吸收能量、节约成本。
进一步的，所述内部金属箱底部通过若干个可滑动金属球与外箱体相接触，摩擦力应尽量小，便于上部箱体在外部激励下自由滑动。
进一步的，所述内箱体在侧壁通过形状记忆合金耗能弹簧与外箱体相连接，通过形状记忆合金耗能弹簧的伸长与缩短，便于能量的进一步消耗。
进一步的，所述刚性吊杆及质量球的中心均位于内箱体的竖向中心线上，且所述质量球可沿任意方向摆动，实现多维减振效果。
进一步的，所述粘弹性材料层的材质为橡胶、硅胶或其它弹性材料，便于更好地吸收能量、耗能减振。
进一步的，所述质量球与刚性吊杆形成质量摆，质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制，根据被控结构的频率设计摆长。
进一步的，所述的金属球与外箱体相接触的部分刷涂有润滑油。
从而达到更好的减振效果。
本发明应当固定于高耸结构顶部。万向铰的上端通过焊接与内部金属箱顶部相连，刚性吊杆的下端连接质量球，万向铰允许刚性杆沿着任意方向运动，刚性吊杆和质量球组成了一个多向的悬挂质量摆，通过质量球的摆动和碰撞以及形状记忆合金弹簧的伸长与缩短，减小被控结构的振动反应，达到多维多次耗能减振的效果；可以通过调节刚性吊杆的长度、弹簧的刚度或者质量球来保证减振器的频率于结构的固有频率保持一致，达到最优的减振效果。
本发明的有益效果是：该减振装置通过设置万向铰与可滑动的金属球，实现多维控制结构振动，使用悬吊质量摆和记忆合金耗能弹簧实现多级控制结构振动，可以更好地耗散能量，提高减振效果；该减振装置具有构造简单、价格低廉、便于安装的特点。
附图说明
图1是多维多级减振装置的主视图。
图2是多维多级减振装置A-A剖面图。
图中：1万向铰，2刚性吊杆，3粘弹性材料层，4质量球，5可滚动的金属球，6内箱体，7形状记忆合金耗能弹簧，8外箱体。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的实施方式。
本发明提出的混合型多维多级耗能减振装置如图1，图2所示，包括套装在一起的金属内箱体6和外箱体8，在所述的内箱体6外壁与外箱体8内壁之间通过弹簧连接，所述内箱体底部设置有若干个可滚动的金属球5，所述的金属球5镶嵌在外箱体的球形凹槽内，在所述的内箱体的顶部中心位置悬挂有一个质量球，质量球4能在所述的内箱体内部任意方向摆动，并能与内箱体侧壁发生碰撞，所述的质量球4的外部设有一层粘弹性材料层3，从而在水平方向上起到初次耗能减振的作用；质量球4的摆动与碰撞引起内箱体水平方向上的滑动，从而使外箱体和内箱体连接处的弹簧发生变形，起到多级耗能减振作用。
该装置减振器是由可滑动内箱体与悬挂质量摆共同组成的。初次耗能减振器即悬挂质量摆，由一个万向铰1、一根刚性吊杆2，质量球4组成；二次减振器，是由若干根形状记忆合金弹簧7，可滚动金属球5，内部金属箱体6以及外部金属箱体8构成。
进一步的，质量球通过一个刚性吊杆悬挂在内箱体顶部，刚性吊杆上端与固定在内箱体顶部的万向铰相连，下端与质量球固定连接。
进一步的，内箱体6和外箱体8为圆柱形的筒状结构，且两者同轴安装。
进一步的，弹簧沿着内箱体和外箱体的圆周方向设置有多个，多个弹簧在圆周方向上均匀分布。
进一步的，金属球5绕内箱体的中心轴线设置有多个，多个金属球围成一圈且在圆周方向上均匀分布。
进一步的，质量球5外侧贴附粘弹性材料，便于吸收能量、节约成本。
进一步的，内部金属箱底部通过若干个可滑动金属球与外箱体相接触，摩擦力应尽量小，便于上部箱体在外部激励下自由滑动。
进一步的，内箱体在侧壁通过形状记忆合金耗能弹簧与外箱体相连接，通过形状记忆合金耗能弹簧的伸长与缩短，便于能量的进一步消耗。
进一步的，刚性吊杆及质量球的中心均位于内箱体的竖向中心线上，且所述质量球可沿任意方向摆动，实现多维减振效果。
进一步的，粘弹性材料层3的材质为橡胶、硅胶或其它弹性材料，便于更好地吸收能量、耗能减振。
进一步的，所述质量球与刚性吊杆形成质量摆，质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制，根据被控结构的频率设计摆长。
具体的，外部容器箱8安装于结构的顶部，其与内部的金属圆筒箱体6通过形状记忆合金耗能弹簧7相连，内部金属箱体6通过可滚动金属球5与外箱体相接触。金属圆筒箱5内设置水平方向的悬挂质量摆。万向铰焊接于内箱体顶部中心，刚性吊杆的上端与万向铰相连接，下端通过焊接固定质量球，并在质量球4外侧贴附粘弹性材料层3。与万向铰相连的刚性吊杆2和质量球4可沿任意方向摆动，并可以与内部金属箱侧壁发生碰撞。内部金属箱体6底部设置可滑动金属球5，使得箱体可以沿水平方向自由移动，实现在多维多级减振的效果。
本实施方案中质量球、内部圆筒箱内刚性吊杆长度、内箱体质量、和弹簧刚度设置时，需要的注意是：第一：质量球与内箱体的摆动频率应根据被控结构的频率具体设计摆长，从而达到更好的减振效果。；第二：粘弹性材料布置在质量球表面，便于吸收能量，降低造价；第三：内箱体底部通过可滚动金属球与外箱体相接触的部分应刷涂适量润滑油，以减小箱体与小球之间的摩擦力，确保箱体更好的滑动。
本实施方案中，应当根据结构的具体情况确定混合型多维多级耗能减振装置的安装位置和数量，以达到最佳的减振效果。
本专利的上述实施方案并不是对本发明保护范围的限定，本专利的实施方式不限于此，凡此种种根据本专利的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本专利上述基本技术思想前提下，对本专利上述结构做出的其它多种形式的修改、替换或变更，均应落在本专利的保护范围之内。

Claims (5)

1.混合型多维多级耗能减振装置，其特征在于，包括套装在一起的金属内箱体和外箱体，在所述的内箱体外壁与外箱体内壁之间通过弹簧连接，所述内箱体底部设置有若干个可滚动的金属球，所述的金属球镶嵌在外箱体的球形凹槽内，在所述的内箱体的顶部悬挂有一个质量球，所述的质量球能在所述的内箱体内部任意方向摆动，并能与内箱体侧壁发生碰撞，所述的质量球的外部设有一层粘弹性材料层，从而在水平方向上起到初次耗能减振的作用；质量球的摆动与碰撞引起内箱体水平方向上的滑动，从而使外箱体和内箱体连接处的弹簧发生变形，起到多级耗能减振作用；
所述的质量球通过一个刚性吊杆悬挂在内箱体顶部，刚性吊杆上端与固定在内箱体顶部的万向铰相连，下端与质量球固定连接；
所述的内箱体和外箱体为圆柱形的筒状结构，且两者同轴安装；
所述质量球与刚性吊杆形成质量摆，质量摆的频率由质量球的质量与刚性吊杆的长度控制，根据被控结构的频率设计摆长；
所述的弹簧沿着内箱体和外箱体的圆周方向设置有多个，多个弹簧在圆周方向上均匀分布；
所述的金属球绕内箱体的中心轴线设置有多个，多个金属球围成一圈且在圆周方向上均匀分布。
2.如权利要求1所述的混合型多维多级耗能减振装置，其特征在于，所述的弹簧为形状记忆合金耗能弹簧，通过形状记忆合金耗能弹簧的伸长与缩短，便于能量的进一步消耗。
3.如权利要求1所述的混合型多维多级耗能减振装置，其特征在于，所述刚性吊杆及质量球的中心均位于内箱体的竖向中心线上。
4.如权利要求1所述的混合型多维多级耗能减振装置，其特征在于，所述粘弹性材料层的材质为橡胶或硅胶。
5.如权利要求1所述的混合型多维多级耗能减振装置，其特征在于，所述的金属球与外箱体相接触的部分刷涂有润滑油。
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