一種多向滾動式減振阻尼器的製作方法

2023-10-09 23:27:39 1

本發明屬於大跨度空間結構的減振控制範疇，具體涉及一種多向滾動式減振阻尼器。

背景技術：

近年來，隨著科學技術的進步以及施工技術的發展，建築產業進入了快速發展的階段，建築結構朝著柔性化、高聳化的方向發展。高聳的建築結構由於其結構形式的複雜性，在地震或風荷載的作用下結構動力反應強烈。如何減少建築物的動力響應，使建築物兼具安全美觀的基本要求，受到越來越多的關注。

傳統抗震結構體系實際上是依靠結構及承重構件的損壞消耗大部分輸入能量，該方法往往導致結構構件嚴重破壞甚至倒塌，這在一定程度上是不合理也是不安全的，是一種消極被動的抗震方法。為了克服傳統抗震方法的缺陷，結構振動控制技術逐漸發展起來，並被認為是減輕結構振動反應的有效手段，研究表明：減振控制措施可以有效減小高聳結構在地震或風荷載等動荷載作用下的響應，顯著提高結構的防災能力。

調諧質量阻尼器是一種由彈簧、阻尼器和質量塊組成的振動控制系統。其工作原理：結構在外部激勵下產生振動，帶動調諧質量阻尼器系統一起振動，調諧質量阻尼器系統相對運動產生的慣性力反作用到結構上，通過調諧這個慣性力實現對結構的振動控制。

目前常見的減振控制裝置只能控制某一個方向或者是某幾個特定方向的振動，而考慮到地震或風荷載作用方向的多維性以及結構振動的複雜性，這樣的振動控制裝置無法很好的滿足振動控制的要求。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種多向滾動式減振阻尼器，旨在減小建築結構(尤其是高層建築或高聳結構等)在風荷載或地震作用下的振動反應，達到耗能減振的效果；本發明中採用了可在水平方向滑動的質量塊與可在豎直方向滑動的內箱體，該裝置可在水平與豎直兩個方向自由移動，消耗能量，減小水平與豎直兩個方向的振動，從而更好地消耗結構振動的能量，起到多向耗能減振的效果。

為實現上述目的，本發明採用下述技術方案：

多向滾動式減振阻尼器，包括套裝在一起的且形狀為圓柱形的金屬內箱體和外箱體，所述的內箱體外壁能沿著外箱體內壁在豎直方向上上下滑動，所述內箱體的底部通過彈性減振組件與外箱體固定連接，所述內箱體和彈性減振組件構成調諧質量阻尼器結構，實現豎直方向上的耗能減振作用；所述內箱體內設置一個質量塊，所述的質量塊的側面通過多個彈簧與內箱體的內壁相連；質量塊的底部放置在若干個金屬球上，所述的金屬球放置在內箱體的球形凹槽內；所述的質量塊能在所述的內箱體內部任意方向滑動，並能引起形狀記憶合金耗能彈簧變形，消耗能量，實現水平方向上的耗能減振作用，起到多向耗能減振作用。

進一步的，所述的內箱體和外箱體為圓柱形的筒狀結構，且兩者同軸安裝。

進一步的，所述的彈簧沿著質量塊和內箱體的圓周方向設置，彈簧在圓周方向上均勻分布，彈簧數量根據實際需要具體設計。

進一步的，所述的金屬球繞內箱體的中心軸線設置有多個，多個金屬球圍成一圈且在圓周方向上均勻分布。

進一步的，所述質量塊為一個圓柱形，其底部通過若干個可滑動金屬球與內箱體相接觸，摩擦力應儘量小，便於質量塊在外部激勵下自由滑動。

進一步的，所述質量塊與金屬球相接觸的部分刷塗有潤滑油。

進一步的，所述質量塊的側面通過形狀記憶合金耗能彈簧與內箱體相連接，隨著形狀記憶合金耗能彈簧的伸長與縮短，消耗水平的方向能量。

進一步的，所述彈性組件包括彈簧組與阻尼器組，彈簧組包括多個彈簧，每個彈簧的上端均與內箱體固定連接，彈簧的下端與外箱體固定連接，彈簧剛度及數量根據實際需要進行設計，應儘量保證豎向剛度與被控結構一致，從而達到較好的減振效果；所述的阻尼器組包括多個液體粘滯器，每個阻尼器的上端均與內箱體固定連接，阻尼器的下端與外箱體固定連接。

進一步的，所述內箱體的外壁設置有滑塊，外箱體的內壁設有與所述滑塊相適配的豎嚮導軌；所述的滑塊沿著所述的豎嚮導軌來回滑動。

進一步的，所述滑塊與豎嚮導軌相接觸的部分刷塗有潤滑油。

進一步的，所述的內箱體和彈性減振組件構成調諧質量阻尼器結構，調諧質量阻尼器結構的頻率由內箱體與質量塊的質量控制，根據被控結構的頻率設計質量塊及內箱體質量。

進一步的，所述外箱體及內箱體均為金屬材質，所述外箱體及內箱體均為圓筒狀結構。

進一步的，所述彈簧和液體粘滯阻尼器為間隔設置。

本發明應當固定於大跨度空間結構頂部。金屬球允許質量塊沿著任意水平方向運動，豎直導軌允許內箱體沿豎直方向運動，通過質量塊的滑動以及形狀記憶合金彈簧的伸長與縮短，減小被控結構的振動反應，達到多向耗能減振的效果；該裝置可以通過調節內箱體或者質量塊的質量來保證減振器的頻率與結構的固有頻率保持一致，達到最優的減振效果。

本發明的有益效果是：該減振裝置通過設置可滑動的質量塊，使其在滑動過程中引起形狀記憶合金耗能彈簧的變形，減緩水平方向的能量；內箱體、彈簧和粘滯阻尼器組成了豎向的調諧質量阻尼器，消耗豎直方向的能量，進而達到多向消耗能量的目的，提高減振效果；該減振裝置具有構造簡單、價格低廉、便於安裝的特點。

附圖說明

圖1是多向滾動式減振阻尼器的主視圖。

圖2是多向滾動式減振阻尼器A-A剖面圖。

圖中：1質量塊，2形狀記憶合金耗能彈簧，3可滾動的金屬球，4彈簧，5液體粘滯阻尼器，6內箱體，7豎嚮導軌，8滑塊，9外箱體。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的實施方式。

本發明提出的多向滾動式減振阻尼器如圖1，圖2所示，包括套裝在一起的金屬內箱體6和外箱體9，在所述的內箱體6外壁與外箱體9內壁之間通過豎嚮導軌7滑動連接，所述內箱體6的底部通過彈性減振組件與外箱體9固定連接；所述的金屬球5放置在內箱體的球形凹槽內，在所述的金屬球5的頂部設置有一個可滑動的質量塊1，質量塊1能在所述的內箱體內部任意方向滑動，並能引起形狀記憶合金耗能彈簧2的變形，從而在水平方向上起到耗能減振的作用；所述內箱體6的外壁設置有四個滑塊8，外箱體9的內壁設置有與所述四個滑塊8相適配的四個豎嚮導軌7,以便於內箱體6上下滑動，且能防止內箱體6擺動，在長時間使用後應當在導軌內刷塗潤滑油，保證豎向滑動的正常進行。通過內箱體6的上下滑動，可以很好的消耗豎直方向的能量，起到多向耗能減振作用。

該裝置由可豎向滑動的內箱體與可水平滑動的質量塊共同組成。水平方向耗能減振器，是由一個可滑動質量塊1、可滾動金屬球3，若干根形狀記憶合金彈簧2組成；豎直方向減振器，是由彈簧4，液體粘滯阻尼器5，內箱體6，豎嚮導軌7，滑塊8以及外部金屬箱體9構成。

本發明在使用時，應當固定於大跨度空間結構頂部。金屬球允許質量塊沿著任意水平方向運動，豎直導軌允許內箱體沿豎直方向運動，通過質量塊的滑動以及形狀記憶合金彈簧的伸長與縮短，減小被控結構的振動反應，達到多向耗能減振的效果；該裝置可以通過調節內箱體或者質量塊的質量來保證減振器的頻率與結構的固有頻率保持一致，達到最優的減振效果。

進一步的，質量塊1底部通過若干個可滑動金屬球3與內箱體6相接觸，摩擦力應儘量小，便於在外部激勵下質量塊可以自由滑動。

進一步的，內箱體6和外箱體9為圓柱形的筒狀結構，且兩者同軸安裝。

進一步的，彈簧2沿著質量塊和內箱體6的圓周方向均勻設置，彈簧剛度及數量根據具體需求進行設置。

進一步的，金屬球3繞內箱體6的中心軸線設置有多個，多個金屬球圍成一圈且在圓周方向上均勻分布。

進一步的，可滑動質量塊1在側壁通過形狀記憶合金耗能彈簧2與內箱體6相連接，隨著形狀記憶合金耗能彈簧的伸長與縮短，消耗水平方向的能量。

進一步的，所述內箱體6的外壁設置有四個滑塊8，外箱體的內壁設有與所述滑塊相適配的豎嚮導軌7，便於內箱體的上下滑動，從而消耗豎向能量。

進一步的，所述彈性組件包括彈簧4與液體粘滯阻尼器5，彈簧與阻尼器的上端與內箱體外壁固定連接，彈簧與阻尼器的下端與外箱體內壁固定連接。

進一步的，內箱體6和彈性減振組件構成調諧質量阻尼器結構，阻尼器的頻率由內箱體與質量塊的質量控制，根據被控結構的頻率設計質量塊及內箱體質量。

進一步的，所述彈簧4和液體粘滯阻尼器5為間隔設置，便於均勻消耗豎向能量。

進一步的，所述外箱體9及內箱體6均為金屬材質，外箱體9及內箱體6均為圓筒狀結構，金屬材質，強度高、耐腐蝕且易於加工實現。

具體的，外部容器箱9安裝於結構的頂部，內箱體6外壁與外箱體9內壁之間通過豎嚮導軌7滑動連接，所述內箱體6的底部通過彈性減振組件與外箱體9固定連接；所述的金屬球5放置在內箱體的球形凹槽內，在所述的金屬球5的頂部設置有一個可滑動的質量塊1，質量塊1能在所述的內箱體內部任意方向滑動，並能引起形狀記憶合金耗能彈簧2的變形，從而在水平方向上起到耗能減振的作用；

內箱體6的外壁設置有四個滑塊8，外箱體9的內壁設置有與所述四個滑塊8相適配的四個豎嚮導軌7,以便於內箱體6上下滑動，且能防止內箱體6擺動，在長時間使用後應當在導軌內刷塗潤滑油，保證豎向滑動的正常進行。通過內箱體6的上下滑動，可以很好的消耗豎直方向的能量，起到多向耗能減振作用。

本實施方案中，應當根據結構的具體情況確定多向滾動式減振阻尼器的安裝位置和數量，以達到最佳的減振效果。

本專利的上述實施方案並不是對本發明保護範圍的限定，本專利的實施方式不限於此，凡此種種根據本專利的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本專利上述基本技術思想前提下，對本專利上述結構做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應落在本專利的保護範圍之內。