专利名称：调谐质量型颗粒阻尼器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种通过设置可以沿结构振动主方向摆动的单向铰系统和复位弹簧， 具有调谐质量及摩擦碰撞耗能功能的颗粒阻尼器，属于结构工程抗震与减震及抗风技术领域。
背景技术：
近年来迅速发展的调谐质量阻尼器(TMD)或调谐液体阻尼器(TLD)减振控制技术以其对原结构改动小、施工简单、减震效果显著等特点而受到广泛重视。调谐系统是在结构振动较大位置设置惯性质量或在附属结构内部添加流动的液体，并配以弹簧和阻尼器对结构的动位移或动加速度加以控制的减震控制系统。调谐质量阻尼器或调谐液体阻尼器的基本原理是利用子系统吸收、耗散主体结构的振动能量而使主体结构振动反应得到降低。属于被动控制装置的调谐质量减振系统目前存在以下不足首先，调谐质量系统需设置昂贵的阻尼器，不利于广泛利用。其次，调谐质量系统一般会造成结构局部部位内力显著增大从而需对结构或构件进行加固设计，进而增加了施工难度和施工费用。另外，调谐质量系统对主体结构往往仅提供一个局部的附加阻尼，对于结构远离调谐系统的区域振动控制效果不佳。因此开发构造形式简单、价格低廉、提供分布阻尼的调谐质量颗粒阻尼器具有重大的工程意义。
发明内容
为了解决传统调谐质量阻尼器调谐频带窄，设置耗能阻尼器价格昂贵，安装位置不灵活，仅提供给结构局部的附加阻尼，并可能造成结构的局部应力过大的问题，本发明提出了一种通过设置可以沿结构振动主方向摆动的单向铰系统和复位弹簧，具有调谐质量及摩擦碰撞耗能功能的颗粒阻尼器。本阻尼器构造简单，占用空间小，布置位置灵活，为结构提供分布阻尼。在风或/和地震作用下，阻尼颗粒可以伴随阻尼器腔体通过单向铰系统在结构发生破坏之前沿结构振动主方向提供调谐质量的作用，同时通过阻尼颗粒间、阻尼颗粒与阻尼器腔体间的摩擦、碰撞耗散能量。降低了由于设置昂贵阻尼器造成的不经济及主体结构的损伤，显著减小了结构振动保证结构安全。为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。本发明的一种调谐质量型颗粒阻尼器，如图1所示其包括阻尼器腔体1、阻尼颗粒群2、单向铰系统3和复位弹簧4，其特征在于，所述的阻尼颗粒群2均勻地安放于阻尼器腔体1内、单向铰系统3和复位弹簧4的两端均分别与阻尼器腔体1和结构构件相连。在风或/和地震作用下，一方面阻尼器腔体1可以携阻尼颗粒群2通过单向铰系统3沿结构振动主方向摆动，并通过复位弹簧4复位，调谐结构频率以减轻结构振动，另一方面阻尼颗粒群2可以随结构振动发生滚动或滑动、摩擦、碰撞以消耗主体结构的动能。所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群2可以伴随阻尼器腔体1 通过单向铰系统3悬吊或支撑在建筑结构隔墙、梁式楼梯板下、楼面设备层、梁柱节点或桥梁结构箱梁、空心墩、索塔位置，沿结构振动主方向来回摆动，并通过复位弹簧4复位。所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群2在摆动过程中可以发生滚动或滑动、摩擦、碰撞以达到调谐结构频率并耗散能量的效果。所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于所述的阻尼颗粒群2中的阻尼颗粒为球形颗粒，包括直径为2mm 20mm的钢珠、玻璃珠、黄豆、混凝土球、陶粒砂。所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群2的堆叠高度应为阻尼器腔体1高度的1/20 1/5。在所述的调谐质量型颗粒阻尼器中，单向铰系统3由连接杆件和设置在两端的单向铰组成，其中，连接杆件厚度可根据阻尼器自重进行调整，一般取5cm 10cm，单向铰转动角度一般为-60° +60°，复位弹簧4的弹簧刚度一般取为1 X lO^N/m 1 X 103kN/m。所述的复位弹簧4和单向铰系统3均通过焊接与其他部件相连。本发明采用单向铰系统将建筑结构或桥梁结构内设置的预埋件与阻尼器腔体固定连接，并在阻尼器腔体外侧设置复位弹簧使之成为具有一定质量、一定自振频率的子结构。在风或/和地震作用下能够沿复位弹簧设置方向来回摆动以调谐结构自振频率、通过阻尼器腔体内的阻尼颗粒群的滚动或滑动、摩擦、碰撞转移和耗散结构的动能，并以灵活分散的布置方式为结构提供分布附加阻尼抑制结构振动保证结构安全。与现有技术相比，本发明的优点如下1)本发明阻尼颗粒群可以伴随阻尼器腔体通过单向铰系统沿结构振动主方向上来回摆动，并采用复位弹簧复位，调谐结构振动频率。2)本发明构造形式简单，占用空间小，可灵活分散布置于建筑结构或桥梁结构中， 进而有效地为结构提供分布的附加阻尼。3)本发明采用廉价的阻尼颗粒作为附加阻尼提供载体，通过阻尼颗粒的滑动或滚动、摩擦、碰撞耗能等形式为结构提供振动控制所需的附加阻尼，降低了设置传统阻尼器导致的高造价，同时显著地降低了阻尼器对主体结构局部位置产生损伤的可能性，从而适用性、经济性更强。
图1为本发明的一种调谐质量型颗粒阻尼器三维示意图；图2为本发明的一种调谐质量型颗粒阻尼器平面示意图；图3为本发明的一种调谐质量型颗粒阻尼器平面示意图；图4为本发明的单向铰系统的平面示意图。图中1——阻尼器腔体，2——阻尼颗粒群，3——单向铰系统，4——复位弹簧
具体实施例方式下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式
。实施例1 如图2所示，为本发明的一种调谐质量型颗粒阻尼器实施例，其主要包括阻尼器腔体1、以一定堆叠高度安放于阻尼器腔体内的阻尼颗粒群2、单向铰系统3、复位弹簧4，以及预埋入结构构件内的预埋件。
阻尼器腔体1由3mm 5mm厚的钢板焊接而成的长方体空箱，通过单向铰系统3将阻尼器腔体1与结构构件内的预埋件焊接在一起，阻尼器悬吊于建筑结构梁柱节点处。阻尼颗粒群2的堆叠高度及阻尼器腔体的尺寸应根据结构或构件的基频依据相关理论求得， 阻尼颗粒群的堆叠高度不应超过腔体高度的1/5。阻尼颗粒材料选用摩擦系数较小的钢珠以便于起振。单向铰系统转动角度为-60° +60°。复位弹簧刚度取1Χ10、Ν/πι。实施例2 如图3所示，为本发明的一种调谐质量型颗粒阻尼器实施例，其主要包括阻尼器腔体1、以一定堆叠高度安放于阻尼器腔体内的阻尼颗粒群2、单向铰系统3、复位弹簧4，以及预埋入结构构件内的预埋件及搭接钢板。阻尼器腔体1由3mm IOmm厚的钢板焊接而成的圆柱体空箱，阻尼器利用单向铰系统支撑于建筑结构设备层或桥梁结构的箱梁底板位置。阻尼颗粒群2的堆叠高度及阻尼器腔体的尺寸应根据结构或构件的基频依据相关理论求得，阻尼颗粒群的堆叠高度不应超过腔体高度的1/5。阻尼颗粒材料选用摩擦系数较大的钢珠。单向铰系统的转动角度为-30° +30°。复位弹簧刚度取IX 103kN/m，通过在阻尼器一侧搭接2cm IOcm的钢板将复位弹簧固定。以上为本发明的两个典型实施例，但本发明的实施不限于此。
权利要求
1.一种调谐质量型颗粒阻尼器，其包括阻尼器腔体(1)、阻尼颗粒群O)、单向铰系统 (3)和复位弹簧G)，其特征在于，所述的阻尼颗粒群(2)均勻地安放于阻尼器腔体(1)内、 单向铰系统(3)和复位弹簧的两端均分别与阻尼器腔体(1)和结构构件相连；在风或 /和地震作用下，一方面阻尼器腔体(1)可以携阻尼颗粒群(2)通过单向铰系统(3)沿结构振动主方向摆动，并通过复位弹簧(4)复位，调谐结构频率以减轻结构振动，另一方面阻尼颗粒群(2)可以随结构振动发生滚动或滑动、摩擦、碰撞以消耗主体结构的动能。
2.根据权利要求1所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群(2)可以伴随阻尼器腔体(1)通过单向铰系统(3)悬吊或支撑在建筑结构隔墙、梁式楼梯板下、楼面设备层、梁柱节点或桥梁结构箱梁、空心墩、索塔位置，沿结构振动主方向来回摆动，并通过复位弹簧(4)复位。
3.根据权利要求1所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群(2)在摆动过程中可以发生滚动或滑动、摩擦、碰撞以达到调谐结构频率并耗散能量的效果。
4.根据权利要求1和3所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群(2)中的阻尼颗粒为球形颗粒，包括直径为2mm 20mm的钢珠、玻璃珠、黄豆、混凝土球、陶粒砂。
5.根据权利要求1、3、4所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于阻尼颗粒群(2) 的堆叠高度应为阻尼器腔体(1)高度的1/20 1/5。
6.根据权利要求1所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于单向铰系统(3)由连接杆件和设置在两端的单向铰组成，其中，连接杆件厚度可根据阻尼器自重进行调整，一般取5cm 10cm，单向铰转动角度一般为-60° +60°，复位弹簧4的弹簧刚度一般取为 lX101kN/m lX103kN/m。
7.根据权利要求1所述的调谐质量型颗粒阻尼器，其特征在于复位弹簧(4)和单向铰系统( 均通过焊接与其他部件相连。
全文摘要
一种调谐质量型颗粒阻尼器，属于建筑减震领域。其包括阻尼器腔体、阻尼颗粒群、单向铰系统和复位弹簧，所述的阻尼颗粒群均匀地安放于阻尼器腔体内、单向铰系统将建筑结构或桥梁结构内设置的预埋件与阻尼器腔体固定连接，并在阻尼器腔体外侧设置复位弹簧使之成为具有一定质量、一定自振频率的子结构。在风或/和地震作用下能够沿复位弹簧设置方向来回摆动以调谐结构自振频率、通过阻尼器腔体内的阻尼颗粒群的滚动或滑动、摩擦、碰撞转移和耗散结构的动能，并以灵活分散的布置方式为结构提供分布附加阻尼抑制结构振动保证结构安全。
文档编号E04B1/98GK102425243SQ20111030841
公开日2012年4月25日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者侯立群, 李德月, 王瑾, 许维炳, 闫维明 申请人:北京工业大学