控制楼板竖向高频振动的调谐质量阻尼器及其制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于工业厂房楼板的高频竖向振动控制的调谐质量阻尼器及其制作方法，主要包括门式刚架、质量块以及阻尼器，门式刚架由立柱与水平钢梁组成，利用水平钢梁的竖向弯曲变形可实现固定在其上的质量块竖向往复直线运动；质量块采用变截面形式，保证了质量块在水平钢梁上的集中受力特点，同时降低了质量块高度；阻尼器采用电涡流阻尼器作为调谐质量阻尼器的阻尼元件，共设两套，以保持侧向受力平衡；调谐质量阻尼器通过底板钢板整体安装在楼板内部，同时底板增强了楼板局部刚度。本发明不仅很好地实现工业厂房楼板竖向振动减振用调谐质量阻尼器所需的高频率外，还有效降低了调谐质量阻尼器的高度，便于嵌入楼板的内部。
【专利说明】控制楼板竖向高频振动的调谐质量阻尼器及其制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种适用于工业厂房楼板的高频坚向振动控制的阻尼器，特别是涉及 一种控制工业厂房楼板坚向高频振动的梁式调谐质量阻尼器及其制作方法。
【背景技术】
[0002] 既有工业厂房楼板振动的主要原因是早期工业厂房设计时对安装在楼板上的机 器设备引起的振动水平估计不足，计算分析时往往只是将机器设备自重乘以一定的动力放 大系数来模拟机器设备的振动荷载，这就导致了设计人员常常通过增加结构刚度的方式实 现结构（含楼板）变形、应力的控制，忽略了机器设备与楼板之间的耦合振动，从而使得动 力设备安装较密的工业厂房楼板振动成为一种普遍现象。楼板长期较大的振动既对厂房结 构与设备的疲劳寿命与正常使用有较大的影响，也降低了工作人员的舒适性。
[0003] 目前，工业厂房楼板振动的主要解决方法有：结构刚度加固措施，这也是现阶段设 计人员最常用的解决办法，即通过增加主梁、次梁或楼板的刚度，使得楼板的振动频率远离 主要工作设备的振动频率，但该方法影响工厂的正常生产，且影响美观、施工周期长，此外， 刚度增大后可能会引起楼板新的高阶模态振动；楼板整体隔振，如专利号为CN88109171. 5 的"楼板减震装置"公开了一种用于衰减由地震等振动所产生的楼板水平振动，但其仅适用 于新建厂房，对既有厂房的改造较难实现；机械设备隔振，即减小设备振动传递到楼板的传 递系数，但出于成本考虑，现有技术主要采用弹簧、橡胶隔振垫等简易装置处置，减振效果 有限，也影响设备的正常运行，且橡胶隔振垫寿命短，需要经常更换；基于调谐质量阻尼器 的吸能减振措施，尤其适用于机械设备引起的楼板稳态振动，坚向调谐质量阻尼器刚度元 件一般采用螺旋压簧，阻尼采用常见的液体粘滞阻尼，存在高度过大难以安装到楼板内部 与耐久性较差等主要缺点。
【发明内容】
[0004] 本发明要解决的技术问题是，针对现有技术的坚向高频调谐质量阻尼器高度过大 难以安装在楼板内部、阻尼构件阻尼与刚度不能完全分离、装置整体耐久性较差的问题，提 供一种采用门式刚架作为刚度元件的梁式坚向调谐质量阻尼器及其制作方法。
[0005] 为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种控制工业厂房楼板坚向高频 振动的梁式调谐质量阻尼器，包括门式刚架、阻尼器以及质量块，门式刚架由水平钢梁以及 固定在水平钢梁两端的立柱组成，所述质量块安装在水平钢梁的中心位置处，质量块一端 接有阻尼器。
[0006] 基上所述，阻尼器设两套，分别位于质量块两端。
[0007] 基上所述，阻尼器为电涡流阻尼器，每套电涡流阻尼器由安装在质量块上的N、S 极交错布置的一对矩形永磁体与焊接在楼板上的坚直钢板及安装在坚直钢板内侧板面上 的导体铜板组成。
[0008] 基上所述，导体铜板沿坚直方向中间薄，上下两端加厚，导体铜板与所述矩形永磁 体的净距保持相等。
[0009] 基上所述，水平钢梁与立柱相连接处及水平钢梁安装质量块处钢梁加高。
[0010] 基上所述，质量块为"工"字形，"工"字形中心与水平钢梁相连接。
[0011] 基上所述，立柱宽度是水平钢梁宽度的3倍以上。
[0012] 基上所述，在门式钢架、阻尼器以及质量块下方还设有底板，门式钢架、阻尼器固 定在底板上。
[0013] 基上所述，门式钢架的立柱和底板之间至少设有一个加劲肋。
[0014] 基上所述的控制工业厂房楼板坚向高频振动的梁式调谐质量阻尼器的制造方法， 主要包括如下步骤：（1)根据厂房结构的实际尺寸（主梁与次梁的跨度、间距与截面尺寸， 楼板厚度）建立有限元模型，得到楼板前4阶坚向振动模态频率fi(i = 1，2, 3, 4)与模态 质量"I (/_ = 1，2,3,4);
[0015] ⑵根据楼板的坚向振动频率fji = 1，2, 3, 4)是否落入（0? 75?1. 25)fe，确定 需要进行减振的楼板坚向模态阶次i，其中f；为所在楼层安装的工作设备振动频率；
[0016] (3)根据模态质量 < 的大小，以及调谐质量阻尼器的质量块与模态质量w丨的比 值U (工程上一般在0.5%?5%之间取值），即可得到调谐质量阻尼器的总质量?％=///< 和单台调谐质量阻尼器的质量
【权利要求】
1. 一种控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，包括口式刚架、阻尼 器W及质量块，其特征在于：所述口式刚架由水平钢梁W及固定在水平钢梁两端的立柱组 成，所述质量块安装在水平钢梁的中也位置处；质量块一端接有阻尼器。
2. 根据权利要求1所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其 特征在于；所述阻尼器设两套，分别位于质量块两端。
3. 根据权利要求2所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其 特征在于；所述阻尼器为电润流阻尼器，每套电润流阻尼器由安装在质量块上的N、S极交 错布置的一对矩形永磁体与固定在楼板上的竖直钢板W及安装在竖直钢板内侧板面上的 导体铜板组成。
4. 根据权利要求3所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其 特征在于；所述导体铜板沿竖直方向中间薄，上下两端加厚，导体铜板与所述矩形永磁体的 净距保持相等。
5. 根据权利要求1所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其 特征在于：所述水平钢梁与立柱相连接处及水平钢梁安装质量块处的钢梁高于其它位置处 的钢梁。
6. 根据权利要求1所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其 特征在于；所述质量块为"工"字形，"工"字形中也与水平钢梁相连接。
7. 根据权利要求1所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其 特征在于；所述立柱宽度是水平钢梁宽度的3倍W上。
8. 根据权利要求1至7任一项所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量 阻尼器，其特征在于；在口式钢架、阻尼器W及质量块下方还设有底板，n式钢架、阻尼器固 定在底板上。
9. 根据权利要8所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器，其特 征在于：口式钢架的立柱和底板之间至少设有一个加劲肋。
10. -种如权利要求3所述的控制工业厂房楼板竖向高频振动的梁式调谐质量阻尼器 的制作方法，其特征在于，主要包括如下步骤：（1)根据厂房结构的实际尺寸（主梁与次梁 的跨度、间距与截面尺寸，楼板厚度）建立有限元模型，得到楼板前4阶竖向振动模态频率 (i = 1，2, 3, 4)与模态质量= I，2,3,4); (2) 根据楼板的竖向振动频率fi(i = 1，2,3,4)是否落入化75?1.25)f。，确定需要 进行减振的楼板竖向模态阶次i，其中f。为所在楼层安装的工作设备振动频率； (3) 根据模态质量:巧*的大小，W及调谐质量阻尼器的质量块与模态质量W;的比值 U (工程上一般在0. 5%?5%之间取值），即可得到调谐质量阻尼器的总质量和 车 单台调谐质量阻尼器的质量W|、,1、= ^ = ^，其中，n为调谐质量阻尼器的台数； n n (4) 根据公式/wt = 确定最优频率比fWt (调谐质量阻尼器的频率与楼板竖向振动 频率的比值），据此确定调谐质量阻尼器的刚度系数k? = (2 n ; (5) 当立柱的抗侧刚度足够大时，可忽略立柱对水平钢梁跨中竖向等效刚度的微小减 192 厂/ 弱作化水平钢梁的跨中竖向等效刚度& = (EI表示水平钢梁的竖向抗弯惯性矩，1 表示水平钢梁的计算长度），取k = k?即可初步估算水平钢梁的尺寸； (6) 根据跨中弯矩最大值M = ^WTMDg+J^TMD~〇/ (g为重力加速度，X。表示调谐质量阻尼 O 器的最大竖向位移行程）求得最大正应力C = 化表示梁的高度，[0]表示所 用钢材的容许应力，Y为安全系数）检验水平钢梁的强度是否满足设计要求； (7) 根据公式备Pt 确定调谐质量阻尼器的最优阻尼比S Wt,据此确定调谐质 量阻尼器的阻尼系数Ct皿=2 S。。典皿(2 31 fwtfi); (8) 根据电润流阻尼器阻尼系数简化计算公式C= 0 5SB2(o与5分别表示导体的 导电系数、厚度，S表示永磁体在导体板上的投影面积，B表示主磁感应强度的大小）与C = c?，即可初步确定电润流阻尼器相关构件的尺寸（含永磁体的标号、规格，导体板材料、厚 度等）； (9) 采用磁场有限元分析软件进行电润流阻尼器的磁路优化，W确定电润流阻尼器的 具体构造，如永磁体间距、磁场间隙、导体板后钢板厚度等； (10) 根据上述确定的参数绘制调谐质量阻尼器的加工图纸，按照图纸进行加工制作。
【文档编号】E04B1/98GK104264857SQ201410516120
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年9月30日 优先权日:2014年9月30日
【发明者】汪志昊 申请人:华北水利水电大学