一种应用于板壳结构的减振装置

1.本发明涉及结构工程及振动控制领域，具体而言，涉及一种应用于板壳结构的减振装置。


背景技术：

2.大跨板壳结构是土木工程领域、船舶与海洋工程领域和交通工程等领域常见的结构形式，广泛应用于大型公共建筑、工程设备、船舶艇体等方面。对于建筑结构，现代公共建筑具有大跨度、轻柔化的发展趋势。这一结构特征导致大型公共建筑普遍具有柔度较大、自重较轻的特点，在外部复杂荷载作用下可能产生类似共振现象。大的振动不仅会使结构自身寿命降低，还会造成与之相关联的结构产生危害，甚至会造成结构的失效，从而导致巨大的经济损失和社会影响。又例如，在船舶领域，特别是对于军用船舶等降噪要求较高的船舶来说，过大的振动，在影响结构安全的同时也会导致船舶本身的航行噪声加大，不利于隐蔽性。
3.为了能够改善板壳结构在复杂荷载作用下的振动，在过去的许多年中，学者们针对该问题进行了研究，绝大多数学者在进行改善板壳结构在复杂荷载作用下的振动的相关研究时，往往从结构自身出发，通过改变结构形式和构造措施来减小结构的振动，这种方式虽然能达到一定效果，但使用起来不够方便灵活，不利于推广使用。
4.有鉴于此，特提出本发明。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种应用于板壳结构的减振装置，安装在板壳结构上即可获得减振效果，该装置能够单一应用于板壳结构控制振动，也能多组设置在板壳结构中相互配合使用，进一步提高振动控制效果，使用方式灵活。该装置可应用于大型建筑中的板壳结构，也可应用于船舶与海洋工程领域和交通工程领域中的板壳结构。当板壳间发生振动时，该装置通过连接缆索保证弹簧之间传力的稳定性，连接缆索传来的振动经过弹簧和阻尼器得到大幅度的吸收和消除，进而对板壳振动形成有效控制，减少了共振和噪声现象的产生。
6.为实现上述目的，本发明通过以下技术方案：
7.本发明提供一种应用于板壳结构的减振装置，包括相互平行设置的应力传导板以及与所述应力传导板相互垂直设置的弹簧，所述应力传导板通过连接缆索连接在板壳结构上，所述应力传导板上还设置有阻尼器。
8.连接缆索用于连接板壳结构的板面以及壳面，能将振动传至弹簧和阻尼器上，实现振动的吸收和消除，此外，连接缆索上存在的预张应力保证了装置传力的稳定性，还能抑制板壳结构的振动，维持板壳结构与连接缆索之间的拉力平衡。连接缆索的直径、长度以及材质种类可根据结构的尺寸以及外部条件进行选择。
9.减振装置在具体使用过程中可以单个使用，当需要多点控制时，也可使用多个装
置联合控制。对于没有安装位置限制的受控板壳结构，考虑将减振装置主要设置在其振动较大的部分。
10.进一步地，所述阻尼器垂直设置在所述应力传导板之间，且两端采用铰接的方式与所述应力传导板连接。
11.选用的阻尼器可以为被动阻尼器和半主动阻尼器，为了获得更好的振动控制效果，优选使用磁流变、电流变阻尼器等智能化粘滞阻尼器，且优选安装在两块应力传导板的中间位置。两块应力传导板中间可以设置有多个阻尼器，当采用多个阻尼器时应对称布置。阻尼器采用铰接能起到柔和缓冲的作用，有利于板壳结构的稳定性。
12.进一步地，还包括有安装在所述应力传导板上的数据传感器，所述数据传感器与所述阻尼器通过电路连接。优选的，数据传感器上还设置有控制器，控制器外接电源并与所述阻尼器通过电路连接。
13.数据传感器可根据振动状态将数据实时传输至控制器中，控制器能够根据板壳结构的状态反馈信息，输出电信号给减振装置，调整通入阻尼器的电流大小，改变阻尼力的大小，进而改变作用于被控构件上控制力。通过针对不同的振动状态，动态的调整阻尼，因而可获得最佳的振动控制效果。
14.进一步地，所述应力传导板上设置有两组所述弹簧，所述弹簧横穿过所述应力传导板，且所述弹簧的两端超出所述应力传导板的外侧。
15.弹簧优选使用高强抗疲劳弹簧，并且两组弹簧优选分布在连接缆索和阻尼器的上下部分，同时根据结构所需控制力范围，合理选择不同刚度的弹簧，达到最优减振效果。
16.进一步地，还包括与所述弹簧配套的螺纹杆，所述螺纹杆横穿过所述弹簧内部，并且通过螺纹杆洞设置在所述应力传导板上。考虑到装置的减振效果，优选使用细牙螺纹杆和细牙螺纹杆洞。
17.进一步的，所述螺纹杆洞的洞口直径大于所述螺纹杆直径。防止在振动过程中应力传导板与螺纹杆发生碰撞。
18.进一步地，所述弹簧的两端外侧依次有弹簧压盖和固定螺母，所述弹簧压盖与固定螺母均设置在所述螺纹杆上。考虑到装置的减振效果，优选使用细牙固定螺母，弹簧压盖和细牙固定螺母共同组成预张应力生成单位。
19.细牙固定螺母能够在细牙螺纹杆上旋紧，使弹簧压盖压缩弹簧两端超出应力传导板外侧的部分，弹簧被压缩后会使两块应力传导板之间的距离缩短，进而给连接缆索施加一定的预张应力，而预张应力的大小自然也可以通过旋紧或旋松细牙固定螺母来实现。
20.进一步地，在同一所述应力传导板外侧的两根所述螺纹杆上，所述固定螺母旋进的长度一致。
21.应力传导板同一侧的旋进长度一致能够使两块应力传导板之间保持平行，使传力方向合理分布、传力大小均匀分布。
22.进一步地，所述应力传导板上设置有数根连接缆索，同一所述应力传导板上设置的数根所述连接缆索长度一致。
23.优选每个应力传导板上设置两根连接缆索，连接缆索的材料可选用高强钢丝、碳纤维复合材料和形状记忆合金中的任意一种，以提高耐拉性和使用寿命。而同一侧应力传导板上的连接缆索长度保持一致，确保施加的预张应力能够均匀分布。
24.进一步地，所述应力传导板的两面设置有锚固部件，所述连接缆索通过所述锚固部件与所述应力传导板连接。
25.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
26.(1)本发明创新性的提出了一种将阻尼器、弹簧以及连接缆索结合在一起的振动控制方案，具有多道耗能措施。在正常使用时，以连接缆索为主体，通过弹簧组件提供一定的预张应力来达到振动控制效果，并维持一定范围的耗能能力；在高频动荷载作用时，以阻尼器为主体，在循环振动过程中通过阻尼器及弹簧组件耗散大量能量，减小结构的振动，极大的提高了减振效果，为多组件协同减振的难题提供了方案。
27.(2)本发明的装置当采用智能阻尼提供器件时，能够根据受控结构的实时振动状态针对性地调整阻尼力的大小，达到最优的振动控制效果。
28.(3)本发明中的阻尼器可选择被动阻尼器，充分考虑到经济效益；还可以选用半主动式的智能阻尼器，在实现快速振动控制的同时还能智能化控制。
29.(4)本发明的减振装置可根据外部条件和振动控制需求，既可以单一设置，也可以多组设置，设置的位置可根据条件需求进行选择。同时连接缆索长度和组数可以任意调节，使安装和使用方式灵活可调整，适用性能优越。
30.(5)本发明装置对板壳结构耦联振动控制效果优越，特别是多板壳结构的耦联振动的控制效果更加明显，解决了多板壳结构耦联振动问题。
附图说明
31.通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
32.图1为本发明实施例所提供的一种减振装置中阻尼器结构示意图；
33.图2为本发明实施例所提供的一种减振装置中应力传导板正、侧面图；
34.图3为本发明实施例所提供的一种减振装置的结构示意图；
35.图4为本发明的减振装置应用于船舶尾舵的示例图；
36.图5为本发明的减振装置应用于建筑板壳结构的示例图。
37.其中，1-数据传感器，2-弹簧固定支座，3-弹簧，4-应力传导板，5-细牙螺纹杆，6-锚固部件，7-阻尼器，8-细牙固定螺母，9-连接缆索，10-细牙螺纹杆洞，11-弹簧压盖，12-尾舵板，13-上层板，14-减振装置。
具体实施方式
38.下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
39.实施例1
40.如图1、图2和图3所示，本实施例提供了一种减振装置。该减振装置应用于板壳结构中，主要通过应力传导板4、连接缆索9、弹簧3以及阻尼器7的相互作用来减少和消除振
动。其中应力传导板4为两块且平行设置在板壳结构中，每块应力传导板4上设置连接缆索9连接于板壳结构的一个面上。有锚固部件6设置在应力传导板4的两面，锚固部件6使连接缆索9固定在应力传导板4上并且将连接缆索9上的拉力传递至减振装置中。
41.两块应力传导板4的中间垂直设置有阻尼器7，阻尼器7能通过往复的运动消耗大量的能量，通过增大耗能来减小结构的振动。选用的阻尼器7可以为被动阻尼器和半主动阻尼器，为了获得更好的减振效果，优选使用磁流变阻尼器、电流变阻尼器等具有智能功能的半主动阻尼器，此类阻尼器7具有响应速度快，能智能化控制的优点，通过设置数据传感器1即可实现根据振动状态实时改变阻尼力大小的效果。
42.在应力传导板4的上下部分设置有与应力传导板4垂直的两组弹簧3，弹簧3横穿过两块应力传导板4，并通过弹簧固定支座2固定在应力传导板4上，其中，弹簧固定支座2通过角焊缝焊接在应力传导板4的两面。每个弹簧3上还设置有配套的部件，包括从弹簧3内部横穿的细牙螺纹杆5以及设置在细牙螺纹杆5上的弹簧压盖11和细牙固定螺母8，细牙固定螺母8通过在细牙螺纹杆5上旋紧，能使弹簧压盖11压缩弹簧3，弹簧3压缩两块应力传导板4，从而使应力传导板4上的连接缆索9获得一定的预张应力，当然，也可以通过对细牙固定螺母8进行旋紧或旋松的操作来调整连接缆索9的预张应力大小。其中，细牙螺纹杆5通过应力传导板4上的细牙螺纹杆洞10固定在应力传导板4上，为了防止在振动过程中由于应力传导板4的振动对细牙螺纹杆5的螺纹造成损坏，细牙螺纹杆洞10的洞口直径要略大于细牙螺纹杆5的直径。
43.如图4所示，将本发明的减振控制装置14设置在船舶尾舵上。进行安装时，在船舶尾舵的两端分别通过连接缆索9连接，且同一端的索件长度一致。在用锚固部件6进行锚固后，确保连接缆索9均处于紧绷状态，以使后续对缆索施加的预张应力能够达到预设值。然后往旋紧方向对称旋转本发明装置14中的细牙固定螺母8，应力传导板4同侧的细牙固定螺母8旋进长度保持一致，并使连接缆索9获得的预张应力到达设计值。
44.在船舶行进过程中，尾舵板在水中受到复杂荷载作用，两块板壳之间的振动多为耦联振动，根据其振动方式，本发明的减振控制装置14分为以下两种方式进行控制：
45.情形一：当两块尾舵板12向中间运动(相向耦联振动)时，由于本发明的减振控制装置14与结构连接时，通过旋紧细牙固定螺母8对连接缆索9施加一定数值的预张应力，并通过连接缆索9传递至板壳结构上，这使得板壳结构存有一定数值恢复力，并与连接缆索9的拉力平衡。尾舵板12相向运动会使连接缆索9上预张应力值降低，此时两块应力传导板4由于连接缆索9拉力降低，将逐渐靠近，但是由于预张应力的存在保证了装置的传力的稳定性，不会出现连接缆索9拉力消失现象。同时，数据传感器1会采集两块应力传导板4之间的相对运动速度，并将信号传入控制器。根据速度数据，控制器控制输入半主动阻尼器7的电流大小，通过改变阻尼器7的阻尼力来降低两块应力传导板4相向运动速度，快速释放连接缆索9上的预张应力，进而释放两块尾舵板12的恢复力，最终达到抑制振动目的。
46.情形二：当尾舵板12相背运动时，连接缆索9上预张应力值增加，此时两块应力传导板4由于连接缆索9拉力增加，将逐渐远离。同时，数据传感器1实时采集速度数据，根据数据传感器1的数据，控制器控制输入电流大小，增加阻尼器7的阻尼力来降低两块应力传导板4相背运动速度，进而增加连接缆索9上预张应力值，达到抑制两块尾舵板12相背运动。
47.实施例2
48.如图5所示，将本发明的减振装置14垂直设置在常见的建筑板壳结构中。本装置的安装方法与实施例1中一致，主要的区别在于，在本场景中，当上层板13壳在受到外部激励的动荷载，下部板壳不受力时，根据上部板壳的振动方式，本发明装置分为以下两种方式进行控制：
49.情形一：当上层板13向下运动时，由于本发明装置与结构连接时，通过旋紧细牙固定螺母8对连接缆索9施加了一定数值的预张应力，并通过连接缆索9将力传递至板壳结构上，这使得板壳结构存有一定数值恢复力，并与连接缆索9的拉力平衡。上层板13受动荷载向下运动会使连接缆索9上预张应力值降低，此时两块应力传导板4由于连接缆索9拉力降低，将逐渐靠近，但是由于预张应力的存在保证了装置的传力的稳定性，不会出现连接缆索9拉力消失现象。同时，数据传感器1采集两块应力传导板4之间的相对运动速度，并将信号传入控制器。根据速度数据，控制输入半主动阻尼器7的电流大小，改变阻尼器7的阻尼力来降低两块应力传导板4相向运动速度，进而减小连接缆索9上预张应力，释放上层板13的恢复力，达到抑制上层板13向下运动的目的。
50.情形二：当上层板13向上运动时，连接缆索9上预张应力值增加，此时两块应力传导板4由于连接缆索9拉力增加，将逐渐远离。同时，数据传感器1采集速度数据，将信号传入控制器，控制器改变阻尼器7的阻尼力来降低上层板13与下层板的相背运动速度，进而增加连接缆索9上预张应力，达到抑制上层板13向上运动目的。
51.最后，可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域普通技术人员而言，在不脱离本发明的原理和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。