本發(fā)明屬于高聳結(jié)構(gòu)減振控制領(lǐng)域，特別涉及一種電渦流阻尼器減振控制裝置，可用于土木工程結(jié)構(gòu)中減振控制。

背景技術(shù)：

高聳結(jié)構(gòu)是一種高度較高、橫截面相對(duì)較小、橫向荷載起主要作用的細(xì)長構(gòu)筑物，因其形式高挑美觀，被廣泛應(yīng)用于通訊、電力及化工等眾多領(lǐng)域。相對(duì)于普通建筑結(jié)構(gòu)，高聳結(jié)構(gòu)水平剛度偏小，對(duì)風(fēng)荷載和地震作用敏感，易產(chǎn)生較大的靜力和動(dòng)力反應(yīng)。

我國是一個(gè)風(fēng)災(zāi)和地震災(zāi)害相對(duì)頻發(fā)的國家，高聳結(jié)構(gòu)在強(qiáng)風(fēng)或者強(qiáng)震的作用下反應(yīng)強(qiáng)烈甚至破壞倒塌的事故時(shí)常發(fā)生，很難滿足其安全性能的要求，造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失。因此提高高聳結(jié)構(gòu)的抗風(fēng)和抗震性能，減小其在強(qiáng)風(fēng)或強(qiáng)震下的振動(dòng)響應(yīng)，降低風(fēng)或地震對(duì)高聳結(jié)構(gòu)的損害已經(jīng)成為了結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域的熱門話題。能夠找到一種使高聳在風(fēng)荷載或地震作用下安全運(yùn)行的控制裝置，對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)工程行業(yè)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。結(jié)構(gòu)在地震作用或風(fēng)荷載作用下的運(yùn)動(dòng)呈多方向，單純的研究單方向的控振是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求的，因此應(yīng)從多個(gè)方向考慮對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行減振控制。

按照控制措施是否需要外部能源，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制通常分為主動(dòng)控制、半主動(dòng)控制、被動(dòng)控制和混合控制。其中，阻尼器又成為了控制裝置的核心部件，阻尼器選取的質(zhì)量直接影響著控制能力的好壞。主動(dòng)控制裝置利用額外能量控制減少結(jié)構(gòu)在地震作用或風(fēng)荷載下的振動(dòng)反應(yīng)，盡管其控制效果好，適應(yīng)性強(qiáng)，但技術(shù)復(fù)雜、造價(jià)昂貴、維護(hù)要求高，工程應(yīng)用有較大困難。被動(dòng)控制則沒有外部能量輸入，主要是通過抗震設(shè)計(jì)改變結(jié)構(gòu)的剛度、阻尼和質(zhì)量的大小及其在結(jié)構(gòu)體系中的分布，或者改變外荷載的傳遞途徑，以達(dá)到控制工程結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的目的，該方法技術(shù)簡便，造價(jià)廉潔，實(shí)際應(yīng)用能力強(qiáng)，并且也具有較好的減振效果。目前主要的被動(dòng)控制裝置有隔震裝置、消能減震裝置和質(zhì)量調(diào)諧TMD裝置等，但目前各種形式的減振器大多僅針對(duì)結(jié)構(gòu)某一個(gè)方向進(jìn)行振動(dòng)控制，考慮地震或者風(fēng)作用引起結(jié)構(gòu)振動(dòng)的多維性，這類減振器的振動(dòng)控制效果難以保證。本發(fā)明屬于被動(dòng)控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)高聳結(jié)構(gòu)多個(gè)方向上的振動(dòng)控制，具有較好的減振吸能效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種電渦流阻尼器減振控制裝置，旨在減小高聳結(jié)構(gòu)在地震作用和風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，以便達(dá)到多維耗能減振的效果。

為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

電渦流阻尼器減振控制裝置，包括一個(gè)套有橡膠外套的箱型結(jié)構(gòu)；在所述的箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)垂直的安置著與箱型結(jié)構(gòu)頂面相連的彈簧擺，所述的彈簧擺能在箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)各個(gè)方向擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式為彈簧上下振動(dòng)與整體擺動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式的耦合，當(dāng)所述彈簧擺滿足內(nèi)共振時(shí)，兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)強(qiáng)烈耦合，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)，達(dá)到非線性吸振效果；所述的彈簧擺包括一個(gè)彈簧以及豎直連接在彈簧下端的圓筒結(jié)構(gòu)，在所述的圓筒結(jié)構(gòu)自身水平四個(gè)方向以及下端各連接一個(gè)磁體，所述的磁體會(huì)隨著圓筒結(jié)構(gòu)來回?cái)[動(dòng)并與箱型結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在箱型結(jié)構(gòu)各個(gè)面中產(chǎn)生電渦流，并且箱型結(jié)構(gòu)會(huì)受到電磁力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此過程中主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量會(huì)轉(zhuǎn)化為電熱能耗散掉，有較好的吸振耗能效果。

進(jìn)一步的，電渦流阻尼器減振控制裝置固定在被控結(jié)構(gòu)的頂部。

進(jìn)一步的，所述的箱型結(jié)構(gòu)由金屬銅制成，具有良好的導(dǎo)電性。

進(jìn)一步的，所述的箱型結(jié)構(gòu)外面套有一層橡膠外套，能夠保證與被控結(jié)構(gòu)絕緣。

進(jìn)一步的，所述的彈簧擺裝置還包括一根穿過彈簧的合金絞線，目的是能夠發(fā)生內(nèi)共振。

進(jìn)一步的，所述的彈簧采用馬氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高阻尼，超彈性，高耗能等優(yōu)點(diǎn)，在彈簧中間穿過一根彈性合金絞線，所述的彈性合金絞線采用奧氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高彈性模量和超彈性自復(fù)位能力等特點(diǎn)，在彈簧損壞后可以保護(hù)圓筒結(jié)構(gòu)，所述的圓筒結(jié)構(gòu)采用鍍鋅銅制成，其有防腐蝕、導(dǎo)磁性小、散熱快的優(yōu)點(diǎn)。

進(jìn)一步的，所述的彈簧擺與被控結(jié)構(gòu)的主頻率接近，根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率來確定彈簧的長度等；這里所述的“接近”是指頻率的相差范圍控制在5％范圍內(nèi)。

進(jìn)一步的，所述的位于圓筒結(jié)構(gòu)自身水平方向以及下端的5個(gè)磁體為永磁體，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的磁場(chǎng)。

本發(fā)明的工作原理如下：

將本裝置固定在高聳結(jié)構(gòu)的頂部，在地震或風(fēng)荷載作用下，被控結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)箱型結(jié)構(gòu)一起振動(dòng)并帶動(dòng)彈簧擺振動(dòng)或擺動(dòng)，此時(shí)箱型結(jié)構(gòu)會(huì)與彈簧擺形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由金屬銅制成的箱型結(jié)構(gòu)相當(dāng)于導(dǎo)體，有無數(shù)的閉合回路，相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中與圓筒結(jié)構(gòu)連接的永磁體產(chǎn)生的磁感線會(huì)在箱型結(jié)構(gòu)的各個(gè)面中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電渦流，箱型結(jié)構(gòu)會(huì)受到電磁力作用，由楞次定律可知，電磁力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達(dá)到了減震耗能的效果。此外，彈簧擺在運(yùn)動(dòng)過程中滿足內(nèi)共振時(shí)，兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)強(qiáng)烈耦合，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)，達(dá)到非線性吸振效果。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明屬于被動(dòng)控制裝置，無需外部能源的輸入，可通過裝置自身對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，施工技術(shù)簡便，造價(jià)低廉，安全性能高。

本發(fā)明在彈簧擺滿足內(nèi)共振時(shí)，兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)強(qiáng)烈耦合，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)，達(dá)到非線性吸振效果。

本發(fā)明通過永磁體產(chǎn)生的磁感線在箱型結(jié)構(gòu)中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)的各個(gè)面中產(chǎn)生電渦流，并且產(chǎn)生的電磁力阻礙振動(dòng)，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達(dá)到了減振耗能的效果。

本發(fā)明采用的馬氏體形狀記憶合金彈簧具有高阻尼，超彈性，高耗能等優(yōu)點(diǎn)；采用的奧氏體形狀記憶合金絞線具有高彈性模量和超彈性自復(fù)位能力等特點(diǎn)，能夠起到保護(hù)彈簧和圓筒結(jié)構(gòu)的作用。

本發(fā)明屬于被動(dòng)控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)在多個(gè)方向上以及扭轉(zhuǎn)方面對(duì)高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)行控制，具有較好的減震吸能效果，對(duì)結(jié)構(gòu)行業(yè)提供了很大的實(shí)用價(jià)值。

本發(fā)明采用板式電渦流原理，具有構(gòu)造簡單，靈活性高，性價(jià)比高，使用方便，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是電渦流阻尼器減振控制裝置結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是電渦流阻尼器減振控制裝置結(jié)構(gòu)俯視圖。

圖中：1箱型結(jié)構(gòu)，2馬氏體形狀記憶合金彈簧，3奧氏體形狀記憶合金絞線，4永磁體，5圓筒結(jié)構(gòu)，6橡膠套。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合技術(shù)方案和附圖詳細(xì)敘述本發(fā)明的實(shí)施方式。

電渦流阻尼器是一種利用電渦流的阻尼效應(yīng)制成的耗能減振裝置，具有使用壽命長、維護(hù)少和易安裝等優(yōu)點(diǎn)，目前，主要作為調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的阻尼元件應(yīng)用在土木工程結(jié)構(gòu)的振動(dòng)控制領(lǐng)域。相應(yīng)的，本發(fā)明基于電磁感應(yīng)原理，在振動(dòng)過程中會(huì)產(chǎn)生電磁阻礙其振動(dòng)，并且會(huì)形成電渦流，將振動(dòng)的機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。此外，彈簧擺作為一種非線性系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)方式是彈簧振動(dòng)和整體擺動(dòng)兩種模態(tài)的耦合。當(dāng)振動(dòng)頻率與擺動(dòng)頻率一致時(shí)，滿足了內(nèi)共振條件，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)的現(xiàn)象，稱為內(nèi)共振現(xiàn)象，從而達(dá)到非線性吸振效果。

本發(fā)明提出的電渦流阻尼器減振控制裝置如圖1所示，該裝置可以安裝在高聳結(jié)構(gòu)的頂部；本發(fā)明屬于被動(dòng)控制裝置，無需外部能源的輸入，可通過裝置自身對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，施工技術(shù)簡便，造價(jià)低廉，安全性能高；本發(fā)明采用板式電渦流原理，具有構(gòu)造簡單，靈活性高，性價(jià)比高，使用方便，維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。

具體結(jié)構(gòu)如下：

該減振裝置是由箱型結(jié)構(gòu)1、彈簧2、合金絞線3、永磁體4、圓筒結(jié)構(gòu)5和橡膠套6組成。其中箱型結(jié)構(gòu)1固定于高聳結(jié)構(gòu)的頂端，橡膠套套6在箱型結(jié)構(gòu)1外部，彈簧2和合金絞線3固定在箱型結(jié)構(gòu)1的頂端中央處，合金絞線3穿過彈簧2的中心，合金絞線3和彈簧2的下端均與圓筒結(jié)構(gòu)5頂部中央連接，5個(gè)永磁體4固定在圓筒結(jié)構(gòu)5自身水平四個(gè)方向以及下端，圓筒結(jié)構(gòu)5可以帶動(dòng)永磁體在多個(gè)方向擺動(dòng)。

彈簧擺能在箱型結(jié)構(gòu)內(nèi)各個(gè)方向擺動(dòng)，其運(yùn)動(dòng)方式為彈簧上下振動(dòng)與整體擺動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式的耦合，當(dāng)所述彈簧擺滿足內(nèi)共振時(shí)，兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)強(qiáng)烈耦合，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)，達(dá)到非線性吸振效果。

5個(gè)永磁體會(huì)隨著圓筒結(jié)構(gòu)來回?cái)[動(dòng)并與箱型結(jié)構(gòu)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，會(huì)在箱型結(jié)構(gòu)各個(gè)面中產(chǎn)生電渦流，并且箱型結(jié)構(gòu)會(huì)受到電磁力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)。此過程中主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)能量會(huì)轉(zhuǎn)化為電熱能耗散掉，有較好的吸振耗能效果。

本發(fā)明通過永磁體產(chǎn)生的磁感線在箱型結(jié)構(gòu)中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)的各個(gè)面中產(chǎn)生電渦流，并且產(chǎn)生的電磁力阻礙振動(dòng)，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達(dá)到了減振耗能的效果。

進(jìn)一步的，箱型結(jié)構(gòu)1由金屬銅制成，相當(dāng)于導(dǎo)體，能形成無數(shù)的閉合回路。

進(jìn)一步的，箱型結(jié)構(gòu)外面套有一層橡膠外套，能夠保證與被控結(jié)構(gòu)絕緣。

進(jìn)一步的，由彈簧2、合金絞線3、圓筒結(jié)構(gòu)5做成的彈簧擺裝置，其運(yùn)動(dòng)方式為彈簧上下振動(dòng)與整體擺動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)方式的耦合，當(dāng)振動(dòng)頻率與擺動(dòng)頻率一致時(shí)，滿足了內(nèi)共振條件，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)的，達(dá)到非線性吸振效果。

進(jìn)一步的，彈簧擺在振動(dòng)過程中會(huì)激發(fā)箱型結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生電渦流，進(jìn)而產(chǎn)生電磁力阻礙振動(dòng)，振動(dòng)的機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉。

進(jìn)一步的，彈簧2由馬氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高阻尼，超彈性，高耗能等優(yōu)點(diǎn)，在彈簧2中間穿過一根彈性合金絞線3，所述的彈性合金絞線3采用奧氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高彈性模量和超彈性自復(fù)位能力等特點(diǎn)，在彈簧損壞后可以保護(hù)圓筒結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步的，所述的彈簧擺與被控結(jié)構(gòu)的主頻率接近，根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率來確定彈簧的長度等；這里所述的“接近”是指頻率的相差范圍控制在5％范圍內(nèi)。

進(jìn)一步的，圓筒結(jié)構(gòu)5采用鍍鋅銅制成，其有防腐蝕、導(dǎo)磁性小、散熱快的優(yōu)點(diǎn)，與圓筒結(jié)構(gòu)自身水平方向以及下端的5個(gè)磁體為永磁體，能夠產(chǎn)生持續(xù)穩(wěn)定的磁場(chǎng)。

使用時(shí)，將本裝置固定在高聳結(jié)構(gòu)的頂部，在地震或風(fēng)荷載作用下，被控結(jié)構(gòu)發(fā)生振動(dòng)或扭轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)箱型結(jié)構(gòu)1一起振動(dòng)并帶動(dòng)彈簧擺振動(dòng)或擺動(dòng)，此時(shí)箱型結(jié)構(gòu)1會(huì)與彈簧擺形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由金屬銅制成的箱型結(jié)構(gòu)1相當(dāng)于導(dǎo)體，有無數(shù)的閉合回路，相對(duì)運(yùn)動(dòng)過程中與圓筒結(jié)構(gòu)連接的永磁體產(chǎn)生的磁感線會(huì)在箱型結(jié)構(gòu)1的各個(gè)面中發(fā)生變化，并在箱型結(jié)構(gòu)1中產(chǎn)生電渦流，箱型結(jié)構(gòu)1會(huì)受到電磁力作用，由楞次定律可知，電磁力阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而減緩被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，從能量轉(zhuǎn)換的角度看，結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)械能先轉(zhuǎn)化為箱型結(jié)構(gòu)的電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，達(dá)到了減震耗能的效果。此外，彈簧擺在運(yùn)動(dòng)過程中滿足內(nèi)共振時(shí)，兩個(gè)振動(dòng)模態(tài)強(qiáng)烈耦合，會(huì)發(fā)生一種振動(dòng)激發(fā)另一種振動(dòng)，達(dá)到非線性吸振效果。

本實(shí)施方案中需要注意以下幾個(gè)方面：

一、該裝置應(yīng)設(shè)置在被控結(jié)構(gòu)頂部較為開闊的位置，箱型結(jié)構(gòu)會(huì)根據(jù)地震作用或者風(fēng)荷載的方向，沿各個(gè)方向擺動(dòng)；

二、彈簧的長度和剛度應(yīng)根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的主頻率進(jìn)行選擇，使其能滿足內(nèi)共振的條件；

三、彈簧和合金選擇形狀記憶合金，能夠具有較強(qiáng)的自我復(fù)位能力，有較好的吸振功能，同時(shí)還能保護(hù)下端的圓筒結(jié)構(gòu)；

四、圓筒結(jié)構(gòu)表面鍍鋅，防止其在惡劣的天氣情況下受到腐蝕，影響整體的功能性。

本實(shí)施方案中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況確定電渦流阻尼器減振控制裝置的安裝位置和數(shù)量，以達(dá)到最佳的減振吸能效果。

本發(fā)明通過彈簧擺的內(nèi)共振現(xiàn)象達(dá)到非線性吸振效果；通過電磁感應(yīng)原理，使產(chǎn)生的電磁力減緩振動(dòng)，使產(chǎn)生的電渦流將結(jié)構(gòu)振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能最終轉(zhuǎn)化為熱能耗盡，達(dá)到耗能的效果。

本發(fā)明的上述實(shí)施方案并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此，凡此種根據(jù)本發(fā)明的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本發(fā)明上述基本技術(shù)思想前提下，對(duì)本發(fā)明上述結(jié)構(gòu)做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應(yīng)落在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。