本實用新型涉及一種阻尼器，尤其涉及一種粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，主要用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋塔結(jié)構(gòu)的振動控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，高層建筑越來越普遍，高層建筑雖然能夠有效的節(jié)約土地資源，但是在地震/風(fēng)荷載作用下，高層建筑結(jié)構(gòu)容易產(chǎn)生較大的振動，振動不僅影響人們的舒適度也將對結(jié)構(gòu)的壽命和安全帶來較大隱患，因此對高層結(jié)構(gòu)在地震/風(fēng)荷載下的振動控制顯得尤為主要。

調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Tuned Mass Damper，簡稱TMD)是一種傳統(tǒng)的減振裝置，因原理簡單明了，成本較低等原因得到了較廣泛應(yīng)用。但隨著建筑結(jié)構(gòu)減振要求的提高和TMD的不斷推廣，TMD存在的問題也日益凸顯:(1)空間要求嚴(yán)苛。TMD主要減振原理是諧振效應(yīng)，這要求振子要有足夠大的運(yùn)動空間，這將導(dǎo)致空間的巨大浪費(fèi)有時甚至無法實現(xiàn)。(2)調(diào)諧頻帶窄。諧振效應(yīng)決定了TMD雖然在激勵頻率與結(jié)構(gòu)頻率完全一致時的減振效果非常理想，但即使激勵頻率偏離結(jié)構(gòu)頻率少許，TMD的減振效果將大幅下降，因此調(diào)諧頻帶十分窄小。而且一旦頻率偏離較大，TMD將發(fā)生強(qiáng)烈的負(fù)作用。(3)附加阻尼器昂貴。使用附加阻尼雖然可以消除外激勵頻率偏離過大時產(chǎn)生的負(fù)作用，但由于TMD工作時，質(zhì)量塊做的是較長時間的大位移擺動，這就要求阻尼器必須是可連續(xù)工作的大功率阻尼器，這種阻尼器價格昂貴，使得TMD價格優(yōu)勢不再。而且，附加阻尼并不能拓寬TMD的調(diào)諧帶寬，通常，外激勵頻率離主結(jié)構(gòu)頻率10％之后，TMD已經(jīng)失效。

碰撞作用會導(dǎo)致構(gòu)件破壞，但一方面，碰撞將產(chǎn)生較大的碰撞力，這種碰撞力也可以為振動控制系統(tǒng)提供較大的控制力；另一方面，碰撞作用過程中的能量耗散現(xiàn)象可以被利用，在結(jié)構(gòu)的振動控制系統(tǒng)中，可以通過碰撞作用實現(xiàn)能量的耗散。

粘彈性物質(zhì)具有良好的吸能效應(yīng)，并且能夠有效的緩沖碰撞發(fā)生邊界上的沖擊作用。還可以通過松弛和蠕變等特有性質(zhì)使得材料在受多次碰撞之后仍然保持良好的緩沖效果和吸能性。

把粘彈性附加于TMD之后，質(zhì)量塊與粘彈性物質(zhì)發(fā)生粘彈性碰撞，這種粘彈性碰撞將為結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)大的振動控制力，并且賦予結(jié)構(gòu)較好的能量耗散能力。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是為了提高傳統(tǒng)TMD的減振效果，并解決傳統(tǒng)其存在空間要求嚴(yán)苛、調(diào)諧頻帶過窄以及附加阻尼器昂貴等問題而提供一種粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器。

本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的：在底板上設(shè)置有運(yùn)動軌道，質(zhì)量塊通過底部設(shè)置的滾動支撐安裝在運(yùn)動軌道中，在底板的兩端對稱設(shè)置有TMD限位擋板，質(zhì)量塊的兩端對稱設(shè)置有粘彈性碰撞裝置，每個粘彈性碰撞裝置可拆卸式的安裝在底板上，每個粘彈性碰撞裝置包括粘彈性限位擋板以及設(shè)置在粘彈性限位擋板上的粘彈性碰撞材料，每個TMD限位擋板上安裝有至少兩個彈簧和至少兩個阻尼器，每個彈簧的端部穿過粘彈性碰撞裝置上設(shè)置的通孔后與質(zhì)量塊連接，每個阻尼器的端部也穿過粘彈性碰撞裝置上設(shè)置的對應(yīng)的通孔后與質(zhì)量塊連接。

本實用新型還包括這樣一些結(jié)構(gòu)特征：

1.粘彈性碰撞材料的等效彈性模量不大于1×10⁷Pa。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果是：本實用新型在傳統(tǒng)的TMD上安裝了由粘彈性碰撞材料和粘彈性碰撞限位擋板組成的粘彈性碰撞裝置。對粘彈性碰撞裝置設(shè)置合理的碰撞預(yù)留間隙和碰撞材料，在獲得良好減振效果的同時節(jié)約阻尼器的安裝空間并降低其成本。通過諧振力和質(zhì)量塊與粘彈性碰撞裝置發(fā)生碰撞作用產(chǎn)生的碰撞力來共同提供控制力,并且通過碰撞來實現(xiàn)被控結(jié)構(gòu)的快速耗散，該實用新型主要用于高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋塔結(jié)構(gòu)的振動控制領(lǐng)域。1)一方面利用碰撞里來加強(qiáng)振動控制力，進(jìn)而提高其效率，另一方面利用碰撞過程中的能量消耗來的加快能量耗散，從而可以獲得比TMD更好的振動控制效果。2)質(zhì)量塊的運(yùn)動被有效限制，因而安裝空間要求和阻尼器成本都將下降。2)粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器減振控制力由調(diào)諧力和碰撞力組成，并且在荷載較大情況下碰撞力占主導(dǎo)部分，減振原理不再是單純的諧振原理，其調(diào)諧減振頻帶將大大被拓寬。5)本實用新型本實用新型中粘彈性碰撞材料4的材質(zhì)和厚度、碰撞限位擋板3的安裝位置均可根據(jù)實際情況調(diào)整，對不同結(jié)構(gòu)、不同控制要求有更好的適用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的俯視方向的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的碰撞材料與粘彈性碰撞限位擋板的安裝示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖與具體實施方式對本實用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

結(jié)合圖1至圖3，本實用新型涉及一種粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper，簡稱PTMD)，包括TMD限位擋板1、底板2、粘彈性碰撞限位擋板3、粘彈性碰撞材料4、彈簧5、阻尼器6、質(zhì)量塊7、滾動支承8和運(yùn)動軌道9，一對TMD限位擋板6分別與安裝底板8兩端固結(jié)，也即TMD限位擋板1與安裝底板2之間的連接方式為焊接，不可拆卸更換；一對粘彈性碰撞限位擋板3分別與安裝底板8采取螺栓連接，底板2沿運(yùn)動軌道方向上左右對稱設(shè)置了4排每排3個共計24個安裝螺孔，可以通過改變碰撞限位裝置安裝位置來調(diào)節(jié)預(yù)留碰撞間隙δ的大小。粘彈性碰撞材料4通過螺栓連接安裝于粘彈性碰撞限位擋板3之上，兩者共同組成粘彈性碰撞裝置。所述的彈簧5和附加阻尼器6穿過粘彈性碰撞裝置上的預(yù)留孔在質(zhì)量塊7兩側(cè)對稱布置。并且一端安裝于TMD限位擋板1，一端安裝于質(zhì)量塊7，為保證質(zhì)量塊7在水平方向上的穩(wěn)定性，每側(cè)彈簧和附加阻尼器的數(shù)量要大于2。以每側(cè)具有兩個彈簧和兩個阻尼器為例：每個粘彈性碰撞裝置開取4孔，每側(cè)的彈簧3、阻尼器1各一對分別穿過設(shè)置的孔將質(zhì)量塊7與TMD限位擋板1相連，彈簧和阻尼器的數(shù)目也可根據(jù)需要設(shè)置，此時只要碰撞裝置開取對應(yīng)數(shù)量的孔即可。質(zhì)量塊通過滾動支承8安置于安裝底板2上的運(yùn)動軌道9中，并可沿軌道運(yùn)動。碰撞材料4采用等效模量小于1×10⁷Pa的粘彈性材料。粘彈性碰撞材料4和粘彈性碰撞限位擋板3通過螺栓緊固件連接，并且是可拆卸的，可以根據(jù)實際需求選擇不同材質(zhì)和厚度的粘彈性碰撞材料，也即這樣的設(shè)置使得粘彈性碰撞材料4可更換和維護(hù)，所述的粘彈性碰撞限位擋板3通過螺栓對稱安裝于所述的安裝底板2左右兩邊的安裝螺孔，由于有4排螺孔，實際操作中，安裝位置將根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的動力特性和設(shè)防要求進(jìn)行合理選擇。也即底板2與粘彈性碰撞限位擋板3之間的安裝是可拆卸的，通過改變碰撞限位擋板3的安裝位置調(diào)節(jié)碰撞間隙δ(粘彈性碰撞材料4與質(zhì)量塊7之間的預(yù)留間隙δ)的大小，也即可根據(jù)被控結(jié)構(gòu)和外激勵的動力學(xué)特性調(diào)節(jié)預(yù)留間隙δ。

當(dāng)本實用新型受到水平地震荷載或風(fēng)荷載作用，即在外激勵作用下，當(dāng)質(zhì)量塊與主結(jié)構(gòu)(底板2)相對位移小于δ，無碰撞，PTMD實質(zhì)上是TMD，通過諧振效應(yīng)提供控制力；當(dāng)?shù)卣鸷奢d/風(fēng)荷載較大，結(jié)構(gòu)反應(yīng)強(qiáng)烈，一旦質(zhì)量塊與主結(jié)構(gòu)相對位移超過該值，質(zhì)量塊與粘彈性碰撞裝置發(fā)生碰撞，一方面碰撞將產(chǎn)生與結(jié)構(gòu)運(yùn)動方向相反的控制力，從而抑制結(jié)構(gòu)的振動；另一方面碰撞作用將耗散結(jié)構(gòu)的機(jī)械能，從而獲得理想的控制效果。再者質(zhì)量塊7的運(yùn)動被限制在粘彈性碰撞限位擋板之間，既節(jié)約了安裝空間又可降低阻尼器成本。也即控制力由諧振力和碰撞產(chǎn)生的碰撞力組成，并且碰撞作用將加快被控結(jié)構(gòu)的能量耗散。PTMD是一種既能有效利諧振原理又能利用碰撞作用提供控制力的并且通過碰撞作用快速耗散被控結(jié)構(gòu)機(jī)械能的新型結(jié)構(gòu)減振裝置,減振效率比傳統(tǒng)TMD有大幅提升，有效頻率帶寬被拓寬的同時節(jié)約了安裝空間，降低了成本。

本實用新型的具體實施過程如下：將該粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器安裝在被控結(jié)構(gòu)上，當(dāng)被控結(jié)構(gòu)受到風(fēng)或/和地震作用時，被控結(jié)構(gòu)和質(zhì)量塊7都將發(fā)生振動，但是兩者運(yùn)動方向相反。若風(fēng)或/和地震作用較小，質(zhì)量塊與被控結(jié)構(gòu)的相對位移小于δ，質(zhì)量塊7與粘彈性碰撞裝置之間不發(fā)生碰撞，PTMD通過諧振力來提供控制力達(dá)到減振效果；若風(fēng)或/和地震作用較大，被控結(jié)構(gòu)和質(zhì)量塊7運(yùn)動劇烈，兩者的相對位移一旦超過或等于δ，質(zhì)量塊7將與粘彈性碰撞裝置發(fā)生碰撞作用，一方面，碰撞將產(chǎn)生與被控結(jié)構(gòu)運(yùn)動方向相反的碰撞力，該控制力與諧振力共同組成控制力，并且要遠(yuǎn)大于同等條件下無碰撞裝置的傳統(tǒng)TMD,因而具有更高的減振效率；另一方面，碰撞作用將耗散能量，被控結(jié)構(gòu)的機(jī)械能將被快速消耗，粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的減振效率將會進(jìn)一步提升。

質(zhì)量塊的運(yùn)動空間被限制在了粘彈性碰撞限位擋板之間，質(zhì)量塊不再做大位移擺動，這將節(jié)約安裝空間并降低阻尼要求進(jìn)而降低成本。