專利名稱：多向多頻率調諧質量阻尼器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種建筑結構震動控制裝置，特別是涉及一種建筑結構震動控制的多向多頻率調諧質量阻尼器。
背景技術：
調諧質量阻尼器(tuned mass damper，簡稱TMD)系統是在結構頂層加上慣性質量，并配以彈簧和阻尼器與主結構相連，應用共振原理，對結構的某一振型加以控制。通常慣性質量可以是高層或高聳結構的水箱、機房或旋轉餐廳。它對結構進行振動控制的機理是原結構體系由于加入TMD，其動力特性發生變化，原結構承受動力作用而劇烈振動時， 由于TMD質量塊的慣性而向原結構施加反方向作用力，其阻尼也發揮耗能作用，從而達到使原結構的振動反應明顯衰減的目的。調諧質量阻尼器結構應用的現代思想的最早來源是早在1909年FrahnKFrahm， 1909 ；Den Hartog, 1956)研究的動力吸振器。Frahm的吸振器由一個小質量m和一個剛度為A的彈簧連接于彈簧剛度為K的主質量M。在簡諧荷載作用下，可顯示出當所連接的吸振器的固有頻率被確定為(或調諧為)激勵頻率時，主質量M能保持完全靜止。Den Hartog(Ormondroyd and Den Hartog，1928)最早研究了主系統中沒有阻尼時的無阻尼和有阻尼動力吸振器理論，他們提出了吸振器的基本原理及確定適當參數的過程。主系統的阻尼包含在Bishop (1952)提出的動力吸振器的分析中。緊接在上述工作之后，i^lcon等 (1967)設計了一個優化過程以獲得主系統的最小峰值響應和最大有效阻尼。Jermlge和 Frohrib (1977)數值計算廠控制建筑物結構中彎曲和扭轉模式的移動一轉動吸振器系統。 Ioi和Ikeda(1978)提出了主系統在小阻尼情況下這些優化吸振器參數修正因子的經驗公式。Randall等(1981)提出了在系統中考慮阻尼影響的這些參數的設計圖表。Warburton 和Ayorinde (1980)進一步用表列出了最大動力放大因子、調諧頻率比及特定質量比和主系統阻尼比的吸振器阻尼比的優化值。TMD在土木工程中有較早的應用歷史，前蘇聯于20世紀50年代初就在鋼電視塔及煙囪上安裝了撞擊式擺錘，使得風荷載作用下的振動得到較大的衰減。由于TMD能有效地衰減結構的動力反應，安全、經濟、對建筑功能影響小、便于安裝、維修和更換，已被廣泛用作高層建筑、高聳結構及大跨橋梁的抗震抗風裝置。TMD不僅可用于新建建筑，而且通過 “加層減震”技術可以改善已有房屋的耐震性能。大量的試驗和數值分析研究表明，這種控制裝置無論對風振和地震引起的振動都有明顯的減振效果。但TMD受頻率限制比較大，當激勵為窄帶或結構的響應以基頻控制時，其控制效果比較理想，當激振為寬帶激勵或結構的響應是多個振型都起作用時，控制效果不明顯，即TMD的控制頻域寬度很窄。為了增強用于減小主系統最大動力響應的吸振器的效果，研究者們嘗試了通過引入非線性吸振器彈簧來加寬調諧頻率范圍，R0berson(1962)研究了將動力吸振器支承于一個沒有阻尼的線性加三次方彈簧(即Duffing型彈簧)之上的主系統的動力響應。他將“消除帶”定義為規格化主系統幅值小于1的共振峰值之間的頻率帶。非線性吸振器的這個帶寬很清楚地表明了比線性吸振器要寬得多，Pipes (1953)研究了一個有雙曲正弦特征的強化彈簧，并得出彈簧中非線性的影響是要阻止尖銳共振峰的出現，并將相對小幅值的奇次諧分量引入吸振器和主系統的運動中。為了改進動力吸振器的性能，Snowdon(1960)研究了固體型吸振器對減小主系統響應的性能，表明采用剛度正比于頻率和恒定阻尼系數材料的動力吸振器能顯著減小主系統的共振振動，其性能明顯優于彈簧一阻尼筒型吸振器。Srinivasan(1969)分析了平行阻尼動力吸振器，即一個輔助無阻尼質量平行加裝于一個吸振器。在這種情況下，當阻尼頻率被精確調諧到激勵頻率時，主系統將保持靜止，但在該情況下，消除帶變小了。 Snowdon(1974)研究了其他可能的吸振器形式，如三一單元吸振器的，顯示如果第三單元 (即輔助彈簧)與阻尼器串聯，主系統幅值能減小15% 30%，但這種減小對頻率非常敏感，在實際中它將影響吸振器的性能。但建筑結構所受到的如風和地震的環境荷載的作用來自不同方向，傳統的TMD無法對不同方向的風振和地震進行控制，因此需要開發一種能夠對不同方向的風振和地震進行控制的TMD ；另外，結構在不同方向上的自振頻率各有差異，因此傳統的TMD也無能為力。 因此需要解決來自不同方向的風振和地震反應以及不同方向的結構自振頻率的問題。
發明內容
本發明的目的在于為高層、高聳結構以及核電站等重要結構提供一種多向多頻率調諧質量阻尼器，不僅能對來自不同方向的風振和地震進行控制，也能針對結構不同方向的自振頻率進行風振和地震反應的控制。該阻尼系統構造簡單，實用性強。在風振、地震作用下，系統的受力均勻、穩定、節省材料，又保證耗能體系穩固、有效，對建筑結構起到很好的保護作用。技術方案如下它由質量塊、彈簧、粘滯阻尼器、裝置外邊框鋼板、外邊框鋼板固定件、質量塊滑動板、連接鋼板、螺栓、螺母、墊板、固定件底板、阻尼器和彈簧鉤掛環、阻尼器、彈簧固定螺孔和外邊框鋼板固定件螺孔組成。其特征在于，裝置外邊框鋼板設計為環形，16條彈簧分成8組，每組彈簧上下放置，8組彈簧呈米字型布置，兩端分別與裝置外邊框鋼板和質量塊連接。每個粘滯阻尼器均與每組彈簧在同一豎直平面內，并位于兩個彈簧之間，阻尼器也呈米字型布置。彈簧的剛度根據建筑物的橫向和縱向的自振頻率確定，彈簧為不等剛度的設計方法。裝置外邊框鋼板采用8個外邊框鋼板固定件固定，分別位于正八邊形的頂點上。裝置外邊框鋼板與外邊框鋼板固定件組成多向多頻率調諧質量阻尼器的剛性構架，剛性構架通過螺栓固定在建筑物頂部，質量塊放置在光滑的滑動板上，分別通過彈簧和粘滯阻尼器與剛性構架連接。當有不同方向的風振和地震作用于結構上時，質量塊開始滑動，實現對風振和地震的控制。根據不同方向結構的自振周期，調整不同方向彈簧的彈性系數，可以實現對不同頻率風振和地震反應的控制。本發明的優點是通過16根彈簧和8個阻尼器與質量塊的協同工作實現對多方向和多頻率的風振和地震反應控制。在風振、地震作用下，系統的受力均勻、穩定、節省材料， 又保證耗能體系穩固、有效，構造簡單，經濟實用。可以適用于在高層、高聳建筑以及核電站等重要結構，減少建筑結構的地震反應，對建筑結構起到很好的保護作用，能夠產生較大的經濟效益和社會效益。耗能效果好、鋼材利用率高，同時安裝簡單、使用方便，既可以用于新建建筑工程的抗震設計，也可以用于已有工程的加固維修。
圖1為本發明的結構平面示意圖。圖2為圖1的的I - I剖面圖示意圖。圖3為外邊框鋼板固定件正視圖示意圖。圖4為外邊框鋼板固定件側視圖示意圖。圖5為外邊框鋼板固定件俯視圖示意圖。圖中，1為質量塊、2為彈簧、3為粘滯阻尼器、4為裝置外邊框鋼板、5為外邊框鋼板固定件、6為質量塊滑動板、7為連接鋼板、8為螺栓、9為螺母、10為墊板、11為固定件底板、 12為阻尼器和彈簧鉤掛環、13為阻尼器和彈簧固定螺孔、14為外邊框鋼板固定件螺孔。
具體實施例方式下面結合技術方案和參照附圖對本發明進行詳細說明。本發明提出的多向多頻率調諧質量阻尼器如圖廣圖5所示。整個裝置主要由一個質量塊1、十六根彈簧2、八個粘滯阻尼器3、1個裝置外邊框鋼板4、八外邊框鋼板固定件5和一個質量塊滑動板6等組成。質量塊1放置在質量塊滑動板6上，根據質量塊的滑程確定滑動板6的大小；裝置外邊框鋼板4與其固定件5焊接構成剛性構架，并采用螺栓將其固定在建筑物頂面，在建筑頂層應設預埋件；八個粘滯阻尼器3 —端與裝置外邊框鋼板4與其固定件5焊接構成剛性構架連接，連接方式采用螺栓連接，另一端與質量塊1連接，連接方式采用鉤掛式連接，鉤掛環12焊接在質量塊1上。由于彈簧2和粘滯阻尼器3采用米字型布局，因此不論風振和地震來自任何方向， 質量塊均可以發生調諧振動。質量塊的上下均布置彈簧，以保證質量塊1的平穩運動，對風振和地震反應進行有效地控制。
權利要求
1.多向多頻率調諧質量阻尼器，它由質量塊、彈簧、粘滯阻尼器、裝置外邊框鋼板、外邊框鋼板固定件、質量塊滑動板、連接鋼板、螺栓、螺母、墊板、固定件底板、阻尼器和彈簧鉤掛環、阻尼器、彈簧固定螺孔和外邊框鋼板固定件螺孔組成，其特征在于裝置外邊框鋼板 (4)為環形，16條彈簧(2)分成8組，每組彈簧(2)上下放置，8組彈簧(2)呈米字型布置， 兩端分別與裝置外邊框鋼板(4)和質量塊(1)連接。
2.根據權利要求1所述的多向多頻率調諧質量阻尼器，其特征在于每個粘滯阻尼器(3)均與每組彈簧(2)在同一豎直平面內，并位于兩個彈簧(2)之間，阻尼器也呈米字型布置，彈簧的剛度根據建筑物的橫向和縱向的自振頻率確定，彈簧(2)為不等剛度的設計方法。
3.根據權利要求1所述的多向多頻率調諧質量阻尼器，其特征在于裝置外邊框鋼板(4)采用8個外邊框鋼板固定件(5)固定，分別位于正八邊形的頂點上。
全文摘要
本發明是一種多向多頻率調諧質量阻尼器，是一種建筑結構震動控制裝置。它包括質量塊、彈簧、粘滯阻尼器、裝置外邊框鋼板、外邊框鋼板固定件等，裝置外邊框鋼板設計為環形，16條彈簧分成8組，每組彈簧上下放置，8組彈簧呈“米”字型布置，每個粘滯阻尼器均與每組彈簧在同一豎直平面內，位于兩個彈簧之間，阻尼器“米”字型布置。彈簧的剛度根據建筑物的橫向和縱向的自振頻率確定，彈簧為不等剛度的設計方法。裝置外邊框鋼板采用8個外邊框鋼板固定件固定，分別位于正八邊形的頂點上。它能控制多向多頻率地震反應，安裝在高層、高聳建筑以及核電站等結構上，減少建筑結構的地震反應，具有保護作用，能夠產生較大的經濟效益和社會效益。
文檔編號E04B1/98GK102425244SQ20111031830
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月19日 優先權日2011年10月19日
發明者張延年, 汪青杰, 鄭怡 申請人:沈陽建筑大學