CN108316506A - 一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，包括上层建筑结构、下层建筑结构、拉杆和磁悬浮基座等，所述下层建筑结构上设置有支座底板，所述支座底板上设置有竖向环板，所述竖向环板和支座底板为一体化结构，所述竖向环板围合的中间位置设置有质量块，所述质量块与所述竖向环板之间径向连接有弹簧和阻尼器，所述上层建筑结构上设置有磁悬浮基座，所述磁悬浮基座包括下永磁铁和上永磁铁，所述下永磁铁与上永磁铁相对面磁性相同。本发明解决了外部激励较小情况下TMD不能启动，不能发挥作用的问题；本发明可以根据受控结构不同方向不同的振动频率，调整相应方向TMD振动频率，达到全方位调谐减振的最佳效果。
Description
技术领域
本发明属于土木工程结构的水平振动控制装置技术领域，具体涉及一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器。
背景技术
结构振动调谐质量阻尼(TMD)控制装置作为一种动力吸振器，于高层和高耸结构、大跨度与轻柔结构在风、地震与人行荷载等激励下的动力响应控制方面有着广泛的应用前景。这种装置对结构的振动有明显的控制效果，且对建筑功能的影响较小，仅占用极少的建筑面积，便于安装、维修和更换。
TMD由质量块、弹性元件、阻尼元件三大组件组成，最大的部件为惯性质量。惯性质量在主结构上的支撑方式是TMD装置的一个关键技术，它需保证惯性质量与主结构振型谐振中有确定的自振周期和阻尼。TMD系统的惯性质量可以采用多段摆、倒摆、液压支撑系统、叠层橡胶垫等悬挂或支撑：
采用悬挂体系的单级摆式悬挂和多级摆式悬挂，悬挂装置需占用较多的竖向空间；
采用叠层橡胶垫支撑体系，当外界激励较小时，TMD无法振动，无法发挥作用；
常见的采用轨道支撑的体系，则要求轨道有足够的刚度，在支撑惯性质量时不能有较大的变形，不因惯性质量滑动造成过大的阻力。此外，轨道支撑的TMD一般均存在不可避免的摩擦，摩擦对TMD存在着不利影响：1、当外界激励较小，即结构处于微小振动时，TMD运动质量块的惯性力有可能会小于其静摩擦力，从而使TMD处于锁定状态，TMD也就暂时丧失了吸能减振的功能；2、当受控结构受到地震等带有冲击性质的荷载作用时，过大的摩擦会显著延缓TMD的启动时间，从而导致控制效果的下降。
TMD控制策略为应用子结构与主结构的被控制振型共振达到动力吸振的目的，控制装置最优振动频率应调谐为主结构被控制振型的自振频率。实际工程中的绝大部分建、构筑物都不是质量、刚度完全对称的，也就是每个方向的振动频率是不同的。对结构产生不利作用的外部激励方向也不是确定唯一的。因此，有必要对结构不同方向采用不同振动频率的TMD，以达到调谐减振的最佳效果。
磁悬浮具有结构体之间无机械接触，无摩擦的优点。磁悬浮轴承等技术已成功的运用于航天、航海、铁路运输、风能发电等领域，利用磁悬浮技术使TMD质量块脱离其下基座，可最大限度的降低摩擦的不利影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，具有外部激励较小情况下TMD能够启动、全方位调谐减振、功能性强的特点。
本发明的另一目的还在于提供一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器的制造实现方法。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，包括上层建筑结构、下层建筑结构、拉杆和磁悬浮基座，所述下层建筑结构上设置有支座底板，所述支座底板上设置有竖向环板，所述竖向环板和支座底板为一体化结构，所述竖向环板围合的中间位置设置有质量块，所述质量块与所述竖向环板之间径向连接有弹簧和阻尼器，所述上层建筑结构上设置有磁悬浮基座，所述磁悬浮基座包括下永磁铁和上永磁铁，其中，所述下永磁铁的上方设置有上永磁铁，所述下永磁铁与上永磁铁相对面磁性相同，并分设有凹凸的公母头，所述质量块与上永磁铁之间通过拉杆固定连接。
在本发明中进一步的，所述竖向环板由金属制成，呈圆形或椭圆形。
在本发明中进一步的，所述下层建筑结构与质量块之间保持一定间隙。
在本发明中进一步的，所述阻尼器和弹簧为成对设置，所述阻尼器和弹簧至少设置有对，所述阻尼器和弹簧均匀对称沿径向布置。
在本发明中进一步的，所述弹簧为金属弹簧或电磁弹簧，所述阻尼器为油阻尼器或磁流变阻尼器或电涡流阻尼器。
在本发明中进一步的，所述下层建筑结构与支座底板以及上层建筑结构与下永磁铁之间均通过固定件固定连接。
在本发明中进一步的，一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器的制造安装方法，包括下列步骤：
(1)、理论计算出被控制建筑结构各方向(X向、Y向、45度方向)的自振周期；
(2)、理论计算出质量块的质量和各方向的弹簧的刚度和阻尼器的阻尼，以及质量块振动时水平移动距离，保证各方向振动周期与步骤(1)中的理论计算周期相同，保证竖向环板围合尺寸满足质量块水平振动幅值要求；
(3)、工厂内生产部品；
(4)、运至工地，组装成形，将成品固定于被控制建筑结构楼屋面，保证成品安装方向正确，成品的各方向振动周期同中的理论计算周期相同；
(5)、利用环境振动测试等技术实地测试已安装两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器被控制建筑结构各方向自振周期，通过增减质量块质量、调整弹簧刚度和阻尼器阻尼来调整已安装的两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器自振周期，使两者一致，实现最佳控制效果。
在本发明中进一步的，所述竖向环板由金属制成，呈圆形或椭圆形；所述下层建筑结构与质量块之间保持一定间隙；所述阻尼器和弹簧为成对设置，所述阻尼器和弹簧至少设置有对，所述阻尼器和弹簧均匀对称沿径向布置；所述弹簧为金属弹簧或电磁弹簧，所述阻尼器为油阻尼器或磁流变阻尼器或电涡流阻尼器；所述下层建筑结构与支座底板以及上层建筑结构与下永磁铁之间均通过固定件固定连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明解决了外部激励较小情况下TMD不能启动，不能发挥作用的问题；
2、本发明可以根据受控结构不同方向不同的振动频率，调整相应方向TMD振动频率，达到全方位调谐减振的最佳效果；
3、本发明制造简单，安装方便，造价低廉，功能性强。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明俯视的结构示意图；
图中：1、下层建筑结构；2、竖向环板；3、阻尼器；4、拉杆；5、上层建筑结构；6、磁悬浮基座；61、下永磁铁；62、上永磁铁；7、质量块；8、弹簧；9、支座底板；10、固定件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
请参阅图1-2，本发明提供以下技术方案：一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，包括上层建筑结构5、下层建筑结构1、拉杆4和磁悬浮基座6，下层建筑结构1上设置有支座底板9，支座底板9上设置有竖向环板2，竖向环板2和支座底板9为一体化结构，竖向环板2围合的中间位置设置有质量块7，质量块7与竖向环板2之间径向连接有弹簧8和阻尼器3，上层建筑结构5上设置有磁悬浮基座6，磁悬浮基座6包括下永磁铁61和上永磁铁62，其中，下永磁铁61的上方设置有上永磁铁62，下永磁铁61与上永磁铁62相对面磁性相同，并分设有凹凸的公母头，质量块7与上永磁铁62之间通过拉杆4固定连接。
在本实施例中，竖向环板2由金属制成，呈圆形或椭圆形。
在本实施例中，下层建筑结构1与质量块7之间保持一定间隙。
在本实施例中，阻尼器3和弹簧8为成对设置，阻尼器3和弹簧8至少设置有3对，阻尼器3和弹簧8均匀对称沿径向布置。
在本实施例中，弹簧8为金属弹簧或电磁弹簧，阻尼器3为油阻尼器或磁流变阻尼器或电涡流阻尼器。
在本实施例中，下层建筑结构1与支座底板9以及上层建筑结构5与下永磁铁61之间均通过固定件10固定连接。
在本实施例中，一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器的制造安装方法，包括下列步骤：
(1)、理论计算出被控制建筑结构各方向(X向、Y向、45度方向)的自振周期；
(2)、理论计算出质量块7的质量和各方向的弹簧8的刚度和阻尼器3的阻尼，以及质量块7振动时水平移动距离，保证各方向振动周期与步骤(1)中的理论计算周期相同，保证竖向环板2围合尺寸满足质量块7水平振动幅值要求；
(3)、工厂内生产部品；
(4)、运至工地，组装成形，将成品固定于被控制建筑结构楼屋面，保证成品安装方向正确，成品的各方向振动周期同1中的理论计算周期相同；
(5)、利用环境振动测试等技术实地测试已安装两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器被控制建筑结构各方向自振周期，通过增减质量块7质量、调整弹簧8刚度和阻尼器3阻尼来调整已安装的两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器自振周期，使两者一致，实现最佳控制效果。
本发明中阻尼器3为已经公开的广泛运用与日常生活的已知技术，它的工作原理：利用阻尼特性来减缓机械振动及消耗动能的装置。
本发明的工作原理及使用流程：本发明使用前，第一步计算被控制结构各方向(如X向、Y向、45度方向)自振周期；第二步计算所需质量和各方向的弹簧8刚度和阻尼器3阻尼，保证各方向振动周期同第一步计算周期；然后工厂内生产部品；最后运至工地，组装成形，将成品固定于被控制结构楼(屋)面，应保证成品安装方向正确，成品的各方向振动周期同第一步中计算周期；安装完成后，本发明上永磁铁62和下永磁铁61根据同性相斥原理使上永磁铁62悬浮，通过拉杆4带动质量块7悬浮于下层建筑结构1的上方，没有了质量块7与下层建筑结构1的摩擦力，使得两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器在外部激励较小情况下TMD同样能够正常工作，提高了TMD的灵敏度。当建筑结构在内部或外部激励作用下产生振动时，质量块7、弹簧8以及阻尼器3会产生一个与建筑结构方向相反的惯性力作用在建筑结构上，使建筑结构的水平振动反应大幅衰减。本发明还可以根据受控结构不同方向不同的振动频率，增减质量块7质量、调整弹簧8刚度和阻尼器3阻尼来调整已安装的两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器自振周期，达到全方位调谐减振的最佳效果，功能性强。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (8)
1.一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，包括上层建筑结构(5)、下层建筑结构(1)、拉杆(4)和磁悬浮基座(6)，其特征在于：所述下层建筑结构(1)上设置有支座底板(9)，所述支座底板(9)上设置有竖向环板(2)，所述竖向环板(2)和支座底板(9)为一体化结构，所述竖向环板(2)围合的中间位置设置有质量块(7)，所述质量块(7)与所述竖向环板(2)之间径向连接有弹簧(8)和阻尼器(3)，所述上层建筑结构(5)上设置有磁悬浮基座(6)，所述磁悬浮基座(6)包括下永磁铁(61)和上永磁铁(62)，其中，所述下永磁铁(61)的上方设置有上永磁铁(62)，所述下永磁铁(61)与上永磁铁(62)相对面磁性相同，并分设有凹凸的公母头，所述质量块(7)与上永磁铁(62)之间通过拉杆(4)固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述竖向环板(2)由金属制成，呈圆形或椭圆形。
3.根据权利要求1所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述下层建筑结构(1)与质量块(7)之间保持一定间隙。
4.根据权利要求1所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述阻尼器(3)和弹簧(8)为成对设置，所述阻尼器(3)和弹簧(8)至少设置有3对，所述阻尼器(3)和弹簧(8)均匀对称沿径向布置。
5.根据权利要求1所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述弹簧(8)为金属弹簧或电磁弹簧，所述阻尼器(3)为油阻尼器或磁流变阻尼器或电涡流阻尼器。
6.根据权利要求1所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器，其特征在于：所述下层建筑结构(1)与支座底板(9)以及上层建筑结构(5)与下永磁铁(61)之间均通过固定件(10)固定连接。
7.根据权利要求1-6任意所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器的制造安装方法，包括下列步骤：
(1)、理论计算出被控制建筑结构各方向(X向、Y向、45方向)的自振周期；
(2)、理论计算出质量块(7)的质量和各方向的弹簧(8)的刚度和阻尼器(3)的阻尼，以及质量块(7)振动时水平移动距离，保证各方向振动周期同(1)中的理论计算周期，保证竖向环板(2)围合尺寸满足质量块(7)水平振动幅值要求；
(3)、工厂内生产部品；
(4)、运至工地，组装成形，将成品固定于被控制建筑结构楼(屋)面，保证成品安装方向正确，成品的各方向振动周期同(1)中的理论计算周期相同；
(5)、利用环境振动测试等技术实地测试已安装两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器被控制建筑结构各方向自振周期，通过增减质量块(7)质量、调整弹簧(8)刚度和阻尼器(3)阻尼来调整已安装的两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器自振周期，使两者一致，实现最佳控制效果。
8.根据权利要求7所述的一种两层式磁悬浮万向型水平调谐质量阻尼器的制造安装方法，其特征在于：所述竖向环板(2)由金属制成，呈圆形或椭圆形；所述下层建筑结构(1)与质量块(7)之间保持一定间隙；所述阻尼器(3)和弹簧(8)为成对设置，所述阻尼器(3)和弹簧(8)至少设置有3对，所述阻尼器(3)和弹簧(8)均匀对称沿径向布置；所述弹簧(8)为金属弹簧或电磁弹簧，所述阻尼器(3)为油阻尼器或磁流变阻尼器或电涡流阻尼器；所述下层建筑结构(1)与支座底板(9)以及上层建筑结构(5)与下永磁铁(61)之间均通过固定件(10)固定连接。
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