本發(fā)明涉及一種豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置及其工作模式。

背景技術(shù)：
調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD）作為常見的被動控制中的一種，如今，用TMD裝置在土木工程的高聳結(jié)構(gòu)抗風(fēng)、人行天橋振動控制中已有較為成熟和廣泛的應(yīng)用。但是，TMD裝置有著不可調(diào)性和自適應(yīng)性差的固有缺陷，TMD裝置的減振效果對頻率十分敏感和對不同激勵的適應(yīng)性差。鑒于現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明基于碰撞過程將引起大量的能量消耗這一現(xiàn)象，在粘彈性P-TMD阻尼器中將在傳統(tǒng)TMD裝置中引入粘彈性限位裝置，利用碰撞以實(shí)現(xiàn)進(jìn)一步的耗能。通過對裝置的合理參數(shù)設(shè)計將可以實(shí)現(xiàn)裝置在不同激勵下不同程度的碰撞及不同耗能模式的被動轉(zhuǎn)換，并由此賦予該阻尼器對不同外部激勵一定的適應(yīng)能力。也就是說，該裝置將能夠保留傳統(tǒng)TMD裝置被動控制的優(yōu)點(diǎn)，又能夠通過預(yù)先設(shè)計的參數(shù)在一定程度上賦予其對外部激勵和結(jié)構(gòu)變化更好的適應(yīng)性，并且不會過多地增加控制成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置及其工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同外部激勵下的不同耗能模式的被動轉(zhuǎn)換。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置，包括由上蓋板、下蓋板、左端板及右端板組成的外殼，其特征在于：還包括設(shè)置于所述外殼內(nèi)的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊包括水平設(shè)置的剛性桿、設(shè)置于所述剛性桿中部的棱柱形質(zhì)量塊、設(shè)置于所述剛性桿兩端部的球形質(zhì)量塊；所述球形質(zhì)量塊的正上方和正下方皆對稱設(shè)置有粘彈性材料；所述上蓋板與棱柱形質(zhì)量塊的上端面之間及所述下蓋板與棱柱形質(zhì)量塊的下端面之間分別設(shè)置有阻尼器；所述棱柱形質(zhì)量塊上還對稱設(shè)置有若干彈簧分別與上蓋板及下蓋板連接。進(jìn)一步的，所述外殼內(nèi)還豎直設(shè)置有兩個隔板，所述兩個隔板對稱設(shè)置于所述棱柱形質(zhì)量塊的兩側(cè)且位于棱柱形質(zhì)量塊與球形質(zhì)量塊之間。進(jìn)一步的，所述隔板上設(shè)置有與所述剛性桿相配合的豎直滑槽。進(jìn)一步的，所述粘彈性材料的背向球形質(zhì)量塊一側(cè)設(shè)置有擋板，所述擋板經(jīng)連接柱固定于上蓋板或下蓋板。進(jìn)一步的，所述剛性桿與球形質(zhì)量塊的連接為螺紋連接。進(jìn)一步的，所述棱柱形質(zhì)量塊的上端面均勻設(shè)置有四條彈簧，所述彈簧的另一端與所述上蓋板的下端面連接；所述棱柱形質(zhì)量塊的下端面均勻設(shè)置有四條彈簧，所述彈簧的另一端與所述下蓋板的上端面連接。進(jìn)一步的，所述彈簧與棱柱形質(zhì)量塊通過AB結(jié)構(gòu)膠連接。一種豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置的工作模式，其特征在于：包括以下三種：（1）當(dāng)預(yù)先設(shè)定的粘彈性材料與球形質(zhì)量塊之間的間隙超過激勵水平下質(zhì)量塊的最大振幅，碰撞將不會發(fā)生，所述豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置完全退化為普通調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，裝置的耗能模式僅體現(xiàn)為質(zhì)量塊的機(jī)械能耗能及部分阻尼耗能；（2）當(dāng)預(yù)先設(shè)定的粘彈性材料與球形質(zhì)量塊之間的間隙小于激勵水平下質(zhì)量塊的最大振幅，碰撞間歇性發(fā)生，裝置的耗能模式體現(xiàn)為質(zhì)量塊的機(jī)械能與碰撞耗能的組合；（3）當(dāng)預(yù)設(shè)間隙進(jìn)一步減小或激勵水平提高，碰撞頻繁發(fā)生，裝置完全轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎埠哪転橹鞯淖枘崞?。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果：1、本發(fā)明通過合理參數(shù)涉及，如質(zhì)量大小、連接剛度、阻尼、粘彈性材料厚度及質(zhì)量塊與隔板的間隙等，可以實(shí)現(xiàn)裝置在不同外部激勵下的不同耗能模式的被動轉(zhuǎn)換；2、本發(fā)明的不同耗能模式，改善了TMD裝置的減振效果對頻率十分敏感的對不同激勵的適應(yīng)性差的缺陷，具有較長的適應(yīng)性；3、本發(fā)明的結(jié)構(gòu)較為簡單，容易實(shí)現(xiàn)，因此便于應(yīng)用于實(shí)際工程的減振控制中。附圖說明圖1是本發(fā)明一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1的A-A剖視圖。圖3是本發(fā)明另一視角的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中：11-上蓋板；12-下蓋板；13-左端板；14-右端板；21-剛性桿；22-棱柱形質(zhì)量塊；23-球形質(zhì)量塊；24-阻尼器；25-彈簧；31-粘彈性材料；32-擋板；33-連接柱；4-隔板；41-豎直滑槽。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步說明。請參照圖1，本實(shí)施例提供一種豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置，包括由上蓋板11、下蓋板12、左端板13及右端板14組成的外殼，還包括設(shè)置于所述外殼內(nèi)的質(zhì)量塊，所述質(zhì)量塊包括水平設(shè)置的剛性桿21、設(shè)置于所述剛性桿21中部的棱柱形質(zhì)量塊22、設(shè)置于所述剛性桿21兩端部的球形質(zhì)量塊23；所述剛性桿21可為一條，貫穿所述棱柱形質(zhì)量塊，或者所述剛性桿21為兩條，分別固定于所述棱柱形質(zhì)量塊21的兩側(cè)，其尾端分別與球形質(zhì)量塊23連接；特別的，所述剛性桿21與球形質(zhì)量塊23的連接為螺紋連接，即剛性桿21的端部設(shè)置有螺紋，球形質(zhì)量塊23上設(shè)置有與所述剛性桿21端部相配合的凹槽，并設(shè)置有有內(nèi)螺紋。所述球形質(zhì)量塊23的正上方和正下方皆對稱設(shè)置有粘彈性材料31；如圖中所示，左側(cè)球形質(zhì)量塊23的正上方及正下方的一定距離出設(shè)置有粘彈性材料31，右側(cè)亦相同，并且相互對稱。所述上蓋板11與棱柱形質(zhì)量塊22的上端面之間及所述下蓋板12與棱柱形質(zhì)量塊22的下端面之間分別設(shè)置有阻尼器24；即上側(cè)的阻尼器24的一端設(shè)置于所述棱柱形質(zhì)量塊22的上端面中部，另一端設(shè)置于所述上蓋板11的下端面的中部，下側(cè)的阻尼器與上側(cè)的阻尼器對稱設(shè)置。所述棱柱形質(zhì)量塊22上還對稱設(shè)置有若干彈簧25分別與上蓋板11及下蓋板12連接，請結(jié)合圖1和圖3，其中圖1為主視圖，圖3為俯視圖，所述棱柱形質(zhì)量塊22的上端面均勻設(shè)置有四條彈簧25，所述彈簧25的另一端與所述上蓋板11的下端面連接；所述棱柱形質(zhì)量塊22的下端面均勻設(shè)置有四條彈簧25，所述彈簧25的另一端與所述下蓋板12的上端面連接，所述彈簧25與棱柱形質(zhì)量塊22通過AB結(jié)構(gòu)膠連接。請結(jié)合圖1和圖2，所述外殼內(nèi)還豎直設(shè)置有兩個隔板4，所述兩個隔板4對稱設(shè)置于所述棱柱形質(zhì)量塊22的兩側(cè)且位于棱柱形質(zhì)量塊22與球形質(zhì)量塊23之間；所述隔板4上設(shè)置有與所述剛性桿21相配合的豎直滑槽41，對所述剛性桿21的上下滑動起到一個限位作用。請參照圖1至圖3，所述粘彈性材料31的背向球形質(zhì)量塊一側(cè)設(shè)置有擋板32，所述擋板32經(jīng)連接柱33固定于上蓋板11或下蓋板12。隨著外部激勵的變化，所述豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置初始的調(diào)諧頻率及不同的粘彈性材料與質(zhì)量塊之間的間隙將使得耗能模式將隨著質(zhì)量塊與主體結(jié)構(gòu)之間不同類型與不同程度的相對運(yùn)動在球形質(zhì)量塊的動能及勢能耗能，或是碰撞耗能之間按不同的比例進(jìn)行轉(zhuǎn)換，這就使得該裝置相對傳統(tǒng)的TMD被動裝置有了更多的工作耗能模式，并且耗能模式的轉(zhuǎn)換過程不需要人工進(jìn)行干預(yù)，而是可以通過預(yù)先設(shè)計的質(zhì)量大小、連接剛度、阻尼、粘彈性材料的厚度及質(zhì)量塊與粘彈性材料之間的間隙等決定。以下結(jié)合裝置的工作模式進(jìn)行進(jìn)一步說明。當(dāng)預(yù)先設(shè)定的間隙值超過了該激勵水平下質(zhì)量塊的相對最大振幅，碰撞將不會發(fā)生，粘彈性P-TMD將完全退化為一個普通TMD進(jìn)行工作，而當(dāng)間隙值減小到一定程度，碰撞更為頻繁地發(fā)生，球形質(zhì)量塊的周期性運(yùn)動模式將被打亂，此時則可以將裝置近似看作是一個碰撞阻尼器。因此，該自適應(yīng)粘彈性P-TMD預(yù)期將具有多個工作及耗能模式，而其工作模式將與初始設(shè)定的參數(shù)值以及外部激勵的超度和種類都密切相關(guān)。概括為以下三種模式：（1）當(dāng)預(yù)先設(shè)定的粘彈性材料與球形質(zhì)量塊之間的間隙超過激勵水平下質(zhì)量塊的最大振幅，碰撞將不會發(fā)生，所述豎向粘彈性碰撞調(diào)諧質(zhì)量阻尼器裝置完全退化為普通調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，裝置的耗能模式僅體現(xiàn)為質(zhì)量塊的機(jī)械能耗能及部分阻尼耗能；（2）當(dāng)預(yù)先設(shè)定的粘彈性材料與球形質(zhì)量塊之間的間隙小于激勵水平下質(zhì)量塊的最大振幅，碰撞間歇性發(fā)生，裝置的耗能模式體現(xiàn)為質(zhì)量塊的機(jī)械能與碰撞耗能的組合；（3）當(dāng)預(yù)設(shè)間隙進(jìn)一步減小或激勵水平提高，碰撞頻繁發(fā)生，裝置完全轉(zhuǎn)變?yōu)榕鲎埠哪転橹鞯淖枘崞?。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡依本發(fā)明申請專利范圍所做的均等變化與修飾，皆應(yīng)屬本發(fā)明的涵蓋范圍。