本發(fā)明屬于高聳結(jié)構(gòu)的減振控制，具體涉及一種混合型多維多級(jí)耗能減振裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著建筑物高度不斷增加，地震和風(fēng)災(zāi)造成的損失越來(lái)越嚴(yán)重，如何使建筑物具有良好的抗震和抗風(fēng)性能，減少風(fēng)荷載及地震作用對(duì)建筑物造成的危害，同時(shí)使建筑物安全、美觀、舒適成為土木工程領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，受到越來(lái)越多的關(guān)注。

傳統(tǒng)抗震結(jié)構(gòu)體系實(shí)際上是依靠結(jié)構(gòu)及承重構(gòu)件的損壞消耗大部分輸入能量，該方法往往導(dǎo)致結(jié)構(gòu)構(gòu)件嚴(yán)重破壞甚至倒塌，這在一定程度上是不合理也是不安全的，是一種消極被動(dòng)的抗震方法。為了克服傳統(tǒng)抗震方法的缺陷，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制技術(shù)逐漸發(fā)展起來(lái)，并被認(rèn)為是減輕結(jié)構(gòu)振動(dòng)反應(yīng)的有效手段，研究表明：減振控制措施可以有效減小高聳結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)等動(dòng)荷載作用下的響應(yīng)，顯著提高結(jié)構(gòu)的防災(zāi)能力。

懸掛質(zhì)量擺結(jié)構(gòu)減振體系是把質(zhì)量擺懸掛在結(jié)構(gòu)上，當(dāng)體系在地震作用下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生水平振動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)擺的振動(dòng)，而擺振動(dòng)產(chǎn)生的慣性力反作用于結(jié)構(gòu)本身，當(dāng)這種慣性力與結(jié)構(gòu)本身的運(yùn)動(dòng)相反時(shí)就產(chǎn)生了減振效果，從而達(dá)到控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目的。

目前常見(jiàn)的減振控制裝置只能控制某一個(gè)方向或者是某幾個(gè)特定方向的振動(dòng)，而考慮到地震或風(fēng)荷載作用方向的多維性以及結(jié)構(gòu)振動(dòng)的復(fù)雜性，這樣的振動(dòng)控制裝置無(wú)法很好的滿足振動(dòng)控制的要求。本專利中采用了萬(wàn)向鉸與可滾動(dòng)的金屬球，減振盒可在水平方向自由移動(dòng)，消耗能量，減小各個(gè)方向的振動(dòng)。本專利中的質(zhì)量球?yàn)榫哂姓硰幉牧蠈拥慕饘偾?，外層為橡膠，制作簡(jiǎn)單，并且擺動(dòng)時(shí)可以與側(cè)壁發(fā)生碰撞，碰撞同時(shí)造成內(nèi)箱體的水平滑動(dòng)，從而進(jìn)一步消耗結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量，起到多級(jí)耗能減振的效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種多級(jí)多維碰撞耗能減振裝置，旨在減小建筑結(jié)構(gòu)(尤其是高層建筑或高聳結(jié)構(gòu)等)在風(fēng)、地震作用下的振動(dòng)反應(yīng)，達(dá)到耗能減振的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

混合型多維多級(jí)耗能減振裝置，包括套裝在一起的金屬內(nèi)箱體和外箱體，在所述的內(nèi)箱體外壁與外箱體內(nèi)壁之間通過(guò)彈簧連接，所述內(nèi)箱體底部設(shè)置有若干個(gè)可滾動(dòng)的金屬球，所述的金屬球鑲嵌在外箱體的球形凹槽內(nèi)，在所述的內(nèi)箱體的頂部中心位置懸掛有一個(gè)質(zhì)量球，所述的質(zhì)量球能在所述的內(nèi)箱體內(nèi)部任意方向擺動(dòng)，并能與內(nèi)箱體側(cè)壁發(fā)生碰撞，所述的質(zhì)量球的外部設(shè)有一層粘彈材料，從而在水平方向上起到初次耗能減振的作用；質(zhì)量球的擺動(dòng)與碰撞引起內(nèi)箱體水平方向上的滑動(dòng)，從而使外箱體和內(nèi)箱體連接處的彈簧發(fā)生變形，起到多級(jí)耗能減振作用。

進(jìn)一步的，所述的質(zhì)量球通過(guò)一個(gè)剛性吊桿懸掛在內(nèi)箱體頂部，剛性吊桿上端與固定在內(nèi)箱體頂部的萬(wàn)向鉸相連，下端與質(zhì)量球固定連接。

進(jìn)一步的，所述的內(nèi)箱體和外箱體為圓柱形的筒狀結(jié)構(gòu)，且兩者同軸安裝。

進(jìn)一步的，所述的彈簧沿著內(nèi)箱體和外箱體的圓周方向設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)彈簧在圓周方向上均勻分布。

進(jìn)一步的，所述的金屬球繞內(nèi)箱體的中心軸線設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)金屬球圍成一圈且在圓周方向上均勻分布。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量球外側(cè)貼附粘彈性材料，便于吸收能量、節(jié)約成本。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)部金屬箱底部通過(guò)若干個(gè)可滑動(dòng)金屬球與外箱體相接觸，摩擦力應(yīng)盡量小，便于上部箱體在外部激勵(lì)下自由滑動(dòng)。

進(jìn)一步的，所述內(nèi)箱體在側(cè)壁通過(guò)形狀記憶合金耗能彈簧與外箱體相連接，通過(guò)形狀記憶合金耗能彈簧的伸長(zhǎng)與縮短，便于能量的進(jìn)一步消耗。

進(jìn)一步的，所述剛性吊桿及質(zhì)量球的中心均位于內(nèi)箱體的豎向中心線上，且所述質(zhì)量球可沿任意方向擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多維減振效果。

進(jìn)一步的，所述粘彈性材料層的材質(zhì)為橡膠、硅膠或其它彈性材料，便于更好地吸收能量、耗能減振。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量球與剛性吊桿形成質(zhì)量擺，質(zhì)量擺的頻率由質(zhì)量球的質(zhì)量與剛性吊桿的長(zhǎng)度控制，根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率設(shè)計(jì)擺長(zhǎng)。

進(jìn)一步的，所述的金屬球與外箱體相接觸的部分刷涂有潤(rùn)滑油。

從而達(dá)到更好的減振效果。

本發(fā)明應(yīng)當(dāng)固定于高聳結(jié)構(gòu)頂部。萬(wàn)向鉸的上端通過(guò)焊接與內(nèi)部金屬箱頂部相連，剛性吊桿的下端連接質(zhì)量球，萬(wàn)向鉸允許剛性桿沿著任意方向運(yùn)動(dòng)，剛性吊桿和質(zhì)量球組成了一個(gè)多向的懸掛質(zhì)量擺，通過(guò)質(zhì)量球的擺動(dòng)和碰撞以及形狀記憶合金彈簧的伸長(zhǎng)與縮短，減小被控結(jié)構(gòu)的振動(dòng)反應(yīng)，達(dá)到多維多次耗能減振的效果；可以通過(guò)調(diào)節(jié)剛性吊桿的長(zhǎng)度、彈簧的剛度或者質(zhì)量球來(lái)保證減振器的頻率于結(jié)構(gòu)的固有頻率保持一致，達(dá)到最優(yōu)的減振效果。

本發(fā)明的有益效果是：該減振裝置通過(guò)設(shè)置萬(wàn)向鉸與可滑動(dòng)的金屬球，實(shí)現(xiàn)多維控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)，使用懸吊質(zhì)量擺和記憶合金耗能彈簧實(shí)現(xiàn)多級(jí)控制結(jié)構(gòu)振動(dòng)，可以更好地耗散能量，提高減振效果；該減振裝置具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、便于安裝的特點(diǎn)。

附圖說(shuō)明

圖1是多維多級(jí)減振裝置的主視圖。

圖2是多維多級(jí)減振裝置A-A剖面圖。

圖中：1萬(wàn)向鉸，2剛性吊桿，3粘彈性材料層，4質(zhì)量球，5可滾動(dòng)的金屬球，6內(nèi)箱體，7形狀記憶合金耗能彈簧，8外箱體。

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。

本發(fā)明提出的混合型多維多級(jí)耗能減振裝置如圖1，圖2所示，包括套裝在一起的金屬內(nèi)箱體6和外箱體8，在所述的內(nèi)箱體6外壁與外箱體8內(nèi)壁之間通過(guò)彈簧連接，所述內(nèi)箱體底部設(shè)置有若干個(gè)可滾動(dòng)的金屬球5，所述的金屬球5鑲嵌在外箱體的球形凹槽內(nèi)，在所述的內(nèi)箱體的頂部中心位置懸掛有一個(gè)質(zhì)量球，質(zhì)量球4能在所述的內(nèi)箱體內(nèi)部任意方向擺動(dòng)，并能與內(nèi)箱體側(cè)壁發(fā)生碰撞，所述的質(zhì)量球4的外部設(shè)有一層粘彈性材料層3，從而在水平方向上起到初次耗能減振的作用；質(zhì)量球4的擺動(dòng)與碰撞引起內(nèi)箱體水平方向上的滑動(dòng)，從而使外箱體和內(nèi)箱體連接處的彈簧發(fā)生變形，起到多級(jí)耗能減振作用。

該裝置減振器是由可滑動(dòng)內(nèi)箱體與懸掛質(zhì)量擺共同組成的。初次耗能減振器即懸掛質(zhì)量擺，由一個(gè)萬(wàn)向鉸1、一根剛性吊桿2，質(zhì)量球4組成；二次減振器，是由若干根形狀記憶合金彈簧7，可滾動(dòng)金屬球5，內(nèi)部金屬箱體6以及外部金屬箱體8構(gòu)成。

進(jìn)一步的，質(zhì)量球通過(guò)一個(gè)剛性吊桿懸掛在內(nèi)箱體頂部，剛性吊桿上端與固定在內(nèi)箱體頂部的萬(wàn)向鉸相連，下端與質(zhì)量球固定連接。

進(jìn)一步的，內(nèi)箱體6和外箱體8為圓柱形的筒狀結(jié)構(gòu)，且兩者同軸安裝。

進(jìn)一步的，彈簧沿著內(nèi)箱體和外箱體的圓周方向設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)彈簧在圓周方向上均勻分布。

進(jìn)一步的，金屬球5繞內(nèi)箱體的中心軸線設(shè)置有多個(gè)，多個(gè)金屬球圍成一圈且在圓周方向上均勻分布。

進(jìn)一步的，質(zhì)量球5外側(cè)貼附粘彈性材料，便于吸收能量、節(jié)約成本。

進(jìn)一步的，內(nèi)部金屬箱底部通過(guò)若干個(gè)可滑動(dòng)金屬球與外箱體相接觸，摩擦力應(yīng)盡量小，便于上部箱體在外部激勵(lì)下自由滑動(dòng)。

進(jìn)一步的，內(nèi)箱體在側(cè)壁通過(guò)形狀記憶合金耗能彈簧與外箱體相連接，通過(guò)形狀記憶合金耗能彈簧的伸長(zhǎng)與縮短，便于能量的進(jìn)一步消耗。

進(jìn)一步的，剛性吊桿及質(zhì)量球的中心均位于內(nèi)箱體的豎向中心線上，且所述質(zhì)量球可沿任意方向擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)多維減振效果。

進(jìn)一步的，粘彈性材料層3的材質(zhì)為橡膠、硅膠或其它彈性材料，便于更好地吸收能量、耗能減振。

進(jìn)一步的，所述質(zhì)量球與剛性吊桿形成質(zhì)量擺，質(zhì)量擺的頻率由質(zhì)量球的質(zhì)量與剛性吊桿的長(zhǎng)度控制，根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率設(shè)計(jì)擺長(zhǎng)。

具體的，外部容器箱8安裝于結(jié)構(gòu)的頂部，其與內(nèi)部的金屬圓筒箱體6通過(guò)形狀記憶合金耗能彈簧7相連，內(nèi)部金屬箱體6通過(guò)可滾動(dòng)金屬球5與外箱體相接觸。金屬圓筒箱5內(nèi)設(shè)置水平方向的懸掛質(zhì)量擺。萬(wàn)向鉸焊接于內(nèi)箱體頂部中心，剛性吊桿的上端與萬(wàn)向鉸相連接，下端通過(guò)焊接固定質(zhì)量球，并在質(zhì)量球4外側(cè)貼附粘彈性材料層3。與萬(wàn)向鉸相連的剛性吊桿2和質(zhì)量球4可沿任意方向擺動(dòng)，并可以與內(nèi)部金屬箱側(cè)壁發(fā)生碰撞。內(nèi)部金屬箱體6底部設(shè)置可滑動(dòng)金屬球5，使得箱體可以沿水平方向自由移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)在多維多級(jí)減振的效果。

本實(shí)施方案中質(zhì)量球、內(nèi)部圓筒箱內(nèi)剛性吊桿長(zhǎng)度、內(nèi)箱體質(zhì)量、和彈簧剛度設(shè)置時(shí)，需要的注意是：第一：質(zhì)量球與內(nèi)箱體的擺動(dòng)頻率應(yīng)根據(jù)被控結(jié)構(gòu)的頻率具體設(shè)計(jì)擺長(zhǎng)，從而達(dá)到更好的減振效果。；第二：粘彈性材料布置在質(zhì)量球表面，便于吸收能量，降低造價(jià)；第三：內(nèi)箱體底部通過(guò)可滾動(dòng)金屬球與外箱體相接觸的部分應(yīng)刷涂適量潤(rùn)滑油，以減小箱體與小球之間的摩擦力，確保箱體更好的滑動(dòng)。

本實(shí)施方案中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體情況確定混合型多維多級(jí)耗能減振裝置的安裝位置和數(shù)量，以達(dá)到最佳的減振效果。

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