CN109457832A - 一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，包括竖直阻尼装置和水平阻尼装置，所述竖直阻尼装置设置在水平阻尼装置的上方；所述竖直阻尼装置通过连接底板、质量块、至少两个导向杆、至少两个竖向弹性件和竖向阻尼结构组成了一套竖向阻尼体系；所述水平阻尼装置则通过水平槽框、至少两个水平弹性件、水平滑动结构和水平阻尼结构组成了一套水平方向的阻尼体系，在正常的工作环境中，二者可以单独工作也可以共同工作；因此本发明是通过单个调谐质量阻尼器集成解决了水平和竖向两个方向的振动，结构简单，节约了建筑空间，并大大提高了结构的安全性和舒适性。
Description
技术领域
本发明涉及建筑、桥梁等土木工程消能减震技术领域，特别涉及一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器。
背景技术
高层、特别是超高层建筑结构由于自振周期长、阻尼小，风振效应十分明显。传统上采用的增加结构断面的抗风设计，不仅不经济，而且难以满足建筑物刚度和舒适度要求。因此，通过设置附加控制装置来减小结构的风振反应已成为高层建筑发展的重要方向。土木、机械领域广泛采用调谐质量阻尼器来控制结构低频振动；理论及实践均证明，调谐质量阻尼器对具有卓越频率的振动有良好的抑制效果。
调谐质量阻尼器(TMD)控制系统因其不需要消耗外部能量，系统构造简单，对建筑结构的功能影响较小，由于对外部条件要求较低，便于安装、维修和更换控制元件，而且与传统的结构相比，采用调谐质量阻尼器(TMD)作为结构环境干扰的防御体系还可以降低工程建设投资。
引起结构振动的因素有很多，例如车辆、行人、强风等。振动方向往往不是单一的竖向振动或者水平振动。现有的调谐质量阻尼器都是用于单一的控制结构的竖向振动或者水平，竖向调谐质量阻尼器用于控制车辆、行人等动荷载引起的竖向振动，水平调谐质量阻尼器用于控制强风引起的水平振动。对于竖向振动和水平振动均需要控制的结构，现有的调谐质量阻尼器无法达到良好的控制效果。
发明内容
针对现有技术的上述问题，本发明的目的在于，提供一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器。
为了解决上述技术问题，本发明的具体技术方案如下：
本发明提供一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，包括竖直阻尼装置和水平阻尼装置，具体地，所述竖直阻尼装置设置在水平阻尼装置的上方。
进一步地，所述竖直阻尼装置包括连接底板、质量块、至少两个导向杆、至少两个竖向弹性件和竖向阻尼结构；所述质量块设置在所述连接底板的上方，所述竖向阻尼结构设置在连接底板和质量块之间，并固定在所述质量块的中部，所述导向杆的固定端固定在连接底板上，活动端穿插在所述质量块上，所述竖向弹性件的两端分别固定在连接底板和质量块上，并且所述竖向弹性件的轴向与所述导向杆重合，在外界激励下，竖向弹性件带动质量块上下振动。
进一步地，所述水平阻尼装置包括水平槽框、至少两个水平弹性件、水平滑动结构和水平阻尼结构；所述水平弹性件设置在所述水平槽框和连接底板之间，在外界激励下，水平弹性件带动底座水平振动。所述水平滑动结构设置在所述水平槽框内部，所述水平阻尼结构设置在所述水平槽框内部，并固定在所述连接底板的底部。
进一步地，所述质量块顶部设置直线轴承，并且所述导向杆穿插所述直线轴承，所述直线轴承能够沿着所述导向杆上下运动。
进一步地，所述竖向阻尼结构包括竖向阻尼槽框、竖向阻尼板和阻尼介质，所述竖向阻尼槽框固定在所述连接底板上，所述竖向阻尼板一端固定在所述质量块的底部，另一端设置在所述竖向阻尼槽框内，所述阻尼介质充填在所述竖向阻尼槽框内部，当质量块发生竖向振动时，带动竖向阻尼板在竖向阻尼槽框内竖向运动，剪切阻尼介质产生阻尼力。
具体地，所述导向杆为四个，分别设置在靠近所述质量块的四个端点的位置。
进一步地，所述水平滑动结构包括并排设置的直线导轨和与所述直线导轨配合的滑块，所述直线导轨并排固定在所述水平槽框的内部，所述滑块固定在所述连接底板的底部，滑块可以沿着直线导轨进行水平运动，从而带动所述竖直阻尼装置在直线导轨上做水平运动。
具体地，在所述直线导轨的两端设置阻挡结构，防止所述滑块滑出所述直线导轨。
具体地，所述滑块设置四个，分别固定在所述连接底板的四个端点。
进一步地，所述水平阻尼结构包括水平阻尼槽框、水平阻尼板和阻尼介质；所述水平阻尼槽框设置在并排设置的直线导轨中间，所述水平阻尼板一端固定在所述连接底板的底部，另一端设置在所述水平阻尼槽框内，所述阻尼介质充填在所述水平阻尼槽框内部，当连接底板发生水平振动时，带动水平阻尼板在水平阻尼槽框内水平运动，剪切阻尼介质产生阻尼力。
具体地，所述水平阻尼板固定在所述连接底板的中部。
具体地，所述水平弹性件四个，两两对称设置在所述连接底板的两端。
具体地，所述竖直弹性件和水平弹性件为金属弹簧或电磁材料。
具体地，所述阻尼介质为硅油。
进一步地，所述导向杆与直线轴承可选用标准机械配件，必须保证其运动顺畅，摩擦力小。
进一步地，所述滑块和导轨可选用直线导轨等标准机械配件，必须保证其运动顺畅，摩擦力小。
采用上述技术方案，本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器具有如下有益效果：
1.本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，通过直线导轨和滑块的设置，使得竖直阻尼装置在水平阻尼装置上能够水平运动，同时不影响水平阻尼装置的工作。
2.本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其中导向杆、直线轴承、滑块和直线导轨均使用标准机械配件，使得调谐质量阻尼器工作时摩擦更小，减震效果更好。
3.本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，结构连接简单，便于安装、维修和更换控制单元，可以更好的降低工程建设投资。
4.本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，通过单个调谐质量阻尼器集成解决了水平和竖向两个方向的振动，结构简单，节约了建筑空间，并大大提高了结构的安全性和舒适性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它附图。
图1本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器的主视图；
图2本发明所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器的俯视图；
图3是图1中A-A的剖视图。
图中附图标记：1-竖直阻尼装置，2-水平阻尼装置，11-连接底板，12-质量块，13-导向杆，14-竖向弹性件，15竖向阻尼结构，121-直线轴承，151竖向阻尼槽框，152-竖向阻尼板，21-水平槽框，22-水平弹性件，23-水平滑动结构，24-水平阻尼结构，231-直线导轨，232滑块，241-水平阻尼槽框，242-水平阻尼板。
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的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。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
实施例1
如图1和图2所示，本实施例提供了一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，包括竖直阻尼装置1和水平阻尼装置2，具体地，所述竖直阻尼装置1设置在水平阻尼装置2的上方。具体的结构构件是，所述竖直阻尼装置1包括连接底板11、质量块12、至少两个导向杆13、至少两个竖向弹性件14和竖向阻尼结构15；所述质量块12设置在所述连接底板11的上方，所述竖向阻尼结构15设置在连接底板11和质量块12之间，并固定在所述质量块12的中部，所述导向杆13的固定端固定在连接底板11上，活动端穿插在所述质量块12上，所述竖向弹性件14的两端分别固定在连接底板11和质量块12上，并且所述竖向弹性件14的轴向与所述导向杆13重合，在外界激励下，竖向弹性件14带动质量块12在导向杆13上上下振动。所述水平阻尼装置2包括水平槽框21、至少两个水平弹性件22、水平滑动结构23和水平阻尼结构24；所述水平弹性件22设置在所述水平槽框21和连接底板11之间，在外界激励下，水平弹性件22带动连接底板11水平振动。所述水平滑动结构23设置在所述水平槽框21内部，所述水平阻尼结构24设置在所述水平槽框21内部，并固定在所述连接底板11的底部。
在一些实施例中，所述质量块12顶部设置直线轴承121，并且所述导向杆13穿插所述直线轴承121，所述直线轴承121能够沿着所述导向杆13上下运动。
在一些实施例中，如图3所示，所述竖向阻尼结构15包括竖向阻尼槽框151、竖向阻尼板152和阻尼介质，所述竖向阻尼槽框151固定在所述连接底板152上，所述竖向阻尼板152一端固定在所述质量块12的底部，另一端设置在所述竖向阻尼槽框151内，所述阻尼介质充填在所述竖向阻尼槽框151内部，当质量块12发生竖向振动时，带动竖向阻尼板152在竖向阻尼槽框151内竖向运动，剪切阻尼介质产生阻尼力。
在一些实施例中，所述水平滑动结构23包括并排设置的直线导轨231和与所述直线导轨配合的滑块232，所述直线导轨231并排固定在所述水平槽框21的内部，所述滑块232固定在所述连接底板11的底部，滑块232可以沿着直线导轨231进行水平运动，从而带动所述竖直阻尼装置1在直线导轨231上做水平运动。
在一些实施例中，在所述直线导轨231的两端设置阻挡结构，防止所述滑块232滑出所述直线导轨231，其中具体地，所述滑块232设置四个，分别固定在所述连接底板11的四个端点，这样的设置能够保证所述竖直阻尼装置1的稳定。
在一些实施例中，如图3所示，所述水平阻尼结构24包括水平阻尼槽框241、水平阻尼板242和阻尼介质；所述水平阻尼槽框241设置在并排设置的直线导轨231中间，所述水平阻尼板242一端固定在所述连接底板11的底部，另一端设置在所述水平阻尼槽框241内，所述阻尼介质充填在所述水平阻尼槽框241内部，当连接底板11发生水平振动时，带动水平阻尼板242在水平阻尼槽框内241水平运动，剪切阻尼介质产生阻尼力。
作为具体地，所述竖直弹性件14和水平弹性件22为金属弹簧或电磁材料。所述阻尼介质为硅油。
通过上述描述的的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，在不同的工作环境下有不同的工作状态：
1、当结构产生竖向振动时，振动通过连接底板等构件将振动传递给竖向弹性件和质量块，质量块在竖向弹性件带动下沿着导向杆进行竖向运动。与此同时，竖向阻尼板剪切阻尼介质产生阻尼力消耗结构能量，减小结构的竖向振动。
2、当结构产生水平振动时，所述导向杆和直线轴承约束质量块水平方向运动，此时连接底板、竖向阻尼槽框、竖向阻尼板、导向杆、直线轴承、质量块、竖向弹性件以及阻尼介质形成一个整体，作为水平振动质量体系，当水平振动通过底座等构件将振动传递给水平弹性件和水平振动质量体系，水平振动质量体系在水平弹性件带动下水平运动，与此同时，水平阻尼板竖向剪切阻尼介质产生阻尼力消耗结构能量，减小结构的水平振动。
3、当结构同时发生竖向振动和水平振动时，以上两种运动方式同时进行。
实施例2，为实施例1的优选实施例
如图1和图2所示，本实施例提供了一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，包括竖直阻尼装置1和水平阻尼装置2，具体地，所述竖直阻尼装置1设置在水平阻尼装置2的上方。具体的结构构件是，所述竖直阻尼装置1包括连接底板11、质量块12、至少两个导向杆13、至少两个竖向弹性件14和竖向阻尼结构15；所述质量块12设置在所述连接底板11的上方，所述竖向阻尼结构15设置在连接底板11和质量块12之间，并固定在所述质量块12的中部，所述导向杆13的固定端固定在连接底板11上，活动端穿插在所述质量块12上，所述竖向弹性件14的两端分别固定在连接底板11和质量块12上，并且所述竖向弹性件14的轴向与所述导向杆13重合，在外界激励下，竖向弹性件14带动质量块12在导向杆13上上下振动。所述水平阻尼装置2包括水平槽框21、至少两个水平弹性件22、水平滑动结构23和水平阻尼结构24；所述水平弹性件22设置在所述水平槽框21和连接底板11之间，在外界激励下，水平弹性件22带动连接底板11水平振动。所述水平滑动结构23设置在所述水平槽框21内部，所述水平阻尼结构24设置在所述水平槽框21内部，并固定在所述连接底板11的底部。
在一些实施例中，所述质量块12顶部设置直线轴承121，并且所述导向杆13穿插所述直线轴承121，所述直线轴承121能够沿着所述导向杆13上下运动。
在一些实施例中，如图3所示，所述竖向阻尼结构15包括竖向阻尼槽框151、竖向阻尼板152和阻尼介质，所述竖向阻尼槽框151固定在所述连接底板152上，所述竖向阻尼板152一端固定在所述质量块12的底部，另一端设置在所述竖向阻尼槽框151内，所述阻尼介质充填在所述竖向阻尼槽框151内部，当质量块12发生竖向振动时，带动竖向阻尼板152在竖向阻尼槽框151内竖向运动，剪切阻尼介质产生阻尼力。作为优选地，所述导向杆13为四个，分别设置在靠近所述质量块12的四个端点的位置。
在一些实施例中，所述水平滑动结构23包括并排设置的直线导轨231和与所述直线导轨配合的滑块232，所述直线导轨231并排固定在所述水平槽框21的内部，所述滑块232固定在所述连接底板11的底部，滑块232可以沿着直线导轨231进行水平运动，从而带动所述竖直阻尼装置1在直线导轨231上做水平运动。
在一些实施例中，在所述直线导轨231的两端设置阻挡结构，防止所述滑块232滑出所述直线导轨231，其中具体地，所述滑块232设置四个，分别固定在所述连接底板11的四个端点，这样的设置能够保证所述竖直阻尼装置1的稳定。
在一些实施例中，如图3所示，所述水平阻尼结构24包括水平阻尼槽框241、水平阻尼板242和阻尼介质；所述水平阻尼槽框241设置在并排设置的直线导轨231中间，所述水平阻尼板242一端固定在所述连接底板11的底部，另一端设置在所述水平阻尼槽框241内，所述阻尼介质充填在所述水平阻尼槽框241内部，当连接底板11发生水平振动时，带动水平阻尼板242在水平阻尼槽框内241水平运动，剪切阻尼介质产生阻尼力。
作为优选地，所述水平弹性件22四个，两两对称设置在所述连接底板11的两端。
具体地，所述竖直弹性件14和水平弹性件22为金属弹簧或电磁材料。所述阻尼介质为硅油。
实施例2相对实施例1的优选之处在于：作为优选地，所述导向杆13为四个，分别设置在靠近所述质量块12的四个端点的位置，所述水平弹性件22四个，两两对称设置在所述连接底板11的两端。通过四个导向杆13的设置可以保证质量块12在连接底板11上的稳定，同理，四个水平弹性件22的设置也可以保证竖向阻尼装置1的稳定，同时也能增加水平阻尼的效果。
同时，实施例2和实施例1在不同的环境下工作模式也基本一样，因此采用实施例2提供的发明可以有以下有益效果：通过直线导轨和滑块的设置，使得竖直阻尼装置在水平阻尼装置上能够水平运动，同时不影响水平阻尼装置的工作；其中导向杆、直线轴承、滑块和直线导轨均使用标准机械配件，使得调谐质量阻尼器工作时摩擦更小，减震效果更好；本发明结构连接简单，便于安装、维修和更换控制单元，可以更好的降低工程建设投资；通过单个调谐质量阻尼器集成解决了水平和竖向两个方向的振动，结构简单，节约了建筑空间，并大大提高了结构的安全性和舒适性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，包括竖直阻尼装置(1)和水平阻尼装置(2)，所述竖直阻尼装置(1)设置在水平阻尼装置(2)的上方；
所述竖直阻尼装置(1)包括连接底板(11)、质量块(12)、至少两个导向杆(13)、至少两个竖向弹性件(14)和竖向阻尼结构(15)；所述质量块(12)设置在所述连接底板(11)的上方，所述竖向阻尼结构(15)设置在连接底板(11)和质量块(12)之间，并固定在所述质量块(12)的中部，所述导向杆(13)的固定端固定在连接底板(11)上，活动端穿设所述质量块(12)，所述竖向弹性件(14)的两端分别固定在连接底板(11)和质量块(12)上，并且所述竖向弹性件(14)的轴向与所述导向杆(13)重合；
所述水平阻尼装置(2)包括水平槽框(21)、至少两个水平弹性件(22)、水平滑动结构(23)和水平阻尼结构(24)；所述水平弹性件(22)设置在所述水平槽框(21)和连接底板(11)之间，所述水平滑动结构(23)设置在所述水平槽框(21)内部，所述水平阻尼结构(24)设置在所述水平槽框(21)内部，并固定在所述连接底板(11)的底部。
2.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述质量块(12)顶部设置直线轴承(121)，并且所述导向杆(13)穿插所述直线轴承(121)，所述直线轴承(121)能够沿着所述导向杆(13)上下运动。
3.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述竖向阻尼结构(15)包括竖向阻尼槽框(151)、竖向阻尼板(152)和阻尼介质，所述竖向阻尼槽框(151)固定在所述连接底板(11)上，所述竖向阻尼板(152)一端固定在所述质量块(12)的底部，另一端设置在所述竖向阻尼槽框(151)内，所述阻尼介质充填在所述竖向阻尼槽框(151)内部。
4.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述导向杆(13)为四个，分别设置在靠近所述质量块(12)的四个端点的位置。
5.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述水平滑动结构(23)包括并排设置的直线导轨(231)和与所述直线导轨配合的滑块(232)，所述直线导轨(231)并排固定在所述水平槽框(21)的内部，所述滑块(232)固定在所述连接底板(11)的底部。
6.根据权利要求5所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述滑块(232)设置四个，分别固定在所述连接底板(11)的四个端点。
7.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述水平阻尼结构(24)包括水平阻尼槽框(241)、水平阻尼板(242)和阻尼介质；所述水平阻尼槽框(241)设置在并排设置的直线导轨(231)中间，所述水平阻尼板(242)一端固定在所述连接底板(11)的底部，另一端设置在所述水平阻尼槽框(241)内，所述阻尼介质充填在所述水平阻尼槽框(241)内部。
8.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述水平弹性件(22)四个，两两对称设置在所述连接底板(11)的两端。
9.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述竖直弹性件(14)和水平弹性件(22)为金属弹簧或电磁材料。
10.根据权利要求1所述的一种竖向水平双功能调谐质量阻尼器，其特征在于，所述阻尼介质为硅油。
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