[发明专利]自适应变频调谐质量阻尼减振装置及其自适应变频方法

说明书

技术领域

本发明涉及一般建筑物构造领域，具体地说是一种用于能对高层或高耸建筑的振动进行控制的自适应变频调谐质量阻尼减振装置以及一种自适应变频方法。

背景技术

近年来，随着技术的进步，建筑物中大量使用高强、轻质建材，并且随着其高度越来越高，建筑物的结构阻尼不断降低，在诸如强风、地震等动载荷作用下，高层或高耸建筑会产生较为强烈的振动，不仅会让使用者感到不适，并引起心里恐慌，同时过大的振动还会导致建筑结构的失效和破坏，为此人们提出了机构振动控制方法。结构振动控制可分为被动控制、主动控制和混合控制三种。主动控制是在有外加能量供给情况下，控制力是控制装置按某种控制规律，利用外加能量主动施加的；被动控制是指在无外加能量供给情况下，控制力是在控制装置随结构一起振动或变形时，引起装置自身的运动或变形而被动产生的；混合控制是在结构上同时应用被动控制和主动控制，或者是同时应用不止一种方式的主、被动控制装置。

结构的被动控制不需要能量，原理和装置都比较简单，实现起来比较容易，适用性、可靠性较好，因此在土木工程中应用较多。调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是被动控制中常用的一种设备，其由弹性构件、阻尼装置和质量块组成，一般支撑或悬挂在被控工程结构上，用于减小被控工程结构在某一频率下的振动幅度。其控制机理是：当结构在外激励作用下产生振动时，带动TMD系统一起振动，TMD系统相对运动产生的惯性力反作用到被控结构上，使其对被控结构的振动产生抑制作用，从而达到减小工程结构振动的目的，并且只有当TMD的固有频率被调频到与被控结构自振频率相同或相近时，才会产生较好的减振效果。实际工程结构常常有多个振动频率，而单个TMD系统因其频率的单一性，只能对被控工程结构某一个频率的振动进行比较好的控制，对其它频率的振动没有抑制效果。为此，人们又提出了采用多个TMD来达到在多个频率下有减振效果的多重调谐质量阻尼器，简称MTMD，或采用传感控制系统改变调谐质量阻尼器工作频率的半主动调谐质量阻尼器，简称SATMD的方法。MTMD系统虽然提高了响应频点的个数，然而其中每个TMD的响应带宽并没有实质性的变化，某一工作频率下，MTMD的多个子系统只有部分起减振作用，个别子系统可能不起作用，甚至起相反作用，并且MTMD中的每个子系统为独立的TMD，造价昂贵，结构复杂，重量和体积都比较大，不适合工程实际应用的需要。SATMD结构复杂，需外部能量支持，在许多场合难以应用。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的调谐质量阻尼器无法同时满足对被控结构多个频率的振动进行控制、结构简单且不需要外部能量支持的缺陷，提出了一种自适应变频调谐质量阻尼减振装置和自适应变频方法，实现了在多个频率对被控结构的振动进行较好地控制，结构简单，制作方便，工作时不需要外部能量，成本低。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种自适应变频调谐质量阻尼减振装置，包括调谐质量阻尼器，该调谐质量阻尼器包括质量块、阻尼器和第一弹性构件，其中，所述的自适应变频调谐质量阻尼减振装置还包括具有特定固有频率的小弹簧质量系统，该系统由第二弹性构件和小质量块组成，小弹簧质量系统通过变刚度驱动系统与调谐质量阻尼器连接，各变刚度驱动系统之间通过并联或串联方式连接。

本发明中，所述的第一弹性构件和第二弹性构件可以为弹性杆，也可以为弹簧。

所述的小弹簧质量系统可以由附加弹簧和小质量块组成，其中附加弹簧的一端固定，另一端与小质量块连接，小质量块与变刚度驱动系统连接；也可以采用附加弹性杆和小质量块，其中附加弹性杆的一端固定，另一端设有小质量块，小质量块与变刚度驱动系统连接。

所述的变刚度驱动系统可以采用气压驱动系统和液压缸，液压缸活塞两侧腔室分别通过液压管路与储油罐连接，液压管路上设有气动液压阀，气压驱动系统包括气泵和储气罐，气泵的驱动装置与所述的小弹簧质量系统连接，储气罐的进气口与气泵连通，出气口与液压缸管路上的气动液压阀连接。液压缸活塞杆的端部可以设有固结设备，固结于调谐质量阻尼器中的弹性杆外表面，或者将液压缸固定在距离可调整的两隔板之间，液压缸与连接两隔板的弹簧并联。当小弹簧质量系统的固有频率与被控结构的工作频率相同时，小弹簧质量系统的小质量块发生共振，振动产生的能量使气泵动作，产生压缩气体，当压缩气体的压力达到一定值后，液压管路上的气动液压阀阀门状态改变，液压缸中活塞杆的动作情况发生变化，从而改变调谐质量阻尼器的固有频率。所述的气泵或储气罐上设有排气阀，用于气动液压阀阀门的复位。