[发明专利]一种多维调谐质量阻尼器

说明书

本发明公开了一种多维调谐质量阻尼器，包括外部套筒、内部套筒、中心质量块单元、竖向弹簧单元、竖向阻尼器单元、水平向弹簧单元、水平向阻尼器单元；所述中心质量块单元通过水平向弹簧单元、水平向阻尼器单元及滚轮与内部套筒连接，所述内部套筒通过竖向弹簧单元、竖向阻尼器单元及滚轮与外部套筒连接，所述外部套筒与工程结构固定连接。本发明可实现结构的多维振动控制，适用于强风、车辆、地震等动力荷载作用下工程结构的减振控制。

技术领域

本发明涉及一种多维调谐质量阻尼器，可实现强风、车辆、地震等动力荷载作用下工程结构的多维减振控制。

背景技术

近年来，地震、强风等自然灾害在世界范围内日益频繁，其所造成的损失也极其巨大。例如，2011年3月11日日本东京发生9级地震，同时引发了强烈海啸与多次余震，造成日本全国15894人遇难，经济财产损失极其巨大；2016年，强台风尼伯特袭击我国福建省，近地风速最大可达60m/s，造成福建省45.2万人受灾，900余间房屋倒塌，1.1万间不同程度损坏，直接经济损失达9亿元。因此，建筑、桥梁等工程结构的抗风与抗震安全性成为了学术界与工程界密切关注的问题。对于大多数经过严密设计的工程结构而言，其在地震与强风荷载作用下通常不会发生直接破坏，但结构的大幅振动通常影响结构的舒适度、疲劳寿命等指标，因此结构振动控制已成为了当今土木工程领域的热点研究方向。同时，车辆荷载作用下的桥梁振动控制也是其中的研究热点。

在现代结构振动控制方式中，调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper，简称TMD)是国内外研究较早且较为有效的一种无能源被动控制措施，其原理在于：当主结构受激振动时，子结构(TMD的质量块)将产生一个与主结构振动方向相反的惯性力，使得主结构动力响应衰减而达到减振控制的目标。由于TMD构造简单、经济、减振效果明显，目前已被广泛应用于工程结构的振动控制中，如台北101大厦、上海中心大厦等高层建筑结构的风振控制。

在工程应用中，TMD只能用于控制单个方向某一阶频率的振动。因而当需要对结构多个方向的振动同时进行控制时，便需设置多个相互独立的TMD装置以控制结构不同方向的振动。然而，TMD在结构减振控制中的一个特点便是质量块的质量越大，其减振效果越好。因此，采用多个相互独立的TMD装置进行结构多维振动控制时，无疑给结构增加了较大的恒载，甚至会严重影响主体结构的静动力特性。为此，在不增加或少量增加TMD质量块质量的基础上，研发多维调谐质量阻尼器，对于强风、车辆、地震等动力荷载作用下工程结构的减振控制具有重要意义及价值。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多维调谐质量阻尼器，可对强风、车辆、地震等动力荷载作用下工程结构的多维振动响应进行有效控制。

技术方案：为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种多维调谐质量阻尼器，包括外部套筒、内部套筒、中心质量块单元、竖向弹簧单元、竖向阻尼器单元、水平向弹簧单元、水平向阻尼器单元；所述中心质量块单元通过水平向弹簧单元、水平向阻尼器单元及滚轮与内部套筒连接，所述内部套筒通过竖向弹簧单元、竖向阻尼器单元及滚轮与外部套筒连接，所述外部套筒与工程结构固定连接。

进一步的，所述中心质量块单元中心设置有球形空洞，通过在球形空洞中填充不同密度的材料改变中心质量块单元的质量，以适应水平、竖向TMD对质量块质量的设计要求。

进一步的，所述中心质量块单元置于内部套筒内，并与水平向弹簧单元、水平向阻尼器单元形成水平向TMD减振系统。

进一步的，所述中心质量块单元水平方向一侧通过至少一个水平向弹簧单元与内部套筒的内壁一侧连接，所述中心质量块单元水平方向另一侧通过至少一个水平向阻尼器单元与内部套筒的内壁另一侧连接，所述水平向弹簧单元与水平向阻尼器单元成对对称布置，且所述中心质量块单元的上、下表面通过滚轮分别与内部套筒的内壁上、下壁面贴合设置；所述中心质量块单元位于内部套筒正中心。