[发明专利]一种空间网架结构分布式内置杆式调谐质量阻尼器

说明书

技术领域

本发明涉及建筑工程抗震和抗风技术领域，具体涉及一种空间网架结构分布式内置杆式调谐质量阻尼器。

背景技术

近年来，调谐质量阻尼器减振技术由于其结构形式简单、减振效果显著、减振耗能机理明确、不需要施加外部能量、易于实现等优点而得到广泛应用。空间网架结构由于其跨度大，竖向刚度较小，及容易受到风或地震作用影响，其三维空间特性显著，并且动力响应振型密集。

然而，目前常见的调谐质量阻尼器多置于建筑结构顶部或者底部，质量和体积较大，并且作用范围集中，只控制少数前几个振型，有效带宽较窄，对于大跨空间结构振动控制效果不明显。传统的调谐质量阻尼器都借助外部结构作为质量块，占用主结构内部空间，并且可能导致主结构局部自重差别较大，杆件和节点受力不均。空间网架结构杆件内部空间可以作为阻尼器腔体结构，充分利用空间，降低阻尼器造价。因此，采用空间网架结构分布式内置杆式调谐质量阻尼器的形式，对结构振动进行控制，这对于实际工程的减振控制具有重大的意义。

发明内容

为了解决传统调谐质量阻尼器不适用于大跨空间网架结构振动控制中的问题，本发明的目的在于提出一种空间网架结构分布式内置杆式调谐质量阻尼器，在空间网架结构的杆件中设置阻尼系统，来传递和耗散能量。本阻尼器构造简单，易于实施，减振性能好。在风或地震作用下，大跨空间网架结构会产生振型密集的动力响应。各个阻尼器分布在不同的杆件中，不同的阻尼器调整成为不同的固有频率，在结构振动时，结构的动能通过弹簧传递给质量块，从而减小结构本身的动能，并通过粘滞阻尼器来耗能，由此达到对结构不同的振型进行减振的目的。

本发明的技术方案：

一种空间网架结构分布式内置杆式调谐质量阻尼器，包括阻尼器腔体单元、质量块、连接弹簧、粘滞阻尼器、导向杆和滑动滚珠；所述的内置杆式调谐质量阻尼器分布于空间网架结构中；

所述的阻尼器腔体单元为中空杆件；导向杆轴向固定于阻尼器腔体单元中，质量块穿过导向杆，并沿导向杆滑动，质量块通过连接弹簧、粘滞阻尼器轴向固定在阻尼器腔体单元内壁，质量块、连接弹簧、粘滞阻尼器共同构成一套碰撞系统；质量块与导向杆的连接处设有滑动滚珠，滑动滚珠沿导向杆滑动，用于减小摩擦。

所述的质量块为实心铁块。

所述的滑动滚珠为不锈钢材质，表面涂有润滑材料。

所述的空间网架结构中所有质量块的总质量为空间网架结构总体质量的1％-3％，单个质量块的质量根据空间网架结构中阻尼器的个数确定；所述的连接弹簧的刚度k_i通过公式来计算，其中，f_i为第i个阻尼器的频率，即为所需要控制的空间网架结构的模态频率，m_i为第i个阻尼器中质量块的质量。

所述的阻尼器腔体单元的长度和直径由空间网架结构的杆件参数决定。所述的阻尼器的频率f_i根据空间网架结构的模态分析来确定，通过模态分析得到各个振型的振型质量参与系数，控制振型即为振型质量参与系数较大的前几阶振型，控制振型的累计质量参与系数之和应大于或等于90％，阻尼器的频率即为控制振型的频率。

工作原理：在风或地震作用下，大跨空间网架结构会产生振型密集的动力响应。各个阻尼器分布在不同的杆件中，不同的阻尼器调整成为不同的固有频率，在结构振动时，结构的动能通过弹簧传递给质量块，从而减小结构本身的动能；通过粘滞阻尼器可以耗散能量由此达到对结构不同的振型进行减振。

本发明的有益效果：

1.应用对象明确，适用于振型密集，空间特性显著的空间网架结构地震或风致振动控制中。

2.构造简单，充分利用大跨空间结构的杆件中空的特点，将单个大质量块分割成若干个小质量块，根据一定的规律分布在不同的杆件中，节省空间和造价，便于工程制作、安装及使用，更易于在工程建设中进行推广。

3.能够针对主结构的模态贡献大的振型进行减振，减振频带宽，效果理想。

4.耗能机制简单，弹簧传递动能给质量块，粘滞阻尼器耗散振动能量，主体结构动力响应降低。

附图说明

图1为本发明空间网架结构内置杆式调谐质量阻尼器俯视图。

图2为本发明质量块沿杆轴向剖面图。

图3为本发明质量块横截面剖面图。

图4为本发明在空间网架中的布置示例俯视图。

图5为本发明在空间网架中的布置示例剖面图。

图中：1阻尼器腔体单元；2质量块；3连接弹簧；4粘滞阻尼器；5导向杆；6滑动滚珠。