[实用新型]一种多级混合型耗能减振装置

说明书

技术领域

本实用新型涉及结构工程振动控制领域，尤其涉及一种减小高耸结构地震、风荷载作用下振动响应，具体地说是一种多级混合型耗能减振装置。

背景技术

近年来，随着国民经济的发展和城镇化的推进，基础设施建设过程中对各种高耸结构（风力发电机、输电塔-线体系、通讯铁塔、烟囱等）的需求日益增加。然而这种结构高、柔性强、阻尼小、结构轻等特征，对地震荷载、风荷载等动力荷载作用下非常敏感，振动十分明显，一旦失效或破坏将会对社会造成巨大的经济损失。强烈的振动往往使得结构无法维持正常使用；长期在交变应力作用下，容易使得结构形成疲劳裂纹，影响使用寿命。因此减小高耸结构动荷载作用下的振动响应，确保高耸结构的可靠运行具有十分重要的意义。

简单来说，结构振动控制就是通过采取一定的控制措施以减轻或抑制结构由于动荷载引起的反应。对于工程中的振动问题，传统的方法即利用构件的承载能力和变形来消耗地震或风的能量是不合理的，是一种资源的浪费，目前国内外学者关于结构的振动控制技术开展了大量的研究，取得了丰硕的成果，实际工程中取得了较大的经济效益。现阶段，人们已经彻底将土木工程结构的振动控制理念加入到防震减灾的研究领域当中，不同的控制系统有不同的控制方法，侧重点也有所不同。振动控制主要分为被动控制、主动控制、混合控制、智能控制四个部分。被动控制构造复杂、造价较高，占据空间大，而且安装完成后质量块的配置和弹簧的刚度不便调节，主动控制效果显著，但需要外部能量且控制器设置技术较高，应用起来困难。混合控制具有主动与被动控制的优点，振动控制效果显著。智能控制采用智能化的控制系统，根据环境主动调节内部参数，改变减振装置特性从而迅速减小振动。

地震或风荷载作用时方向具有随机性，且高耸结构动荷载作用时的敏感性，需要针对高耸结构进行多方向的振动控制，同时强震或强风作用下需要能量能够以多种方式快速耗散，进而快速有效地减小高耸结构的振动。根据TLMD、记忆合金、弹簧摆、电涡流等优点，提出了一种多级混合型耗能减振装置，该装置能够根据结构振动的强烈实现不同方式的振动控制，同时能量能够通过电涡流，水体的晃动，弹簧摆的碰撞达到能量的耗散，从而快速有效地减小高耸结构的振动。

实用新型内容

针对实际工程中高耸结构的振动问题，提出一种多级混合型耗能减振装置，该装置构造简单、减振效果明显、适用范围广泛、对环境变化适应力高，能够快速有效地减小高耸结构的振动。

为实现上述目的，本实用新型技术方案如下：

多级混合型耗能减振装置，包括质量块、摆箱和外箱体；所述的质量块通过竖直设置的弹簧安装在外箱体的上方与外箱体相连，所述的摆箱通过连接装置固定在质量块底部，摆箱与外箱体之间通过水平设置的弹簧连接；在所述的摆箱内悬挂一个弹簧，所述的弹簧底部连接一个金属摆球，在摆箱的顶部和底部固定有磁极相反的永久强磁铁块，所述的金属摆球能够在空间摆动时切割磁感线，进而在金属摆球内部形成电涡流，感应电涡流也会形成一个电磁场来阻碍摆球的相对运动；从而将机械能转化为电能耗散掉；在所述的外箱体内部装有水，形成TLD装置；所述TLD装置能够在外力作用下发生晃动，产生与结构相反的惯性力，同时水能够与摆箱、外箱体的碰撞耗散结构振动的能量，实现多级有效地耗能减振。

进一步的，所述的弹簧为镍钛形状记忆合金弹簧，该弹簧自恢复能力强，阻尼大，能够在振动结束后恢复原来的状态，同时提供阻尼力，达到了耗能的目的。

进一步的，所述摆球为电导率较高的紫铜球，摆动时磁场中切割磁感线所产生的涡流大，能够快速将结构振动时的机械能转化为电能，达到快速耗能的目的。

进一步的，所述质量块上竖直的开有相对较大的矩形通孔，能够实现质量块水平移动时而不阻碍质量块的竖向的振动，从而实现空间多维减振的目的。

进一步的，所述的矩形通孔内设置有一个限位杆，所述限位杆的底部固定在外箱体上；竖直设置的弹簧套装在限位杆上。

进一步的，所述TLD装置外箱体为不锈钢容器，做好防腐处理，同时液面的高度与容器的尺寸根据结构的主频率选取，当该装置的振动频率与结构的主频率达到一致时减振效果最佳。

进一步的，弹簧摆摆球的重量，弹簧的长度与刚度，根据结构的主频率计算得到，当振动时弹簧摆与结构共振时，减振效果最佳，同时摆球表面粘贴黏弹性材料，能够在摆球与摆箱碰撞时达倒吸收能量的目的。

进一步的，质量块、摆箱、弹簧摆的总质量，记忆合金弹簧的刚度与长度根据结构主频率选取，当振动时与结构达到共振时减振效果最佳。