带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器

1.本实用新型属于阻尼器技术领域，具体涉及一种带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器。


背景技术：

2.大跨度地下轨道结构、体育馆、学校、体育场馆、超高层建筑等结构在振动荷载、地震荷载和人致荷载，及其他形式冲击荷载作用下结构会产生的振动，严重影响结构的正常使用甚至导致结构失效，由此造成巨大的生命财产损失，由此产生的抗震、抗冲击问题以及车辆和人致荷载作用问题越来越成为目前的研究热点。
3.调谐质量阻尼器(tuned mass damper，简称tmd)系统，是通过在主结构顶部增加质量块，并且通过弹簧和阻尼器对质量块进行刚度和阻尼调谐，当主结构产生振动时使之产生反作用于主结构振动方向的作用力，从而达到调谐减震的效果。
4.调谐质量阻尼器在结构中进行了大量的运用，主要针对人致荷载作用下的低频振动问题，随着我国越来越多的大跨度结构的建设，技术水平的进步，对结构的振动控制提出了越来越高的要求。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，解决现有技术中建筑结构在振动荷载、地震荷载和人致荷载，及其他形式冲击荷载作用下结构会产生的振动，严重影响结构的正常使用甚至导致结构失效的技术问题。
6.为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：
7.带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，包括弹簧底座、顶部连接板、多根摩擦耗能杆、弹簧、多根第一轴杆、多根第二轴杆、和多个质量块。
8.所述第一轴杆和第二轴杆竖直设置，且其上端均与顶部连接板连接，第二轴杆的下端与弹簧底座连接，所述第一轴杆下端低于弹簧底座；每根第二轴杆上套设有弹簧，质量块上开设有第一通孔，所有质量块叠加后通过第一通孔活动式套设在第二轴杆，且质量块压在弹簧上。
9.所述质量块上开设有第二通孔，所有质量块叠加后通过第二通孔滑动式套设在摩擦耗能杆上，且摩擦耗能杆外表面与第二通孔的内壁相接触；每个摩擦耗能杆的下端固连一个限位板，限位板上开设有第三通过，每个限位板通过第三通过滑动式套设在与之对应的第一轴杆上。
10.建筑等结构在振动荷载、地震荷载和人致荷载，及其他形式冲击荷载作用下结构产生的振动，此时质量块沿第二轴杆和摩擦耗能杆上下移动，并压缩弹簧，起到减振效果。且质量块沿第二轴杆和摩擦耗能杆之间发生相对运动，产生摩擦，提供摩擦耗能。质量块、弹簧、摩擦耗能部件分别提供质量、刚度、阻尼并作用在结构上对结构进行质量调谐以达到减震控制。
11.利用摩擦机制进行耗能减震适用性强，滞回效果明显，速度相关性、位移相关性小，性能稳定，循环耐久性良好，微小位移下也能产生阻尼，而调谐质量阻尼器对结构进行减震设计可大幅度降低主结构成本，提高舒适性和安全性。
12.通过设置限位板，且将其滑动式套设在与之对应的第一轴杆，可对质量快的滑动情况进行调节，以便进行顺利滑动并尽量避免水平运动的产生以免影响减震效果。
13.进一步优化，所述质量块被分为两组，上、下两组质量块之间也设置有弹簧。通过设置两组弹簧，大大提高减振效果。
14.进一步优化，所述第一轴杆、第二轴杆和摩擦耗能杆的数量均为四个，顶部连接板为圆形，第一轴杆沿顶部连接板的周向均匀分布。
15.进一步优化，所述顶部连接板上设置有多个连接柱，调谐质量阻尼器通过连接柱与主结构连接，连接柱的数量以及位置根据实际情况设置，保证可靠性、安全性与稳定性。
16.进一步优化，所述摩擦耗能杆的上端设置有限位块，防止摩擦耗能杆从质量快上脱落。
17.有益效果：
18.1、本实用新型所述带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器可实现结构在振动荷载、地震荷载、车辆和人致荷载以及其他形式冲击荷载等方面的减震控制，并可用于大跨度轨道结构、大跨度桥梁、体育馆、学校、人行天桥、体育场馆、超高层建筑等结构，建筑结构在振动荷载、地震荷载和人致荷载，及其他形式冲击荷载作用下结构产生的振动时，此时质量块沿第二轴杆和摩擦耗能杆上下移动，并压缩弹簧，起到减振效果。且质量块沿第二轴杆和摩擦耗能杆之间发生相对运动，产生摩擦，提供摩擦耗能。质量块、弹簧、摩擦耗能部件分别提供质量、刚度、阻尼并作用在结构上对结构进行质量调谐以达到减震控制。
19.2、对结构进行减震设计可大幅度降低主结构成本，提高舒适性和安全性，并具有制作成本低、安装更换方便、参数易控等益处。
20.3、通过设置限位板，且将其滑动式套设在与之对应的第一轴杆，可对质量快的滑动情况进行调节，以便进行顺利滑动并尽量避免水平运动的产生以免影响减震效果。
附图说明
21.图1为本实用新型所述带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器的结构图；
22.图2为图1的俯视图；
23.图3本实用新型所述带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器的安装位置示意图；
24.图4为不设置阻尼器、普通带有摩擦阻尼调谐质量阻尼器结构，以及带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器结构的加速度时程对比图；
25.图5为不设置阻尼器、普通带有摩擦阻尼的调谐质量阻尼器结构和带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器结构的频率响应对比图。
具体实施方式
26.下面给出实用新型的具体实施方法，并结合附图对本实用新型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实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
27.如图1、2所示，带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，包括弹簧底座1、顶部连接板2、四根摩擦耗能杆3、弹簧5、四根第一轴杆7、四根第二轴杆6、和多个质量块10。所述第一轴杆7和第二轴杆6竖直设置，且其上端均与顶部连接板2连接，第二轴杆6的下端与弹簧底座1连接，所述第一轴杆7下端低于弹簧底座1。
28.在本实施例中，所有质量块10被上、下分为两组，每根第二轴杆6上套设有两个弹簧5，其中一个弹簧位于上、下两组质量块10之间，另一个弹簧5设置在下面一组质量块和弹簧底座1之间，弹簧被压缩。通过设置两组弹簧，大大提高减振效果。质量块10上开设有与第二轴杆数量相同的第一通孔，质量块10叠加后通过第一通孔活动式套设在对应的第二轴杆6。
29.在其他实施例中，质量块可以不被分为两组，弹簧只设置在质量块和弹簧底座1之间。或者，质量块10被分为多组，相邻两组组质量块10之间设置有弹簧。根据具体情况而定。
30.所述质量块10上开设有与摩擦耗能杆数量相同的第二通孔，所有质量块10叠加后通过第二通孔滑动式套设在对应的摩擦耗能杆3上，且摩擦耗能杆3外表面与第二通孔的内壁相接触；每个摩擦耗能杆3的下端固连一个限位板4，限位板4上开设有第三通过，每个限位板4通过第三通过滑动式套设在与之对应的第一轴杆7上。
31.建筑等结构在振动荷载、地震荷载和人致荷载，及其他形式冲击荷载作用下结构产生的振动，此时质量块沿第二轴杆6和摩擦耗能杆3上下移动，并压缩弹簧，起到减振效果。且质量块沿第二轴杆6和摩擦耗能杆之间发生相对运动，产生摩擦，提供摩擦耗能。质量块、弹簧、摩擦耗能部件分别提供质量、刚度、阻尼并作用在结构上对结构进行质量调谐以达到减震控制。
32.利用摩擦机制进行耗能减震适用性强，滞回效果明显，速度相关性、位移相关性小，性能稳定，循环耐久性良好，不需后期维护，微小位移下也能产生阻尼，结构简单，成本低等益处，而调谐质量阻尼器对结构进行减震设计可大幅度降低主结构成本，提高舒适性和安全性。
33.通过设置限位板4，且将其滑动式套设在与之对应的第一轴杆7，可对质量快10的滑动情况进行调节，以便进行顺利滑动并尽量避免水平运动的产生以免影响减震效果。
34.在本实施例中，所述质量块10被分为两组，上、下两组质量块10之间也设置有弹簧5。通过设置两组弹簧，大大提高减振效果。
35.在本实施例中，所述第一轴杆7、第二轴杆6和摩擦耗能杆3的数量均为四个，顶部连接板2为圆形，如图2所示，第一轴杆7沿顶部连接板2的周向均匀分布。所述质量块10为圆形钢板叠加而成。
36.在本实施例中，所述顶部连接板2上设置有多个连接柱8，调谐质量阻尼器通过连接柱8与主结构连接，整个阻尼器处于悬挂状态。连接柱的数量以及位置根据实际情况设置，保证可靠性、安全性与稳定性。
37.在本实施例中，所述摩擦耗能杆3的上端设置有限位块，防止摩擦耗能杆3从质量快上脱落。
38.建筑主体上设置阻尼器的数量，以及设置位置根据具体情况而定。如图3所示，共有5个安装位置，需要安装5个本技术中所述的带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器。
39.通过有限元软件进行了加速度时程分析和频率响应分析，参见图4和图5所示，模型一为原始结构，模型二为普通带有摩擦阻尼的调谐质量阻尼器结构，模型三为本技术中带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器结构，同普通带有摩擦阻尼的调谐质量阻尼器相比，串联式调谐质量阻尼器能将地震效应降低约10.3％，同原始结构相比，将地震效应降低约74.6％，显著提高了主结构的抗震性能。
40.凡在本实用新型的精神和原则下进行的任何改进和替换，均在本实用新型的保护范围之内。

技术特征：
1.带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，其特征在于：包括弹簧底座(1)、顶部连接板(2)、多根摩擦耗能杆(3)、弹簧(5)、多根第一轴杆(7)、多根第二轴杆(6)和多个质量块(10)；所述第一轴杆(7)和第二轴杆(6)竖直设置，且其上端均与顶部连接板(2)连接，第二轴杆(6)的下端与弹簧底座(1)连接，所述第一轴杆(7)下端低于弹簧底座(1)；每根第二轴杆(6)上套设有弹簧(5)，质量块(10)上开设有第一通孔，所有质量块(10)叠加后通过第一通孔活动式套设在第二轴杆(6)，且质量块(10)压在弹簧上；所述质量块(10)上开设有第二通孔，所有质量块(10)叠加后通过第二通孔滑动式套设在摩擦耗能杆(3)上，且摩擦耗能杆(3)外表面与第二通孔的内壁相接触；每个摩擦耗能杆(3)的下端固连一个限位板(4)，限位板(4)上开设有第三通过，每个限位板(4)通过第三通过滑动式套设在与之对应的第一轴杆(7)上。2.根据权利要求1所述的带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，其特征在于：所述质量块(10)被分为上、下两组，上、下两组质量块(10)之间也设置有弹簧(5)。3.根据权利要求1所述的带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，其特征在于：所述第一轴杆(7)、第二轴杆(6)和摩擦耗能杆(3)的数量均为四个，顶部连接板(2)为圆形，第一轴杆(7)沿顶部连接板(2)的周向均匀分布。4.根据权利要求1所述的带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，其特征在于：所述顶部连接板(2)上设置有多个连接柱(8)，调谐质量阻尼器通过连接柱(8)与主结构连接。5.根据权利要求1所述的带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，其特征在于：所述摩擦耗能杆(3)的上端设置有限位块。

技术总结
本实用新型公开了一种带有摩擦阻尼的串联式调谐质量阻尼器，包括弹簧底座、顶部连接板、多根摩擦耗能杆、弹簧、多根第一轴杆、多根第二轴杆和多个质量块；第一轴杆和第二轴杆竖直设置，其上端均与顶部连接板连接，第二轴杆下端与弹簧底座连接，所有质量块叠加后通过第一通孔活动式套设在第二轴杆，且质量块压在弹簧上。所有质量块叠加后通过第二通孔滑动式套设在摩擦耗能杆上。建筑结构在振动荷载、地震荷载和人致荷载，及其他形式冲击荷载作用下结构产生的振动，此时质量块沿第二轴杆和摩擦耗能杆上下移动，并压缩弹簧，起到减振效果。质量块、弹簧、摩擦耗能部件分别提供质量、刚度、阻尼并作用在结构上对结构进行质量调谐以达到减震控制。减震控制。减震控制。


技术研发人员：朱淳 胡南翔 徐佳俊 陆一品 孙少锐 吴爽爽 董梦龙 崔圣华 唐世斌 刘洪亮
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：2022.11.28
技术公布日：2023/7/20