一種雙向TMD控制裝置的制作方法

本實(shí)用新型涉及土木工程技術(shù)，具體涉及減振控制技術(shù)。

背景技術(shù)：

在土木工程工程的發(fā)展，高強(qiáng)材料開(kāi)始在建筑、橋梁等得到了大量的應(yīng)用，大跨度的樓板、樓梯也日益增多。這種材料建筑、橋梁質(zhì)量更輕?？缍雀?，固有頻率也更小，與行人行走的步頻更加接近，這樣容易引起結(jié)構(gòu)的共振，產(chǎn)生較大的響應(yīng)，重則振動(dòng)導(dǎo)致樓房、橋梁等建(構(gòu))筑物倒塌破壞。為了減少事故的發(fā)生和生命財(cái)產(chǎn)損失，通常對(duì)此種大跨度結(jié)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)控制，先主要是進(jìn)行被動(dòng)控制，即欲增加結(jié)構(gòu)阻尼需采取吸能減振裝置。

傳統(tǒng)的振動(dòng)控制主要采用阻尼、隔振和吸振的方法實(shí)施振動(dòng)控制，降低結(jié)構(gòu)振動(dòng)。豎向減振用TMD的阻尼形式主要為液體粘滯阻尼器(如專(zhuān)利號(hào)為201010137516.2公開(kāi)的“一種懸吊式的調(diào)頻質(zhì)量阻尼器”)。但粘滯阻尼器存在漏油、不易養(yǎng)護(hù),以及阻尼在后期均很難調(diào)節(jié)等問(wèn)題。選用粘彈性阻尼材料，其主要特征與溫度及頻率有關(guān)。頻率高到或溫度低到一定的程度時(shí)，它呈玻璃態(tài)，失去阻尼性質(zhì)；在低頻或高溫時(shí)，它呈橡膠態(tài)，阻尼也很??；只有在中頻和中等溫度時(shí)，阻尼最大。還有阻尼材料存在易老化等耐久性問(wèn)題。

隨著TMD的發(fā)展，也有研究者開(kāi)發(fā)了電渦流阻尼TMD(專(zhuān)利號(hào)為201510687582.X，名稱(chēng)為“一種用于天橋的裝配式電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器及制作方法”),但現(xiàn)有的電渦流阻尼器大多只能在一個(gè)方向進(jìn)行控制，在豎向和水平方向上沒(méi)有進(jìn)行同時(shí)減振設(shè)計(jì)，為此需要對(duì)雙向振動(dòng)控制電渦流阻尼器進(jìn)行設(shè)計(jì)。

以上研究者均沒(méi)有考慮上部結(jié)構(gòu)的阻尼。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的是提供一種雙向TMD控制裝置。

本實(shí)用新型是一種雙向TMD控制裝置，有一水平放置的底板17，第二鋼板2、第三鋼板3、第四鋼板4、第五鋼板5分別垂直安裝在底板17上，第一鋼板1平行于底板17，構(gòu)成一半密封的立方體，質(zhì)量塊6通過(guò)導(dǎo)桿8安裝在第六鋼板19上，能夠提供豎向的剛度和控制TMD在豎直方向運(yùn)動(dòng)的豎向彈簧7嵌套在導(dǎo)桿8上，第六鋼板19安裝在丁字形的基座10的上端部，基座10下部通過(guò)鋼珠11、鋼珠卡槽13嵌套在軌道組件12的軌道槽18中；銅板9的上端安裝在第一鋼板1的中間位置處，銅板9的下部延伸到質(zhì)量塊6上開(kāi)設(shè)的空槽中，在第二鋼板2上對(duì)應(yīng)質(zhì)量塊6的位置處安裝左銅板91,在第三鋼板3上對(duì)應(yīng)質(zhì)量塊6的位置處安裝右銅板9r,在質(zhì)量塊6內(nèi)部開(kāi)設(shè)的卡槽16中至少安裝有8塊永磁體15，永磁體15的長(zhǎng)度方向垂直于銅板9、左銅板9l、右銅板9r所在的平面，至少有2個(gè)能夠提供水平向的剛度和控制TMD在水平方向運(yùn)動(dòng)的橫向彈簧7＇的兩端分別連接在第四鋼板4和基座10，至少有另外2個(gè)能夠提供水平向的剛度和控制TMD在水平方向運(yùn)動(dòng)的橫向彈簧7＇的兩端分別連接在第五鋼板5和基座10上。

本實(shí)用新型相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1、本實(shí)用新型能夠解決現(xiàn)有TMD僅在一個(gè)方向上振動(dòng)控制的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)垂直和水平方向振動(dòng)控制，達(dá)到雙向控制的目的。

2、本實(shí)用新型TMD的控制器，是通過(guò)在在水平方向上設(shè)置鋼珠形成的軌道，可減少水平方向的摩擦力，達(dá)到靈活運(yùn)動(dòng)的目的，這樣的控制效果更加，結(jié)構(gòu)減振效果也更加。

3、本實(shí)用新型TMD的阻尼是由銅板和永磁體構(gòu)成的電渦流阻尼，可以實(shí)現(xiàn)豎向和水平向的減振，電渦流阻尼連接簡(jiǎn)單、構(gòu)件幾乎都是金屬，損耗很小，后期幾乎不用維護(hù)。

4、本實(shí)用新型TMD考慮了上部結(jié)構(gòu)的阻尼影響，使得調(diào)諧質(zhì)量阻尼器(TMD)更加符合實(shí)際要求，減振效果更符合實(shí)際情況。

附圖說(shuō)明

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)內(nèi)部正立面圖，圖2為圖1中A向視圖，圖3為圖2中B-B向剖視圖，圖4為圖3中C向視圖，圖5為軌道組件立面圖，圖6為軌道平面圖，圖7為本實(shí)用新型的電渦流阻尼閉合磁感線(xiàn)示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，雙向TMD控制裝置，有一水平放置的底板17，第二鋼板2、第三鋼板3、第四鋼板4、第五鋼板5分別垂直安裝在底板17上，第一鋼板1平行于底板17，構(gòu)成一半密封的立方體，質(zhì)量塊6通過(guò)導(dǎo)桿8安裝在第六鋼板19上，能夠提供豎向的剛度和控制TMD在豎直方向運(yùn)動(dòng)的豎向彈簧7嵌套在導(dǎo)桿8上，第六鋼板19安裝在丁字形的基座10的上端部，基座10下部通過(guò)鋼珠11、鋼珠卡槽13嵌套在軌道組件12的軌道槽18中；銅板9的上端安裝在第一鋼板1的中間位置處，銅板9的下部延伸到質(zhì)量塊6上開(kāi)設(shè)的空槽中，在第二鋼板2上對(duì)應(yīng)質(zhì)量塊6的位置處安裝左銅板9l,在第三鋼板3上對(duì)應(yīng)質(zhì)量塊6的位置處安裝右銅板9r,在質(zhì)量塊6內(nèi)部開(kāi)設(shè)的卡槽16中至少安裝有8塊永磁體15，永磁體15的長(zhǎng)度方向垂直于銅板9、左銅板91、右銅板9r所在的平面，至少有2個(gè)能夠提供水平向的剛度和控制TMD在水平方向運(yùn)動(dòng)的橫向彈簧7＇的兩端分別連接在第四鋼板4和基座10，至少有另外2個(gè)能夠提供水平向的剛度和控制TMD在水平方向運(yùn)動(dòng)的橫向彈簧7＇的兩端分別連接在第五鋼板5和基座10上。

如圖1、圖2、圖3、圖5所示，永磁體15通過(guò)螺栓14定在質(zhì)量塊6之間。

如圖2、圖3、圖4、圖5所示，永磁體15的每相鄰的兩個(gè)永磁體15的磁極顛倒設(shè)置。永磁體15固定設(shè)在內(nèi)部裝置的第六鋼板19上，銅板9、左銅板91、右銅板9r分別切割永磁體15所產(chǎn)生的磁感線(xiàn)。

本實(shí)用新型的剛度體系由彈簧和質(zhì)量塊構(gòu)成，銅板和永磁體組成的電渦流阻尼實(shí)現(xiàn)豎向減振的目的，其中板與板之間的連接為焊接。在側(cè)面鋼板，焊接有附加的板，彈簧鉤在附加板的孔上。永磁體在鋼板上先用卡槽固定，然后再底部用膠粘。

當(dāng)整體結(jié)構(gòu)發(fā)生豎向振動(dòng)時(shí)，磁感線(xiàn)切割三個(gè)導(dǎo)體板，即銅板9、左銅板91、右銅板9r產(chǎn)生電渦流，導(dǎo)體板內(nèi)形成電渦流，導(dǎo)體內(nèi)的電流繼而產(chǎn)生了磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)產(chǎn)生相互排斥的力從而形成阻尼。當(dāng)整體結(jié)構(gòu)發(fā)生水平振動(dòng)時(shí)，磁感線(xiàn)同樣切割三個(gè)導(dǎo)體板產(chǎn)生電渦流，導(dǎo)體板內(nèi)形成電渦流，導(dǎo)體內(nèi)的電流繼而產(chǎn)生了磁場(chǎng)與永磁體的磁場(chǎng)產(chǎn)生相互排斥的力從而形成阻尼。

本實(shí)用新型的雙向TMD控制裝置的參數(shù)確定方法，其步驟為:

在豎向方向上：

(1)對(duì)大跨度梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),得到大跨度梁板結(jié)構(gòu)的n階豎向振動(dòng)頻率f_nV、模態(tài)質(zhì)量m_nV和結(jié)構(gòu)阻尼比ξ_nV；

(2)確定TMD的調(diào)諧質(zhì)量與模態(tài)質(zhì)量m_nV的比值μ₁,0.01<μ₁<0.05；

(3)TMD的諧調(diào)質(zhì)量：m_dV＝μ₁m_nV；

TMD的設(shè)計(jì)剛度k_dV：

ω₁＝2πf_nV

式中：

λ_optV為豎向TMD與結(jié)構(gòu)控制模態(tài)頻率比，

μ₁為豎向TMD諧調(diào)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)控制模態(tài)質(zhì)量的比值；

ξ_nV為豎向?qū)崪y(cè)結(jié)構(gòu)阻尼比；

TMD的豎向設(shè)計(jì)阻尼系數(shù)c_dV：

c_dV＝2ξ_doptVω_dVm_dV＝2ξ_doptVλ_optVω₁m_dV

式中：ξ_doptV為豎向TMD與結(jié)構(gòu)控制模態(tài)阻尼比的比值。

(4)豎向彈簧7剛度的設(shè)計(jì)：采用螺旋彈簧，共有4根，螺旋彈簧的剛度計(jì)算式為：

式中：

G表示彈簧鋼的剪切模量；

D表示彈簧的中徑；

n表示彈簧的有效圈數(shù)；

d表示彈簧絲的線(xiàn)徑，且

其中，F(xiàn)表示彈簧的載荷，即TMD的調(diào)諧質(zhì)量塊自重；

κ表示彈簧絲的曲度系數(shù)，

[τ]表示彈簧絲的許用切應(yīng)力；

C表示壓簧的旋繞比，C＝D/d；

(5)TMD豎向阻尼的初步設(shè)計(jì)：首先選定永磁體的型號(hào)與尺寸，通過(guò)磁場(chǎng)有限元軟件初步估算銅板處的主磁感應(yīng)強(qiáng)度，然后依據(jù)電渦流阻尼系數(shù)的簡(jiǎn)化公式c＝σδSB_Z確定銅板的尺寸；

式中：

σ表示導(dǎo)體的導(dǎo)電系數(shù)；

δ表示導(dǎo)體板的厚度；

S表示導(dǎo)體板的受磁面積,計(jì)算時(shí)取永磁體的充磁面積之和；

B_Z表示導(dǎo)體板位置的主磁感應(yīng)強(qiáng)度,即沿永磁體充磁方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；

水平方向上：

(1)對(duì)大跨度梁板結(jié)構(gòu)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),得到大跨度梁板結(jié)構(gòu)的n階水平方向振

動(dòng)頻率f_nH、模態(tài)質(zhì)量m_nH和結(jié)構(gòu)阻尼比ξ_nH；

(2)確定TMD的調(diào)諧質(zhì)量與模態(tài)質(zhì)量m_nH的比值μ₂,0.01<μ₂<0.05；

(3)TMD的諧調(diào)質(zhì)量：m_dH＝2m_nH；

TMD的設(shè)計(jì)剛度k_dH：

ω₂＝2πf_nH

式中：

λ_ontH為水平方向TMD與結(jié)構(gòu)控制模態(tài)頻率比，

μ₂為水平方向TMD諧調(diào)質(zhì)量與結(jié)構(gòu)控制模態(tài)質(zhì)量的比值；

ξ_nH為水平方向?qū)崪y(cè)結(jié)構(gòu)阻尼比；

TMD的水平方向設(shè)計(jì)阻尼系數(shù)c_dH：

C_CH＝2ξ_doptHω_dHm_dH＝2ξ_doptHλ_optHω₂m_pH

式中：ξ_doptH為水平方向TMD與結(jié)構(gòu)控制模態(tài)阻尼比的比值。

(4)：TMD水平方向的橫向彈簧7＇剛度的設(shè)計(jì)：豎向TMD剛度元件采用螺旋彈簧，共有4根，螺旋彈簧的剛度計(jì)算式為：

式中：

G表示彈簧鋼的剪切模量；

D表示彈簧的中徑；

n表示彈簧的有效圈數(shù)；

d表示彈簧絲的線(xiàn)徑，且

其中，F(xiàn)表示彈簧的載荷，即TMD的調(diào)諧質(zhì)量塊自重；

k表示彈簧絲的曲度系數(shù),

[τ]表示彈簧絲的許用切應(yīng)力；

C表示壓簧的旋繞比,C＝D/d；

(6)TMD水平方向阻尼的初步設(shè)計(jì):首先選定永磁體的型號(hào)與尺寸,通過(guò)磁場(chǎng)有限元軟件初步估算導(dǎo)體銅板處的主磁感應(yīng)強(qiáng)度,然后依據(jù)電渦流阻尼系數(shù)的簡(jiǎn)化公式c＝σδSB_Z確定導(dǎo)體銅板的尺寸；

式中:

σ表示導(dǎo)體的導(dǎo)電系數(shù)；

δ表示導(dǎo)體板的厚度；

S表示導(dǎo)體板的受磁面積,計(jì)算時(shí)取永磁體的充磁面積之和；

B_Z表示導(dǎo)體板位置的主磁感應(yīng)強(qiáng)度,即沿永磁體充磁方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度；

由計(jì)算得到的TMD豎向和水平向參數(shù)在有限元軟件中進(jìn)行優(yōu)化，得到最優(yōu)解，從而確定TMD的最終參數(shù)。

以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。