本發(fā)明涉及減震器，尤其是涉及一種高層土木結(jié)構(gòu)用可調(diào)剛度粒子減震器。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)抗震技術(shù)存在結(jié)構(gòu)安全性難以保證、適應(yīng)性受到限制、經(jīng)濟(jì)性欠佳及修復(fù)難度大等一系列問(wèn)題。無(wú)粘結(jié)支撐體系最大的缺點(diǎn)在于相關(guān)部件和各個(gè)減震結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算都必須非常精確，而這在工程實(shí)踐中是非常困難的；層間隔震的減震效果較差,隔震效率約10％～30％?，F(xiàn)有的位移型阻尼器由于金屬疲勞問(wèn)題而不能用于抗風(fēng)設(shè)計(jì)；速度型阻尼減震器的消能結(jié)構(gòu)，因?yàn)樽饔昧χ械酿Ψ至繜o(wú)法直接計(jì)算，使得結(jié)構(gòu)構(gòu)件的內(nèi)力計(jì)算十分復(fù)雜。

粒子阻尼技術(shù)是一項(xiàng)振動(dòng)被動(dòng)控制新技術(shù)，是以阻尼耗能機(jī)理為理論基礎(chǔ)，主要由填充在結(jié)構(gòu)空腔中的粒子通過(guò)非彈性碰撞和摩擦作用提供阻尼效應(yīng)。粒子阻尼技術(shù)具有抑振效果顯著、耐高溫惡劣環(huán)境、對(duì)原結(jié)構(gòu)改動(dòng)小、產(chǎn)生的附加質(zhì)量小等優(yōu)點(diǎn)。粒子阻尼的產(chǎn)生機(jī)理從能量的角度上來(lái)看，是指損耗振動(dòng)能量的能力，也就是將機(jī)械振動(dòng)及聲振的能量，轉(zhuǎn)變成熱能或其他可以耗損的能量。將粒子阻尼技術(shù)引入建筑減震領(lǐng)域可以延長(zhǎng)上部結(jié)構(gòu)的自振周期并給予結(jié)構(gòu)較大的阻尼，有效代替上部結(jié)構(gòu)承受地震強(qiáng)烈的位移動(dòng)力，耗散地震能量，特別適用于建筑減震。

中國(guó)專利CN1624264A公開一種用于土木工程結(jié)構(gòu)抗振(震)的裝置，該減震器將內(nèi)外鋼管所圍成的腔體分為三部分，中間腔體為流體阻尼器，兩端腔體為鉛阻尼器。在內(nèi)鋼管的左端固定有左連接鋼板(1)，右端固定有限位板(10)，在外鋼管右端的內(nèi)孔中設(shè)有內(nèi)封板(17)，在左腔體隔板(4)與外鋼管端頭板之間以及右腔體隔板(19)與內(nèi)封板之間的內(nèi)鋼管上分別固定有左橢球突起(3)和右橢球突起(20)。在橢球突起(3)和(20)外為灌注鉛(13)；在外鋼管的外壁中部設(shè)有密封口(5)和灌注口(7)，在內(nèi)鋼管上焊有運(yùn)動(dòng)閥(16)，運(yùn)動(dòng)閥(16)中有流體管道(15)，在左腔體隔板與右腔體隔板之間為灌注流體(6)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種高層土木結(jié)構(gòu)用可調(diào)剛度粒子減震器。

本發(fā)明設(shè)有外部框架箱、粒子阻尼箱、阻尼粒子、大剛度減震彈簧、小剛度減震彈簧；所述高層土木結(jié)構(gòu)用可調(diào)剛度粒子減震器通過(guò)固定螺栓與高層土木結(jié)構(gòu)相連或在澆筑混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)直接澆筑在減震部位上；外部框架箱通過(guò)大剛度減震彈簧和小剛度減震彈簧配合組成可變剛度減震彈簧并與粒子阻尼箱相連，粒子阻尼箱內(nèi)部放置阻尼粒子。

所述阻尼粒子可采用耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，阻尼粒子的粒徑可為0.5～30mm，阻尼粒子剖面水平投影面積占相應(yīng)分區(qū)總面積的20％～90％，阻尼粒子的密度可為1.5～18.5×10³kg/m³。

所述粒子阻尼箱內(nèi)部可用鋼板分割成若干子空間，在子空間中放置一定數(shù)量的阻尼粒子；粒子阻尼箱可采用厚度為4mm的不銹鋼板焊接而成。

所述大剛度減震彈簧的剛度系數(shù)可為500～1500kg/cm，所述小剛度減震彈簧的剛度系數(shù)可為20～500kg/cm。

發(fā)生震動(dòng)時(shí)，粒子阻尼箱帶動(dòng)彈簧將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能加以耗散，同時(shí)內(nèi)部阻尼粒子發(fā)生碰撞摩擦進(jìn)一步耗散系統(tǒng)震動(dòng)能量。由于粒子具有萬(wàn)向性，可以有效對(duì)來(lái)自各個(gè)方向的震動(dòng)起到減震的作用。采用變剛度減震彈簧能夠有效減輕風(fēng)振和地震帶來(lái)的震動(dòng)。

當(dāng)高層土木結(jié)構(gòu)發(fā)生風(fēng)振時(shí)，風(fēng)載荷造成的土木結(jié)構(gòu)位移較小，由公式f＝kx知，若減震彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)k過(guò)大則土木結(jié)構(gòu)帶動(dòng)的阻尼器位移x也會(huì)較小，那么就不能起到有效的減震作用。因此，為了有效減輕風(fēng)震，則應(yīng)采用倔強(qiáng)系數(shù)k小的減震彈簧，以使阻尼器可以產(chǎn)生較大的位移，使阻尼粒子可以有效發(fā)揮減震作用。但當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，為了達(dá)到“大震不倒、小震不壞”的要求，則應(yīng)當(dāng)使減震彈簧的倔強(qiáng)系數(shù)k盡量大。若倔強(qiáng)系數(shù)k小的話，則由公式f＝kx知，地震帶動(dòng)的阻尼器位移x過(guò)大，會(huì)超出減震彈簧的彈性極限而使之無(wú)法恢復(fù)自由長(zhǎng)度，使與減震彈簧連接的阻尼器不能產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)，大大降低了阻尼器減震的性能。大剛度減震彈簧的剛度系數(shù)應(yīng)在500～1500kg/cm范圍內(nèi)選取，小剛度減震彈簧的剛度系數(shù)應(yīng)在20～500kg/cm范圍內(nèi)選取。如大剛度減震彈簧不在上述剛度系數(shù)范圍內(nèi)選擇，則不能對(duì)地震起到有效減震作用；若小剛度減震彈簧不在上述剛度系數(shù)范圍內(nèi)選擇，則不能對(duì)風(fēng)振起到有效減震作用。同一側(cè)排布不同剛度的減震彈簧組合時(shí)采取對(duì)稱的方式排布。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：將主要應(yīng)用于機(jī)械減振領(lǐng)域的粒子阻尼減震技術(shù)應(yīng)用于高層土木結(jié)構(gòu)的減震中，具有減震頻帶寬和能量耗散快的優(yōu)點(diǎn)，特別是采用了變剛度的減震彈簧，可針對(duì)土木結(jié)構(gòu)面臨的風(fēng)振和地震兩種不同類型的震動(dòng)起到有效的減震效果，可有效將震動(dòng)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為粒子間的摩擦耗能和彈簧的彈性勢(shì)能。無(wú)需外部能量供給，安裝簡(jiǎn)單易行，維護(hù)方便快捷，具有良好的經(jīng)濟(jì)性和普適性。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的縱剖面圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的俯剖視圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例的側(cè)視圖。

圖4為粒子阻尼箱的剖視圖。

圖5為本發(fā)明實(shí)際運(yùn)用在高層建筑的一個(gè)示例。

具體實(shí)施方式

如圖1～5所示，本發(fā)明實(shí)施例設(shè)有外部框架箱1、粒子阻尼箱2、阻尼粒子3、大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5；所述高層土木結(jié)構(gòu)用可調(diào)剛度粒子減震器通過(guò)固定螺栓與高層土木結(jié)構(gòu)相連或在澆筑混凝土結(jié)構(gòu)時(shí)直接澆筑在減震部位上；外部框架箱通過(guò)大剛度減震彈簧4和小剛度減震彈簧5配合組成可變剛度減震彈簧并與粒子阻尼箱相連，粒子阻尼箱2內(nèi)部放置阻尼粒子3。

所述阻尼粒子3可采用耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，阻尼粒子3的粒徑可為0.5～30mm，阻尼粒子3剖面水平投影面積占相應(yīng)分區(qū)總面積的20％～90％，阻尼粒子3的密度可為1.5～18.5×10³kg/m³。

所述粒子阻尼箱2內(nèi)部可用鋼板分割成若干子空間，在子空間中放置一定數(shù)量的阻尼粒子3。

所述大剛度減震彈簧的剛度系數(shù)可為500～1500kg/cm，所述小剛度減震彈簧的剛度系數(shù)可為20～500kg/cm。

外部框架箱1為鋼制，通過(guò)固定螺栓固定在目標(biāo)減震結(jié)構(gòu)上，或者進(jìn)行混凝土澆筑時(shí)直接澆筑在目標(biāo)減震部位。若采用螺栓固定，則建議選用摩擦型高強(qiáng)螺栓。在粒子阻尼箱2的上部和四周設(shè)置可變剛度的大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5。大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5與外部框架箱1相連接。當(dāng)建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生震動(dòng)時(shí)，土木結(jié)構(gòu)帶動(dòng)外部框架箱1發(fā)生震動(dòng)，使連接外部框架箱1和粒子阻尼箱2之間的大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5發(fā)生彈性形變，將震動(dòng)產(chǎn)生的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為彈簧的彈性勢(shì)能，同時(shí)大剛度減震彈簧4、小剛度減震彈簧5帶動(dòng)粒子阻尼箱2中的阻尼粒子3震動(dòng)，進(jìn)一步將震動(dòng)機(jī)械能通過(guò)阻尼粒子之間摩擦耗散。粒子阻尼箱2是由厚度為4mm的不銹鋼板焊接而成，尺寸根據(jù)實(shí)際情況確定，圖中對(duì)粒子阻尼箱2內(nèi)部的分隔方式僅為實(shí)際運(yùn)用中的一種，實(shí)際運(yùn)用時(shí)應(yīng)根據(jù)工程具體情況仿真計(jì)算后確定。阻尼粒子3耐磨金屬、耐磨非金屬或耐磨高分子材料，所選粒徑在0.5～30mm之間，不同粒子和混合搭配，阻尼粒子3水平投影面積占相應(yīng)區(qū)域的20％～90％，密度設(shè)置為1.5～18.5×10³kg/m³。大剛度減震彈簧4的剛度系數(shù)應(yīng)在500～1500kg/cm范圍內(nèi)選取，小剛度減震彈簧5的剛度系數(shù)應(yīng)在20～500kg/cm范圍內(nèi)選取。同一側(cè)排布不同剛度的減震彈簧組合時(shí)采取對(duì)稱的方式排布。當(dāng)建筑遭遇風(fēng)振時(shí)，小剛度減震彈簧5發(fā)生彈性形變，有效減輕建筑震動(dòng)；當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，大剛度減震彈簧4發(fā)生彈性形變，可有效減輕土木結(jié)構(gòu)震動(dòng)。

在圖5，標(biāo)記A代表本發(fā)明所述高層土木結(jié)構(gòu)用可調(diào)剛度粒子減震器。