本發(fā)明涉及減隔震設(shè)備領(lǐng)域，具體涉及一種適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

中國(guó)地處兩條主要的地震帶-歐亞地震帶和環(huán)太平洋地震帶之間，是世界上遭受到地震危害最為嚴(yán)重的國(guó)家之一。歷史上，在長(zhǎng)江三角洲和珠江三角洲曾經(jīng)多次發(fā)生6級(jí)以上的強(qiáng)震，在京津環(huán)渤海地區(qū)，近300年來，平均每44年就發(fā)生一次7級(jí)以上的大地震。隨著城市化進(jìn)程的加快，大量的國(guó)民財(cái)富快速的向城市及城市群地區(qū)集中。而我國(guó)三分之一以上的已建或擬建的城市群位于可能會(huì)發(fā)生7級(jí)以上大地震的地區(qū)。城市內(nèi)結(jié)構(gòu)、設(shè)備和館藏文物的破壞而引起的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡將對(duì)國(guó)家安全和社會(huì)穩(wěn)定造成巨大的沖擊。地震是由于地殼巖層處于復(fù)雜的應(yīng)力狀態(tài)中，隨著地殼的不斷變化，地應(yīng)力的作用超過某處巖層的極限強(qiáng)度時(shí)，巖層就會(huì)發(fā)生突然的斷裂和錯(cuò)動(dòng)，從而引起震動(dòng)，并以彈性波的形式傳到地表，引起地表附近的具有一定質(zhì)量的物體產(chǎn)生慣性力，當(dāng)物體本身具有的抵抗這種慣性作用的抗震能力不足時(shí)，物體發(fā)生破壞。而當(dāng)?shù)卣鸬淖吭街芷诤臀矬w的自振周期比較接近時(shí)，物體的破壞就將更加嚴(yán)重。通過對(duì)物體設(shè)置一定的隔震裝置可以改變物體的自振周期，避開地震的卓越周期，從而顯著降低作用于物體的慣性力，降低物體在地震作用下的破壞程度。

傳統(tǒng)的減隔震技術(shù)一般分為兩大類：一類是通過隔震裝置的設(shè)置來延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的自振周期，降低上部結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)；另一類是通過在結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)的連接處設(shè)置耗能的裝置，消耗地震對(duì)結(jié)構(gòu)的能量輸入，從而減小輸入到結(jié)構(gòu)中的地震能量，降低地震作用的破壞。目前這兩種技術(shù)均取得了較好的應(yīng)用。對(duì)于大跨空間結(jié)構(gòu)來說，由于其受理機(jī)理復(fù)雜，在地震過程中三個(gè)正交方向的參與度均不容忽視，因此隔震的應(yīng)用非常困難。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，提供一種適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)，通過在結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)上設(shè)置附加質(zhì)量系統(tǒng)，利用附加質(zhì)量塊的運(yùn)動(dòng)耗散輸入的地震動(dòng)能量，從而增加大跨空間結(jié)構(gòu)的抗震能力。

為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)桿件、節(jié)點(diǎn)連接螺栓、結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)、搖擺桿、局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊、局部振動(dòng)連接彈簧、固定圈、整體振動(dòng)連接彈簧、整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊、螺紋套筒和轉(zhuǎn)動(dòng)球，所述結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)通過節(jié)點(diǎn)連接螺栓與結(jié)構(gòu)桿件連接，所述結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)通過內(nèi)置螺紋與螺紋套筒固定連接，所述搖擺桿一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)球限制在螺紋套筒的內(nèi)槽，另一端與固定圈固定連接，所述螺紋套筒的內(nèi)槽、轉(zhuǎn)動(dòng)球與鉸接組件共同構(gòu)成便于搖擺桿擺動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接機(jī)構(gòu)，所述固定圈一端與局部振動(dòng)連接彈簧連接，另一端與整體振動(dòng)連接彈簧連接，所述局部振動(dòng)連接彈簧與局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊連接，所述整體振動(dòng)連接彈簧與整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊連接。

進(jìn)一步地，所述固定圈與搖擺桿固定連接，即固定圈在搖擺桿上的位置固定。

進(jìn)一步地，所述搖擺桿通過調(diào)整實(shí)際工作長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)水平整體振動(dòng)的最優(yōu)控制；搖擺桿的實(shí)際工作長(zhǎng)度即搖擺桿頂端面到整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊下端面的長(zhǎng)度。

進(jìn)一步地，所述局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊通過局部振動(dòng)連接彈簧與固定圈進(jìn)行連接，能夠調(diào)整彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)豎向局部振動(dòng)的最優(yōu)控制。

進(jìn)一步地，所述整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊通過整體振動(dòng)連接彈簧與固定圈進(jìn)行連接，能夠彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)豎向整體振動(dòng)的最優(yōu)控制。

進(jìn)一步地，所述結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)沿水平方向的周部均勻連接有四根結(jié)構(gòu)桿件，下部設(shè)有一根搖擺桿。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)水平減震的同時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)豎向減震，對(duì)必須實(shí)現(xiàn)水平及豎向減震的大跨空間結(jié)構(gòu)提供三向減震保護(hù)，最大限度地耗散輸入到大跨空間結(jié)構(gòu)中的地震能量，降低大跨空間結(jié)構(gòu)在三個(gè)方向上的動(dòng)力響應(yīng)，有效保障大跨空間結(jié)構(gòu)的安全。

當(dāng)然，實(shí)施本發(fā)明的任一產(chǎn)品并不一定需要同時(shí)達(dá)到以上所述的所有優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本發(fā)明三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)的主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明中結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為本發(fā)明省略結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖6為圖5結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7為圖5結(jié)構(gòu)省略螺紋套筒后的立體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8為圖7結(jié)構(gòu)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；

附圖中，各標(biāo)號(hào)所代表的部件列表如下：

1-結(jié)構(gòu)桿件，2-節(jié)點(diǎn)連接螺栓，3-結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)，4-鉸接機(jī)構(gòu)，5-搖擺桿，6-局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊，7-局部振動(dòng)連接彈簧，8-固定圈，9-整體振動(dòng)連接彈簧，10-整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊，11-內(nèi)置螺紋，12-螺紋套筒，13-轉(zhuǎn)動(dòng)球。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

請(qǐng)參閱圖1-8所示，本實(shí)施例為一種適用于大跨空間結(jié)構(gòu)的三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)桿件1、節(jié)點(diǎn)連接螺栓2、結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)3、搖擺桿5、局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊6、局部振動(dòng)連接彈簧7、固定圈8、整體振動(dòng)連接彈簧9、整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊10、螺紋套筒12和轉(zhuǎn)動(dòng)球13。結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)3通過節(jié)點(diǎn)連接螺栓2與結(jié)構(gòu)桿件1連接，結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)3通過內(nèi)置螺紋11與螺紋套筒12固定連接，搖擺桿5一端通過轉(zhuǎn)動(dòng)球13限制在螺紋套筒12的內(nèi)槽，另一端與固定圈8固定連接，螺紋套筒12的內(nèi)槽、轉(zhuǎn)動(dòng)球13與鉸接組件共同構(gòu)成便于搖擺桿5擺動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)的鉸接機(jī)構(gòu)4，固定圈8一端與局部振動(dòng)連接彈簧7連接，另一端與整體振動(dòng)連接彈簧9連接，局部振動(dòng)連接彈簧7與局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊6連接，整體振動(dòng)連接彈簧9與整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊10連接。

其中，結(jié)構(gòu)球節(jié)點(diǎn)3沿水平方向的周部均勻連接有四根結(jié)構(gòu)桿件1，下部設(shè)有一根搖擺桿5。

其中，固定圈8與搖擺桿5固定連接，搖擺桿5通過調(diào)整實(shí)際工作長(zhǎng)度，實(shí)現(xiàn)水平整體振動(dòng)的最優(yōu)控制。局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊6通過局部振動(dòng)連接彈簧7與固定圈8進(jìn)行連接，能夠調(diào)整彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)豎向局部振動(dòng)的最優(yōu)控制。整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊10通過整體振動(dòng)連接彈簧9與固定圈8進(jìn)行連接，能夠彈簧質(zhì)量系統(tǒng)的參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)豎向整體振動(dòng)的最優(yōu)控制。

本實(shí)施例的一個(gè)具體應(yīng)用為：大跨空間結(jié)構(gòu)可以通過球節(jié)點(diǎn)內(nèi)置螺紋11直接與螺紋套筒12連接，從而實(shí)現(xiàn)三維彈簧阻尼減震系統(tǒng)的安裝。此減震系統(tǒng)在非地震狀態(tài)時(shí)處于平衡位置，在地震作用發(fā)生時(shí)，水平向輸入的地震能量通過局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊6和整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊10產(chǎn)生的附加質(zhì)量的水平向擺動(dòng)而耗散；豎向輸入的地震能量產(chǎn)生的局部震動(dòng)通過局部振動(dòng)控制質(zhì)量塊6的運(yùn)動(dòng)而耗散，豎向輸入的地震能量產(chǎn)生的整體震動(dòng)通過整體振動(dòng)控制質(zhì)量塊10的運(yùn)動(dòng)而耗散；地震發(fā)生后，結(jié)構(gòu)重新達(dá)到平衡狀態(tài)。

在本說明書的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說明書中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。

以上公開的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例只是用于幫助闡述本發(fā)明。優(yōu)選實(shí)施例并沒有詳盡敘述所有的細(xì)節(jié)，也不限制該發(fā)明僅為所述的具體實(shí)施方式。顯然，根據(jù)本說明書的內(nèi)容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實(shí)施例，是為了更好地解釋本發(fā)明的原理和實(shí)際應(yīng)用，從而使所屬技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員能很好地理解和利用本發(fā)明。本發(fā)明僅受權(quán)利要求書及其全部范圍和等效物的限制。