本發(fā)明涉及一種新型非線性減震器。

背景技術(shù)：
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由于地震波在地下傳導(dǎo)的過程中，釋放大量的能量，傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)，依靠結(jié)構(gòu)本身的強度、剛度和延性來消耗地震能量。當(dāng)結(jié)構(gòu)所承受的地震作用超過極限承載能力后，就無法滿足安全要求。如果在結(jié)構(gòu)中安裝一種能大幅度耗掉并瞬間俘獲地震能的附屬子結(jié)構(gòu)，將能量傳至附屬子結(jié)構(gòu)而不再由主體結(jié)構(gòu)承擔(dān)，則會有效地減小地震對主體結(jié)構(gòu)的作用及損失；其次減震子結(jié)構(gòu)會改變主體結(jié)構(gòu)在地震作用下的動力反應(yīng)，削弱以第一階振型為主的地震作用，從而減小結(jié)構(gòu)的位移反應(yīng)和加速度反應(yīng)，保證主體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定與安全。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是提供一種新型非線性減震器。

為了最大限度地減輕地震災(zāi)害，人們提出了結(jié)構(gòu)控制的概念。主動控制由于需要穩(wěn)定的外部能源，復(fù)雜且昂貴的控制系統(tǒng)不易實現(xiàn)。被動控制中的結(jié)構(gòu)隔震有線性減震器和非線性減震器兩種，傳統(tǒng)的線性減震器只在其固有頻率處具有良好的吸振效果，而在更寬頻帶范圍內(nèi)難以有效解決振動抑制問題。現(xiàn)提出一種新型非線性減震器，非線性減震器主要由質(zhì)量塊、非線性剛性彈簧和阻尼墊組成。它的非線性剛性彈簧沒有特定的固有頻率，可以隨主結(jié)構(gòu)的多階頻率振動并且吸收能量，使得非線性減震器具有較大吸振寬帶，作為實現(xiàn)靶能量傳遞的非線性減震器，它能夠瞬間俘獲地震能，使結(jié)構(gòu)與其產(chǎn)生瞬間內(nèi)共振，能量就能以足夠快的速度從結(jié)構(gòu)中提取并單向傳至附屬結(jié)構(gòu)，并在附屬結(jié)構(gòu)內(nèi)繼續(xù)消散而不擴展返回到主體結(jié)構(gòu)，這樣就能夠大大減小地震響應(yīng)對主要結(jié)構(gòu)的影響。該裝置不僅具有適宜的剛度和阻尼性能，而且效率高，魯棒性強，減振所需時間短，性能穩(wěn)定，加工制作容易。除了可以用于工程結(jié)構(gòu)的層間隔震以及舊有建筑物的抗震改造外，還可以用于航天領(lǐng)域局部減振及機械設(shè)備裝置的隔震。因此，具有廣闊的應(yīng)用前景。

在充分分析新型非線性減震器裝置性能的基礎(chǔ)上，設(shè)計并制造了減震器裝置模型，對該模型剛度、系統(tǒng)摩擦系數(shù)及阻尼性能進行了研究和理論分析。研究分析結(jié)果表明：普通框架結(jié)構(gòu)耗能主要通過結(jié)構(gòu)的塑性損傷消耗地震輸入的能量，安裝非線性減震器的框架結(jié)構(gòu)主要通過減震器吸收地震輸入的能量，從而減小地震對主體結(jié)構(gòu)的破壞，發(fā)揮減震效果；安裝有非線性減震器的框架結(jié)構(gòu)可以有效減小上部結(jié)構(gòu)的加速度響應(yīng)，并在很大程度上減小上部結(jié)構(gòu)的層間位移角，延長了結(jié)構(gòu)自振周期，具有良好的減震性能。同時，安裝有非線性減震器的框架結(jié)構(gòu)可比普通框架結(jié)構(gòu)按本地區(qū)的抗震設(shè)防烈度降低一度的要求采取抗震構(gòu)造措施。

上述的目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

新型非線性減震器屬結(jié)構(gòu)隔震控制領(lǐng)域?，F(xiàn)有的新型非線性減震器要將其應(yīng)用于建筑結(jié)構(gòu)中，存在以下問題：

(1)不適于層間位移小的配筋砌體結(jié)構(gòu)；

(2)新型非線性減震器用于層間隔震時，在高層建筑的屋面部位可能會出現(xiàn)鞭梢效應(yīng)；

本發(fā)明的新型非線性減震器主要為水平減震裝置，該裝置外形總體呈長條狀，采用一種光滑鋼管穿過立方體NES振子的滑道裝置，光滑的鋼管表面具有非常小的摩擦系數(shù)，使該立方體NES振子在往復(fù)運動中的快速耗能能力及振動穩(wěn)定性得到了有效保證；同時非線性彈簧的設(shè)置，使該裝置具有自復(fù)位和限位功能；滑道兩端的硅膠阻尼墊將增大該裝置的阻尼并協(xié)助NES振子消耗地震能量。

新型非線性減震器，其組成包括：1、端部固定構(gòu)件,2、連接預(yù)埋件，3、硅膠阻尼墊，4、非線性剛性彈簧，5、鋼管滑道，6、NES振子。所述的硅膠阻尼墊3與立方體剛性NES振子4高度相同，通過螺栓固定在兩端的固定構(gòu)件上；所述的空心圓柱體鋼管滑道通過螺栓連接在兩端的固定構(gòu)件上；所述的立方體剛性NES振子的形心處圓柱孔洞直徑大于空心圓柱體鋼管滑道直徑，將立方體剛性NES振子套在空心圓柱 體鋼管滑道上；所述非線性彈簧一端焊接在立方體剛性NES振子上，另一端焊接在端部固定構(gòu)件上，兩側(cè)一致。

這個技術(shù)方案有以下有益效果：

1、新型非線性減震器可以設(shè)置在建筑物的基礎(chǔ)、層間及頂部，設(shè)置位置靈活，還可將減震器布置在結(jié)構(gòu)形式發(fā)生變化的部位或者是豎向剛度有突變的部位。隔震層設(shè)置位置不同，產(chǎn)生的效果也不同。在結(jié)構(gòu)底部布置隔震層可以充當(dāng)基礎(chǔ)隔震裝置，有效的降低結(jié)構(gòu)的自振頻率，延長結(jié)構(gòu)整體的周期，大大遠離場地的特征周期，從而減小地震時發(fā)生共振的可能性；在建筑結(jié)構(gòu)各層間設(shè)置隔震層，可以同時控制上下結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)加速度，從而減小地震作用；在建筑結(jié)構(gòu)頂部布置隔震層可以調(diào)整振型參與方式，有效減小上部結(jié)構(gòu)的層間位移。

2、新型非線性減震器與傳統(tǒng)線性吸振器不同之處在于其系統(tǒng)的硬化立方剛度，硬化代表彈簧剛度大且具有非線性，而立方剛度是指該模型的恢復(fù)力與質(zhì)點位移成三次方比例關(guān)系。系統(tǒng)硬化立方剛度可以使NES所吸收的能量不返回到主體結(jié)構(gòu)，另外系統(tǒng)硬非線性立方剛度可以鎖定多個共振頻率，使得NES鎖定的頻率比傳統(tǒng)吸振器更加寬泛。

3、新型減震器中的阻尼墊可以限制NES運動范圍并吸收消耗主體結(jié)構(gòu)傳來的地震能量，振幅穩(wěn)定，起到了較好的振動耗能控制效果，使主體結(jié)構(gòu)迅速復(fù)位。

4、新型減震器應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，在建筑結(jié)構(gòu)中適用于不同結(jié)構(gòu)類型。

5、本發(fā)明對結(jié)構(gòu)形式和層數(shù)沒有特別限制，施工簡便，但要實現(xiàn)最優(yōu)靶能量傳遞需滿足下述條件：

(1)在罕遇地震中，地震能量達到一定值；

(2)非線性減震器的質(zhì)量與主結(jié)構(gòu)質(zhì)量之比臨界值大于0.056且遠小于1；

(2)非線性減震器的阻尼應(yīng)小于1/√3倍的主結(jié)構(gòu)固有頻率；

附圖說明：

附圖1是本產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說明如下：

1、端部固定構(gòu)件,2、連接預(yù)埋件，3、硅膠阻尼墊，4、非線性剛性彈簧，5、鋼管滑道，6、NES振子

附圖2是本產(chǎn)品立方體NES振子的剖面圖，中心圓孔為鋼管滑道的孔洞，剖面圖中右上側(cè)一點為非線性剛性彈簧。

具體實施方式：

實施例1：

新型非線性減震器，其組成包括：1、端部固定構(gòu)件,2、連接預(yù)埋件，3、硅膠阻尼墊，4、非線性剛性彈簧，5、鋼管滑道，6、NES振子。所述的硅膠阻尼墊3與立方體剛性NES振子4高度相同，通過螺栓固定在兩端的固定構(gòu)件上；所述的空心圓柱體鋼管滑道通過螺栓連接在兩端的固定構(gòu)件上；所述的立方體剛性NES振子的形心處圓柱孔洞直徑大于空心圓柱體鋼管滑道直徑，將立方體剛性NES振子套在空心圓柱體鋼管滑道上；所述非線性彈簧一端焊接在立方體剛性NES振子上，另一端焊接在端部固定構(gòu)件上，兩側(cè)一致。

實施例2：

工作過程描述：

上述的新型非線性減震器，對于鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)房屋，在設(shè)計時若將此減震器放在梁中，需在梁中設(shè)好預(yù)埋件，保證減震器與結(jié)構(gòu)可靠連接，控制其滑道摩擦系數(shù)，確保附屬結(jié)構(gòu)吸能水平。

當(dāng)罕遇地震發(fā)生時，減振裝置在強地震工作狀態(tài)的同時，裝置本體的運動增強，瞬間捕獲地震頻率，使減震裝置頻率接近主結(jié)構(gòu)頻率，從而將主結(jié)構(gòu)頻率傳至減震器中，耗散主結(jié)構(gòu)能量，減小地震對主體結(jié)構(gòu)的作用，并可以進一步延長結(jié)構(gòu)的自振周期。

新型減震器的作用是：能在寬頻范圍內(nèi)迅速吸收地震動產(chǎn)生的能量，并能將其轉(zhuǎn)換為減震系統(tǒng)的阻尼耗能，能從根本上減少結(jié)構(gòu)所需要通過構(gòu)件損傷以及結(jié)構(gòu)位移作為代價來消耗的大量地震能，從而來減輕結(jié)構(gòu)的塑性損傷，同時可確保結(jié)構(gòu)不會被地震作用破壞，在不增加結(jié)構(gòu)的剛度和延性的基礎(chǔ)上，利用非線性減震器不僅能有效地減小地震作用，同時也能降低造價。

新型非線性減振器安裝在鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)的梁跨中底部位置，可按下列順序布置減震器：

(1)設(shè)計框架結(jié)構(gòu)；

(2)在梁跨中底部設(shè)置預(yù)埋件；

(3)將預(yù)埋件與非線性減震器兩端的固定構(gòu)件連接；

(4)硅膠阻尼墊用螺栓固定在兩端固定構(gòu)件上，與NES振子高度一致；

(5)NES振子套在鋼管滑道上；

(6)鋼管滑道通過其兩端螺紋固定在兩端固定構(gòu)件上；

(7)非線性剛性彈簧一端焊接在固定構(gòu)件上，一端焊接在NES振子上，兩側(cè)一致。