一種抗倒塌顆粒型阻尼梁的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種抗倒塌顆粒型阻尼梁，包括梁外殼、顆粒、智能材料包裹層、密封層和真空泵。梁外殼一端預(yù)留空腔，用密封層密封，空腔內(nèi)充入顆粒材料，顆粒材料表面包裹智能材料包裹層，顆粒外表包裹智能材料包裹層，限制了顆粒的移動，使得顆粒之間壓力的控制可以實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整所加的壓力，可實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的控制。本發(fā)明的耗能機(jī)制與傳統(tǒng)顆粒阻尼器依靠顆粒碰撞耗能不同，低壓狀態(tài)下，顆粒材料由智能材料緊緊包裹，由于材料的壓縮，顆粒之間的接觸力開始增加，達(dá)到填滿狀態(tài)。粒子的相互作用可以被削弱或加強(qiáng)，這取決于壓力的水平，通過顆粒和顆粒包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形等進(jìn)行耗能，主將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過耗能裝置的變形將系統(tǒng)的動能也消耗掉，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，提升其抗倒塌能力。
【專利說明】
一種抗倒塌顆粒型阻尼梁
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種抗倒塌顆粒型阻尼梁，在屬于土木結(jié)構(gòu)(包括高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)和橋梁結(jié)構(gòu)等)振動控制、抗倒塌領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]顆粒阻尼器(Particle Dampers)作為一種附加質(zhì)量被動阻尼器，其原理是利用顆粒間摩擦與沖擊作用消耗系統(tǒng)振動能量，具有耐久性好、可靠度高、對溫度變化不敏感，可用于惡劣環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)，且顆粒阻尼器的阻尼作用并不受方向限制，這些優(yōu)點(diǎn)為顆粒阻尼器在工程實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用提供了可能。
[0003]多年來顆粒阻尼器在文獻(xiàn)中已經(jīng)被廣泛研究，但是大多數(shù)的方案缺乏調(diào)整阻尼參數(shù)的具體方式，這是因?yàn)轭w粒材料是以一種完全被動的方式使用，其減少振動的方式是通過顆粒碰撞進(jìn)行耗能。通過將顆粒阻尼器置于振蕩懸臂梁的頂端，可以減輕梁的振動。本發(fā)明中將大體積材料填充在梁或板里的預(yù)先準(zhǔn)備的腔內(nèi)，而不是將顆粒置于人工附加容器的內(nèi)部，顆粒材料由一個彈性包裹層覆蓋，這限制了顆粒的移動，同時使得顆粒之間的壓力可以控制。本發(fā)明的耗能機(jī)制與傳統(tǒng)顆粒阻尼器依靠顆粒碰撞耗能不同，低壓狀態(tài)下，顆粒材料由智能材料緊緊包裹，由于材料的壓縮，顆粒之間的接觸力開始增加，達(dá)到填滿狀態(tài)。顆粒間的相互作用可以被削弱或加強(qiáng)，這取決于壓力的水平，通過顆粒和顆粒包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形等進(jìn)行耗能，主要目的是將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過耗能裝置的變形將系統(tǒng)的動能也消耗掉。
[0004]本發(fā)明在傳統(tǒng)顆粒阻尼器的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)新形式的耗能，概念簡單、效率高，除了阻尼梁，其他輕量、高效的顆粒阻尼構(gòu)件很方便地加工成不規(guī)則的形狀，具有一定的工程實(shí)用價值。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服傳統(tǒng)顆粒阻尼器只能人工附加在結(jié)構(gòu)上的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種抗倒塌顆粒型阻尼梁，該裝置在傳統(tǒng)顆粒阻尼器的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，在梁的一端預(yù)留空腔，用密封層密封，空腔內(nèi)充入大量顆粒材料，顆粒材料表面包裹智能材料包裹層。與傳統(tǒng)顆粒型阻尼器不同，本發(fā)明中的顆粒外表包裹智能材料包裹層，這限制了顆粒的移動，同時使得顆粒之間壓力的控制可以實(shí)現(xiàn)，本裝置通過顆粒和顆粒包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形等進(jìn)行耗能，主要目的是將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過耗能裝置的變形將系統(tǒng)的動能也消耗掉，從而提高結(jié)構(gòu)耗能能力及抗倒塌能力。
[0006]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種抗倒塌顆粒型阻尼梁，包括梁外殼、顆粒、智能材料包裹層、密封層和真空栗，梁外殼由鋁片組成，其一端內(nèi)預(yù)有空腔，空腔的上周與梁外殼內(nèi)壁接觸，空腔的兩端采用密封層密封，空腔內(nèi)填充有顆粒，所述顆粒表面包裹有智能材料包裹層，真空栗連接空腔的一端，用于調(diào)整空腔內(nèi)的壓力;通過顆粒和智能材料包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形等進(jìn)行耗能，將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過振動系統(tǒng)的變形將阻尼梁的動能也消耗掉。
[0007]本發(fā)明中，所述顆粒由若干圓形或形狀不規(guī)則的顆粒組成，所述顆粒材料為金屬、混凝土、玻璃或陶瓷中的任一種或多種。
[0008]本發(fā)明中，所述智能材料包裹層指的是可塑形液晶彈性體材料，這限制了顆粒的移動，同時使得顆粒之間壓力的控制可以實(shí)現(xiàn)，通過真空栗調(diào)整所加的壓力，可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的控制。
[0009]本發(fā)明的有益效果是，本發(fā)明中的顆粒外表包裹智能材料包裹層，這限制了顆粒的移動，同時使得顆粒之間壓力的控制可以實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)整所加的壓力，可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的控制。本發(fā)明的耗能機(jī)制與傳統(tǒng)顆粒阻尼器依靠顆粒碰撞耗能不同，低壓狀態(tài)下，顆粒材料由智能材料緊緊包裹，由于材料的壓縮，顆粒之間的接觸力開始增加，達(dá)到填滿狀態(tài)。粒子的相互作用可以被削弱或加強(qiáng)，這取決于壓力的水平，通過顆粒和顆粒包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形等進(jìn)行耗能，主要目的是將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過耗能裝置的變形將系統(tǒng)的動能也消耗掉。
【附圖說明】
[00?0]圖1為本發(fā)明不意圖；
圖2為本發(fā)明立體示意圖；
圖3為實(shí)施例1中恒定內(nèi)壓和變化內(nèi)壓下的位移時程曲線，實(shí)線是變化內(nèi)壓，虛線是恒定內(nèi)壓。
[0011]圖中標(biāo)號:1.梁外殼，2.顆粒，3.智能材料包裹層，4.密封層，5.真空栗。
【具體實(shí)施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0013]實(shí)施例1
一種抗倒塌顆粒型阻尼梁包括梁外殼1、顆粒2、智能材料包裹層3、密封層4、真空栗5。
[0014]梁外殼I由鋁片組成，在其一端預(yù)留空腔，用密封層4密封，空腔內(nèi)充入大量顆粒2材料，顆粒2材料表面包裹智能材料包裹層3，真空栗5用于調(diào)整腔內(nèi)壓力。本發(fā)明中的顆粒外表包裹智能材料包裹層3，這限制了顆粒的移動，通過真空栗5調(diào)整所加的壓力，使得顆粒之間壓力的控制可以實(shí)現(xiàn)，可以實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)振動的控制。本裝置通過顆粒和顆粒包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形等進(jìn)行耗能，主要目的是將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過耗能裝置的變形將系統(tǒng)的動能也消耗掉。
[0015]該實(shí)施例的梁試驗(yàn)的初步結(jié)果顯示:顆粒結(jié)構(gòu)十分適用于本發(fā)明。壓力在O到
0.07MPa之間周期性的變化?？刂蒲b置會在位移最大處啟動，此時x=0，因此，在此處動能為零。當(dāng)梁到達(dá)平衡位置時，控制裝置暫停。圖3是變化壓力下和恒定壓力下(0.07MPa)梁的位移反應(yīng)對比圖?？梢娮兓瘔毫ο碌捻憫?yīng)能大大減小。
[0016 ]適當(dāng)調(diào)整壓力控制信號，結(jié)構(gòu)的耗能能力會得到進(jìn)一步提高，從而實(shí)現(xiàn)控制結(jié)構(gòu)振動、提高結(jié)構(gòu)抗倒塌能力的目的?；旧媳狙b置的耗能能力相比傳統(tǒng)的梁能提高30%-40%。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種抗倒塌顆粒型阻尼梁，其特征在于包括梁外殼、顆粒、智能材料包裹層、密封層和真空栗，梁外殼由鋁片組成，其一端內(nèi)預(yù)有空腔，空腔的上周與梁外殼內(nèi)壁接觸，空腔的兩端采用密封層密封，空腔內(nèi)填充有顆粒，所述顆粒表面包裹有智能材料包裹層，真空栗連接空腔的一端，用于調(diào)整空腔內(nèi)的壓力;通過顆粒和智能材料包裹層之間的摩擦與滑動及局部變形進(jìn)行耗能，將振動系統(tǒng)的應(yīng)變能轉(zhuǎn)化為動能，然后通過振動系統(tǒng)的變形將阻尼梁的動能也消耗掉，從而保護(hù)主體結(jié)構(gòu)，提升其抗倒塌能力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗倒塌顆粒型阻尼梁，其特征在于，所述顆粒由若干圓形或形狀不規(guī)則的顆粒組成，所述顆粒材料為金屬、混凝土、玻璃或陶瓷中的任一種或多種。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的抗倒塌顆粒型阻尼梁，其特征在于，所述智能材料包裹層指的是可塑形液晶彈性體材料。
【文檔編號】E04B1/98GK106013490SQ201610408700
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】魯正, 張澤楠, 楊玉玲
【申請人】同濟(jì)大學(xué)