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
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及±木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域，具體設(shè)及一種適用于大跨度人行天橋豎 向振動(dòng)控制的電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器及其制作安裝方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著城市化進(jìn)程與立體化交通的發(fā)展，國(guó)內(nèi)大跨徑人行天橋的建設(shè)越來(lái)越多，而 我國(guó)現(xiàn)有人行天橋設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定人行天橋豎向一階頻率必須大于3.OHz,運(yùn)對(duì)于超過(guò)40m 的單跨人行天橋很難做到。為方便施工，過(guò)街天橋多采用簡(jiǎn)支鋼箱梁結(jié)構(gòu)。然而，一方面鋼 結(jié)構(gòu)人行天橋固有阻尼較低，另一方面大跨度人行天橋的一階豎向振動(dòng)固有頻率與行人正 常步行頻率較為接近，極易誘發(fā)共振。此時(shí)人行天橋曉度、應(yīng)力將大大超過(guò)靜力分析值，行 人舒適度也難W滿足要求。長(zhǎng)此W往，必將影響結(jié)構(gòu)的安全和正常使用。
[0003] 解決簡(jiǎn)支鋼箱梁人行天橋舒適性問(wèn)題的現(xiàn)有技術(shù)主要有：增加梁高、改變結(jié)構(gòu)支 撐體系（如口式剛架）、組合結(jié)構(gòu)體系（在梁體上方兩側(cè)增設(shè)巧架）等增加結(jié)構(gòu)自身剛度的 頻率調(diào)整法，使其豎向一階頻率滿足中國(guó)《城市人行天橋與人行地道技術(shù)規(guī)范》（CJJeggs) 不宜小于 3Hz的規(guī)定； 在人行天橋上附加耗能裝置增大結(jié)構(gòu)的阻尼，較多采用調(diào)諧質(zhì)量 阻尼器（TMD)運(yùn)種動(dòng)力吸振裝置來(lái)降低人行橋在同等人流量下的振動(dòng)幅值，從而滿足相關(guān) 規(guī)范的舒適性要求。比較而言，基于剛度措施的頻率調(diào)整法經(jīng)濟(jì)成本較高，近年來(lái)WTMD為 主的吸能減振措施在人行天橋振動(dòng)控制領(lǐng)域逐漸得到了推廣應(yīng)用。
[0004] 現(xiàn)有人行橋豎向減振用TMD的阻尼形式主要為液體粘滯阻尼器（如專利號(hào)為 201010137516. 2公開的"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)，W及阻尼在后期均很難調(diào)節(jié)等問(wèn)題。最近，也有研究者開發(fā)了電滿流阻尼TMD(見專 利號(hào)為201010022003. 7公開的"永磁式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器"），并成功用于鋼拱橋細(xì) 長(zhǎng)吊桿減振（見《鋼拱橋剛性細(xì)長(zhǎng)吊桿減振用調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的試驗(yàn)研究》，科學(xué)技術(shù)與 工程，2013,第19期，5555-5560頁(yè)）。將電滿流阻尼應(yīng)用于TMD的突出優(yōu)點(diǎn)有：阻尼器不 需要與結(jié)構(gòu)直接接觸，無(wú)任何摩擦阻尼；阻尼器內(nèi)無(wú)流體，無(wú)需密封件，不會(huì)出現(xiàn)任何漏液； 阻尼器無(wú)附加剛度，從而不會(huì)影響TMD的頻率參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了TMD剛度與阻尼的完全分離。但 目前電滿流阻尼TMD存在磁路過(guò)于簡(jiǎn)單、易漏磁，耐久性低，電滿流阻尼系數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算不準(zhǔn) 確，現(xiàn)場(chǎng)安裝困難等問(wèn)題。 陽(yáng)0化]TMD的減振效果與TMD、主體結(jié)構(gòu)二者之間的頻率調(diào)諧程度密切相關(guān)，為確保減振 效果，一般均要求TMD的頻率具有一定的調(diào)節(jié)余地?，F(xiàn)有TMD的頻率微調(diào)方法主要通過(guò)增減 質(zhì)量實(shí)現(xiàn)，該方法屬于應(yīng)用較為廣泛的常規(guī)技術(shù)，也有通過(guò)增減小彈黃的方式改變TMD的 剛度繼而實(shí)現(xiàn)TMD頻率的調(diào)節(jié)（如專利號(hào)為"201320560965. 7"公開的"擺式調(diào)諧質(zhì)量阻尼 器的頻率調(diào)節(jié)裝置"），但運(yùn)兩種方法均難W實(shí)現(xiàn)TMD頻率的連續(xù)、精確調(diào)節(jié)。
[0006] 此外，對(duì)于新建人行天橋，TMD可W在施工過(guò)程中直接安裝在鋼箱梁內(nèi)部，對(duì)于既 有（正在服役）人行橋?qū)MD直接安裝在鋼箱梁內(nèi)部存在困難。也就是說(shuō)，既有人行橋減 振對(duì)于TMD的安裝空間與方式提出了更高的要求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在服役人行天橋豎向減振用TMD的阻尼元件耐久性差、安 裝不便、頻率調(diào)節(jié)困難等問(wèn)題，提出一種用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器及裝配 方法。
[0008] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，包括下底 板（1)、TMD主體（巧）和調(diào)頻裝置，TMD主體（巧）套裝在固定在下底板（1)上的導(dǎo)軸（11) 上，TMD主體（巧）由套裝在導(dǎo)軸（11)上的螺旋壓黃做支撐，導(dǎo)軸（11)頂端安裝有限位 板巧），在TMD主體（15)的下方設(shè)至少置有兩個(gè)調(diào)頻裝置，所述TMD主體（15)由下向上依 次疊放又五片鋼板a(4)、一片鋼板b巧）、一片鋼板C化）、一片鋼板d(7)和一片鋼板e(cuò)(8); 鋼板a、b的中部形成矩形的鋼板腔室（22);鋼板c(6)的中部預(yù)留有安裝L型永磁鐵固定 板（12)的缺口；L型永磁鐵固定板（12)上安裝有永磁鐵（13)，永磁鐵（13)位于鋼板腔室 (22)內(nèi)；在鋼板腔室（22)內(nèi)的兩個(gè)L型永磁鐵固定板（12)之間安裝有導(dǎo)體銅板（14)，導(dǎo) 體銅板（14)固定安裝在下底板（1)上；在鋼板d(7)的導(dǎo)軸孔內(nèi)（21)內(nèi)設(shè)置有直線軸承 (25)。
[0009] 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述永磁鐵（13)的一種優(yōu)選 為長(zhǎng)方體，同一L型永磁鐵固定板（12)上永磁鐵（13)同磁極布置，不同L型永磁鐵固定板 (12)上永磁鐵（13)異磁極布置。 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，同一L型永磁鐵固定板（12)上的永 磁鐵（13)之間水平凈距為永磁鐵（13)邊長(zhǎng)的0. 4~0. 6倍，豎向凈距為永磁鐵（13)邊長(zhǎng) 的0. 8~1. 2倍。
[0010] 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述調(diào)頻裝置包括升降裝置 (17)、固定在升降裝置（17)上方的支撐磁鐵（16)，W及用來(lái)調(diào)整升降裝置的旋鈕（18)。
[0011] 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述L型永磁鐵固定板（12)的 短肢通過(guò)螺絲（26)固定在鋼板b(5)預(yù)留的槽口上，長(zhǎng)肢緊貼鋼板a、b(4、5)所圍成的方形 鋼板腔室（22)內(nèi)。
[0012] 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述導(dǎo)體銅板（14)下端開孔 通過(guò)兩塊角鋼（20)夾持固定，兩塊角鋼（20)分別與下底板（1)通過(guò)螺栓（19)連接。
[0013] 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述鋼板d(7)的導(dǎo)軸孔（21) 處開有大圓孔，大圓孔孔內(nèi)安裝有直線軸承（25)。 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述鋼板e(cuò)(8)的開孔略大于導(dǎo)軸 (11)直徑，壓在直線軸承（25)上，防止直線軸承（25)從鋼板d(7)滑出。
[0014] 所述的用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，所述鋼板a(4)、鋼板b巧）、鋼 板C化）、鋼板d(7)與鋼板e(cuò)(8)均預(yù)留螺栓孔（23)，通過(guò)長(zhǎng)桿螺栓（24)相連。
[0015] 一種權(quán)利用于天橋的裝配式電滿流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器的制造方法，該制作方法包括 設(shè)計(jì)方法和裝配方法，所述的設(shè)計(jì)方法包括W下步驟： 步驟一：根據(jù)人行天橋的設(shè)計(jì)參量，建立有限元模型，得到人行天橋的一階豎向振動(dòng)頻 率f。與模態(tài)質(zhì)量m^^ 步驟二：確定調(diào)諧質(zhì)量阻尼器（TMD)的調(diào)諧質(zhì)量與模態(tài)質(zhì)量nf的比值y，1%<iK5%; 步驟S:根據(jù)最優(yōu)頻率比 巧最優(yōu)阻尼比 ，確定TMD設(shè)計(jì)頻率 fd=aoptXf〇,阻尼比Cd= ^opt; 步驟四：根據(jù)①TMD調(diào)諧質(zhì)量叫=yXm\ @TMD設(shè)計(jì)剛度kd=mdX(2JTfd)2、③TMD設(shè)計(jì)阻尼系數(shù)Cd= 2mdX2JTfdXCd，確定TMD的物理參數(shù)； 步驟五：TMD剛度的設(shè)計(jì)：豎向TMD剛度元件采用螺旋壓黃，共有兩根，整體設(shè)計(jì)原則是 剛度偏大化，即彈黃總剛度是TMD目標(biāo)設(shè)計(jì)剛度的1. 1倍W上，為后續(xù)頻率下調(diào)預(yù)留必要的 空間；螺旋壓黃的剛度計(jì)算式為：
式中： G表示彈黃鋼的剪切模量； D表示彈黃的中徑；n表示彈黃的有效圈數(shù)； d表示彈黃絲的線徑，且
其中，F(xiàn)表示彈黃的載荷，即TMD的調(diào)諧質(zhì)量塊自重； C表示壓黃的旋繞比，C=D/d，一般取5~8 ; K表示圓截面彈黃絲的曲度系數(shù)，
[T]表示彈黃絲的許用切應(yīng)力；
步驟六：TMD阻尼的初步設(shè)計(jì)：首先選定永磁鐵的型號(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)電滿流阻尼系數(shù)的公式C= 0 0 5SB2確定 導(dǎo)體銅板的尺寸； 式中： 0表示無(wú)量綱的經(jīng)驗(yàn)折減系數(shù)，優(yōu)選取0.8; 曰表示導(dǎo)體的導(dǎo)電系數(shù)； 5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)取永磁鐵的充磁面積之和； B表示導(dǎo)體板位置的主磁感應(yīng)強(qiáng)度，即沿永磁鐵充磁方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度； 步驟屯：TMD阻尼的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)：采