本發(fā)明涉及一種懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器，在一個或多個充滿液體的阻尼器單元內(nèi)部懸浮多個內(nèi)置顆粒物的球組成的顆粒群，通過嵌套型顆粒群之間的碰撞、摩擦，大小球之間的彈簧振動和內(nèi)部液體的不斷晃蕩來吸收并耗散地震的能量，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）振動控制領域。

背景技術：

近年來，隨著高層建筑的迅速發(fā)展，其地震震動、風振振動問題得到了廣泛的關注與研究。其中，通過顆?！Y(jié)構(gòu)、顆粒—顆粒之間的非彈性碰撞與摩擦來實現(xiàn)動量交換及結(jié)構(gòu)能量耗散的顆粒阻尼器，具有對原系統(tǒng)改動小、可靠度高、耐久性好、對溫度變化不敏感、易于用在惡劣環(huán)境等優(yōu)點，受到了廣大土木工程研究人員的重視。

然而，目前常見的顆粒阻尼器仍存在著一定的不足：首先，傳統(tǒng)的顆粒阻尼器內(nèi)顆粒堆疊在一起，這樣大大減小了顆粒的碰撞效率，減振效果不佳；其次，由于顆粒阻尼器需要的起振力大，起振點高，對起振點以下的激勵減振效果不明顯。此外，顆粒阻尼器在工作時會產(chǎn)生較大的噪聲，而噪聲的產(chǎn)生與顆粒的數(shù)量及質(zhì)量密切相關。因此，在現(xiàn)有顆粒阻尼器的基礎上加以改進，采用內(nèi)置顆粒物并彈性連接的大小球作為顆粒群，懸浮在阻尼器的內(nèi)部液體中，可以有效分散懸浮球，起到增大碰撞效率和內(nèi)部液體的晃蕩頻率的效果。同時，內(nèi)部液體的包裹可以吸收一定的碰撞噪聲，內(nèi)部液體的晃蕩也可以解決顆粒阻尼器起振點低的問題，這對于實際工程的減震控制有著重大的意義。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決傳統(tǒng)顆粒阻尼器碰撞效率低、起振點低，以及工作中產(chǎn)生較大的噪聲的問題，本發(fā)明的目的在于提出一種懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器，該裝置在發(fā)揮傳統(tǒng)顆粒阻尼器的優(yōu)勢的基礎上加以改進，即在一個或多個充滿液體的阻尼器腔體內(nèi)部，放置多個雙層嵌套的懸浮球，同時附加緩沖材料。本阻尼器構(gòu)造簡單、消能減震效果好。在風或/和地震的作用下，通過顆粒單元體內(nèi)部顆粒與顆粒、顆粒單元群與腔體單元內(nèi)壁、顆粒單元群與內(nèi)部液體之間的不斷相互碰撞和摩擦，以及液體不斷晃蕩來吸收并耗散地震的能量。顆粒單元群的懸浮狀態(tài)可以提高顆粒間的碰撞效率和內(nèi)部液體的晃蕩頻率，顆粒單元體內(nèi)部大小球之間的彈簧以及顆粒單元體內(nèi)部的顆粒物之間發(fā)生的二次碰撞也可以增加能量的耗散。同時，緩沖材料的引入可以提高阻尼器的阻尼能力。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取如下技術方案。

一種懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器，包括阻尼器腔體單元1、嵌套型顆粒群2、內(nèi)部液體3和緩沖材料4，其中：阻尼器腔體單元1為長方體或圓柱體結(jié)構(gòu)；阻尼器腔體單元1內(nèi)部被內(nèi)部液體3填充滿，阻尼器腔體單元1的內(nèi)壁和底部鋪設有緩沖材料4；阻尼器腔體單元1中的內(nèi)部液體3中懸浮有若干嵌套型顆粒群2；所述嵌套型顆粒群2由相同的雙層嵌套的懸浮球組成，所述懸浮球由大球和小球組成，大球套于小球外，且大球和小球之間通過彈簧固定連接，小球內(nèi)部由空氣和顆粒物所填充；在風或/和地震的作用下，通過嵌套型顆粒群2之間的碰撞、摩擦，和內(nèi)部液體3的不斷晃蕩來吸收并耗散地震的能量；懸浮球中小球內(nèi)的顆粒物發(fā)生的二次碰撞以及嵌套型顆粒群2的懸浮狀態(tài)可以提高顆粒群的碰撞效率和內(nèi)部液體3的晃蕩頻率。

本發(fā)明中，所述懸浮球的大球和小球的材質(zhì)與小球內(nèi)部顆粒物的材料均為鋼材、混凝土、玻璃、石灰石、硅膠或陶瓷中的任意一種或多種；懸浮球的大球直徑為80mm-110mm，小球直徑為20mm-50mm，大球內(nèi)部填充物的體積與質(zhì)量應使懸浮球恰好懸??；嵌套型顆粒群2在水平面的投影面積為阻尼器腔體單元1水平面積的30%-70%，嵌套型顆粒群2的體積為阻尼器腔體單元1體積的5%-20%。

本發(fā)明中，所述內(nèi)部液體3包括水、甘油、油和酒精或其他液體材料。

本發(fā)明中，所述緩沖材料4包括橡膠、泡沫塑料、記憶合金或針織棉或其他緩沖材料。

本發(fā)明中，若干個懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器可以組合使用，懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器水平或豎直設置。

本發(fā)明中，阻尼器腔體單元1為長方體或圓柱體結(jié)構(gòu)。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點如下：

1）本發(fā)明中由內(nèi)置顆粒物的雙層嵌套懸浮球代替?zhèn)鹘y(tǒng)的顆粒，與傳統(tǒng)顆粒阻尼器相比，顆粒之間的碰撞更激烈，碰撞效率更高。

2）本發(fā)明中的嵌套顆粒群懸浮在阻尼器腔體單元的內(nèi)部液體中，有效降低了阻尼器在工作時產(chǎn)生的噪音，并降低了阻尼器的起振點，使之可以在低頻率的振動中更好的工作。也增大了內(nèi)部液體的晃蕩頻率。

3）本發(fā)明的阻尼器腔體單元構(gòu)造簡單，可以放在結(jié)構(gòu)體的任意單元。放在結(jié)構(gòu)物的頂部，可以作為蓄水池等功能利用。且布置位置靈活，適用于不同方向的地震作用，達到了更好的減震效果。

附圖說明

圖1為本發(fā)明懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器正立面圖；

圖2為本發(fā)明懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器側(cè)立面圖；

圖3為本發(fā)明懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器俯視圖。

圖4為本發(fā)明懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器中的雙層嵌套顆粒單元體的正視圖。

圖中標號：1為阻尼器腔體單元，2為嵌套顆粒群，3為內(nèi)部液體，4為緩沖材料，5為彈簧，6為內(nèi)顆粒物。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的具體實施方式。

實施例1：如圖1所示，為本發(fā)明的一種懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器實施例，其主要包括阻尼器腔體單元1、在內(nèi)部液體中懸浮的嵌套顆粒群2、內(nèi)部液體3和緩沖材料4。

阻尼器腔體單元1是由5mm-10mm厚的鋼板焊接而成的長方體或圓柱體形的空腔，通過一定的方式與結(jié)構(gòu)固定。阻尼器腔體單元1充滿著內(nèi)部液體3（比如水、甘油、油或酒精）。嵌套型顆粒群2由雙層嵌套的懸浮球所組成，組成所述懸浮球的大小球的外部材料與內(nèi)部顆粒物的材料為鋼材、混凝土、玻璃、石灰石、硅膠或陶瓷中的任意一種或多種。懸浮球的大球直徑80mm-110mm，小球直徑為20mm-50mm，大小球之間通過彈簧固定連接，小球的內(nèi)部填充物的體積與質(zhì)量應使懸浮球恰好懸浮（通過一定的分析求解就可以求得）。嵌套型顆粒群2在水平面的投影面積為阻尼器腔體單元1水平面積的30%-70%，嵌套型顆粒群2的體積為阻尼器腔體單元1體積的5%-20%。阻尼器腔體單元1內(nèi)壁和底部上貼上緩沖材料4（比如5mm厚的橡膠、泡沫塑料或針織棉）。

技術特征：

技術總結(jié)
本發(fā)明涉及一種懸浮嵌套型調(diào)諧液體顆粒阻尼器，包括阻尼器腔體單元、緩沖材料、嵌套型顆粒群和內(nèi)部液體。阻尼器腔體單元為一個或若干個，嵌套型顆粒群由圓若干個雙層嵌套的懸浮球組成，大小球之間用彈簧固定連接，小球內(nèi)部都由空氣和顆粒物所填充。通過調(diào)節(jié)空氣和顆粒物的比例來使之懸浮，并作為一個相對獨立的微小阻尼器。阻尼器腔體單元內(nèi)部充滿液體，其內(nèi)壁和底部鋪設有緩沖材料。在風或/和地震的作用下，通過顆粒單元體內(nèi)部顆粒與顆粒、顆粒單元群與腔體單元內(nèi)壁、顆粒單元群與內(nèi)部液體之間的不斷相互碰撞和摩擦，以及液體不斷晃蕩來吸收并耗散地震的能量。顆粒單元群的懸浮狀態(tài)可以提高顆粒間的碰撞效率和內(nèi)部液體的晃蕩頻率，緩沖材料的引入可以提高阻尼器的阻尼能力。

技術研發(fā)人員：魯正;徐迪璐;楊可;劉吉林
受保護的技術使用者：同濟大學
技術研發(fā)日：2017.04.14
技術公布日：2017.07.07