本技术方案聚焦于建筑结构振动控制,提出了一种新型双向被动调谐质量阻尼器及其调谐方法。该系统由底盘、质量球体、支座、约束装置、连接装置和传力组件构成,质量球体能在底盘上滚动;约束装置为半球形框架,环绕质量球体;支座沿垂直的第一和第二方向设置;传力组件安装于支座,连接装置为可伸缩结构,连接约束装置与传力组件,以减少质量球体随结构振动产生的位移。该设计通过在凹槽底盘上放置单个质量球体,替代传统吊挂球体的摆式TMD,节省空间并提升利用率。此外,该方案有效解决了传统滚动式TMD的失谐问题,实现双向减振效果。
背景技术
目前,针对高层建筑结构风致振动控制问题,采用被动调谐质量阻尼器(TMD)是建筑主体的主要减振手段之一。TMD具有结构简单,且无需外部能量输入的优点,目前已在台湾地区台北101大楼、上海中心大厦等实际工程中应用,在台风等恶劣环境因素下已验证其有效性。
现有的TMD装置其结构形式以摆式TMD为主,摆式TMD的质量部件上方通过绳索吊设,其自振周期与绳长呈正相关,而高层建筑的自振频率往往一阶频率低、周期长,导致传统摆式TMD需要较长的摆长,通常占用建筑内部较大的竖向空间,影响建筑使用率。滚动式TMD在节约建筑空间、构造和安装等方面更具优势,当TMD装置的自振周期与建筑结构的自振周期相近时,能够起到良好的减振效果。但现有的滚动式TMD通常采用多个直径在0.2 m以内的小质量球体分散摆放,未有每个球体直径在1 m以上的,数百吨大体量集中式的构造形式。而基于小质量球体的滚动式TMD在集中摆放时总质量过小,难以满足控制高层建筑的风致振动影响的使用要求。
由于建筑结构在在其全寿命周期内存在局部空间使用功能的调整或结构构件老化的情况,导致建筑结构的自振周期随着建筑的实际使用情况发生变化。现有的滚动式TMD装置自振周期由轨道半径和球体半径决定,其自振周期是固定的,难以与自振周期变化后的建筑结构相匹配,就容易导致TMD装置“失谐”,即由于TMD装置的自振周期与建筑结构的自振周期相差较大,使减振效果变差。
此外,对于常规的建筑结构来说,结构的前两阶模态通常均为平动,且通常平动方向相互垂直。其中第一阶模态相比二阶模态的周期较长,即说明建筑在一阶模态弯曲时截面刚度较小,因此绕该轴弯曲变形的轴被称为弱轴;相应的,二阶模态弯曲时截面刚度较大,因此绕该轴弯曲变形的轴被称为强轴。目前现有的TMD装置大多针对建筑结构的一阶模态进行减振设计,即针对结构绕弱轴弯曲变形的变形模式采取单向减振控制,对于单个质量球体在与对应的单个凹面内实现双向控制的减振性能未得到充分挖掘。
因此,亟需一种双向被动调谐质量阻尼器,能够显著改善传统滚动式TMD装置“失谐”,并实现双向减振效果,同时与摆式TMD相比,又能减少建筑竖向空间占用,能够很好满足高层建筑的减振需求。
实现思路