本發明涉及一種新型非線性減震器。

背景技術：
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由于地震波在地下傳導的過程中，釋放大量的能量，傳統的建筑結構，依靠結構本身的強度、剛度和延性來消耗地震能量。當結構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。如果在結構中安裝一種能大幅度耗掉并瞬間俘獲地震能的附屬子結構，將能量傳至附屬子結構而不再由主體結構承擔，則會有效地減小地震對主體結構的作用及損失；其次減震子結構會改變主體結構在地震作用下的動力反應，削弱以第一階振型為主的地震作用，從而減小結構的位移反應和加速度反應，保證主體結構的穩定與安全。

技術實現要素：
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本發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害，人們提出了結構控制的概念。主動控制由于需要穩定的外部能源，復雜且昂貴的控制系統不易實現。被動控制中的結構隔震有線性減震器和非線性減震器兩種，傳統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難以有效解決振動抑制問題。現提出一種新型非線性減震器，非線性減震器主要由質量塊、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，可以隨主結構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，作為實現靶能量傳遞的非線性減震器，它能夠瞬間俘獲地震能，使結構與其產生瞬間內共振，能量就能以足夠快的速度從結構中提取并單向傳至附屬結構，并在附屬結構內繼續消散而不擴展返回到主體結構，這樣就能夠大大減小地震響應對主要結構的影響。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，性能穩定，加工制作容易。除了可以用于工程結構的層間隔震以及舊有建筑物的抗震改造外，還可以用于航天領域局部減振及機械設備裝置的隔震。因此，具有廣闊的應用前景。

在充分分析新型非線性減震器裝置性能的基礎上，設計并制造了減震器裝置模型，對該模型剛度、系統摩擦系數及阻尼性能進行了研究和理論分析。研究分析結果表明：普通框架結構耗能主要通過結構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構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構的破壞，發揮減震效果；安裝有非線性減震器的框架結構可以有效減小上部結構的加速度響應，并在很大程度上減小上部結構的層間位移角，延長了結構自振周期，具有良好的減震性能。同時，安裝有非線性減震器的框架結構可比普通框架結構按本地區的抗震設防烈度降低一度的要求采取抗震構造措施。

上述的目的通過以下技術方案實現：

新型非線性減震器屬結構隔震控制領域。現有的新型非線性減震器要將其應用于建筑結構中，存在以下問題：

(1)不適于層間位移小的配筋砌體結構；

(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鞭梢效應；

本發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，使該立方體NES振子在往復運動中的快速耗能能力及振動穩定性得到了有效保證；同時非線性彈簧的設置，使該裝置具有自復位和限位功能；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、端部固定構件,2、連接預埋件，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件上，兩側一致。

這個技術方案有以下有益效果：

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

2、新型非線性減震器與傳統線性吸振器不同之處在于其系統的硬化立方剛度，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力與質點位移成三次方比例關系。系統硬化立方剛度可以使NES所吸收的能量不返回到主體結構，另外系統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構傳來的地震能量，振幅穩定，起到了較好的振動耗能控制效果，使主體結構迅速復位。

4、新型減震器應用領域廣泛，在建筑結構中適用于不同結構類型。

5、本發明對結構形式和層數沒有特別限制，施工簡便，但要實現最優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)非線性減震器的質量與主結構質量之比臨界值大于0.056且遠小于1；

(2)非線性減震器的阻尼應小于1/√3倍的主結構固有頻率；

附圖說明：

附圖1是本產品的結構示意圖。附圖標記說明如下：

1、端部固定構件,2、連接預埋件，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、端部固定構件,2、連接預埋件，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件上，兩側一致。

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構房屋，在設計時若將此減震器放在梁中，需在梁中設好預埋件，保證減震器與結構可靠連接，控制其滑道摩擦系數，確保附屬結構吸能水平。

當罕遇地震發生時，減振裝置在強地震工作狀態的同時，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構頻率，從而將主結構頻率傳至減震器中，耗散主結構能量，減小地震對主體結構的作用，并可以進一步延長結構的自振周期。

新型減震器的作用是：能在寬頻范圍內迅速吸收地震動產生的能量，并能將其轉換為減震系統的阻尼耗能，能從根本上減少結構所需要通過構件損傷以及結構位移作為代價來消耗的大量地震能，從而來減輕結構的塑性損傷，同時可確保結構不會被地震作用破壞，在不增加結構的剛度和延性的基礎上，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構的梁跨中底部位置，可按下列順序布置減震器：

(1)設計框架結構；

(2)在梁跨中底部設置預埋件；

(3)將預埋件與非線性減震器兩端的固定構件連接；

(4)硅膠阻尼墊用螺栓固定在兩端固定構件上，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件上；

(7)非線性剛性彈簧一端焊接在固定構件上，一端焊接在NES振子上，兩側一致。