本發明屬于高聳結構減振控制領域，特別涉及一種電渦流阻尼器減振控制裝置，可用于土木工程結構中減振控制。

背景技術：

高聳結構是一種高度較高、橫截面相對較小、橫向荷載起主要作用的細長構筑物，因其形式高挑美觀，被廣泛應用于通訊、電力及化工等眾多領域。相對于普通建筑結構，高聳結構水平剛度偏小，對風荷載和地震作用敏感，易產生較大的靜力和動力反應。

我國是一個風災和地震災害相對頻發的國家，高聳結構在強風或者強震的作用下反應強烈甚至破壞倒塌的事故時常發生，很難滿足其安全性能的要求，造成了巨大的經濟損失。因此提高高聳結構的抗風和抗震性能，減小其在強風或強震下的振動響應，降低風或地震對高聳結構的損害已經成為了結構工程領域的熱門話題。能夠找到一種使高聳在風荷載或地震作用下安全運行的控制裝置，對整個結構工程行業具有重要的現實意義。結構在地震作用或風荷載作用下的運動呈多方向，單純的研究單方向的控振是遠遠不能滿足要求的，因此應從多個方向考慮對結構進行減振控制。

按照控制措施是否需要外部能源，結構振動控制通常分為主動控制、半主動控制、被動控制和混合控制。其中，阻尼器又成為了控制裝置的核心部件，阻尼器選取的質量直接影響著控制能力的好壞。主動控制裝置利用額外能量控制減少結構在地震作用或風荷載下的振動反應，盡管其控制效果好，適應性強，但技術復雜、造價昂貴、維護要求高，工程應用有較大困難。被動控制則沒有外部能量輸入，主要是通過抗震設計改變結構的剛度、阻尼和質量的大小及其在結構體系中的分布，或者改變外荷載的傳遞途徑，以達到控制工程結構地震響應的目的，該方法技術簡便，造價廉潔，實際應用能力強，并且也具有較好的減振效果。目前主要的被動控制裝置有隔震裝置、消能減震裝置和質量調諧TMD裝置等，但目前各種形式的減振器大多僅針對結構某一個方向進行振動控制，考慮地震或者風作用引起結構振動的多維性，這類減振器的振動控制效果難以保證。本發明屬于被動控制裝置，能夠實現高聳結構多個方向上的振動控制，具有較好的減振吸能效果。

技術實現要素：

本發明目的是提供一種電渦流阻尼器減振控制裝置，旨在減小高聳結構在地震作用和風荷載作用下的振動響應，以便達到多維耗能減振的效果。

為了達成上述目的，本發明采用如下技術方案：

電渦流阻尼器減振控制裝置，包括一個套有橡膠外套的箱型結構；在所述的箱型結構內垂直的安置著與箱型結構頂面相連的彈簧擺，所述的彈簧擺能在箱型結構內各個方向擺動，其運動方式為彈簧上下振動與整體擺動兩種運動方式的耦合，當所述彈簧擺滿足內共振時，兩個振動模態強烈耦合，會發生一種振動激發另一種振動，達到非線性吸振效果；所述的彈簧擺包括一個彈簧以及豎直連接在彈簧下端的圓筒結構，在所述的圓筒結構自身水平四個方向以及下端各連接一個磁體，所述的磁體會隨著圓筒結構來回擺動并與箱型結構發生相對運動，會在箱型結構各個面中產生電渦流，并且箱型結構會受到電磁力阻礙相對運動。此過程中主體結構的振動能量會轉化為電熱能耗散掉，有較好的吸振耗能效果。

進一步的，電渦流阻尼器減振控制裝置固定在被控結構的頂部。

進一步的，所述的箱型結構由金屬銅制成，具有良好的導電性。

進一步的，所述的箱型結構外面套有一層橡膠外套，能夠保證與被控結構絕緣。

進一步的，所述的彈簧擺裝置還包括一根穿過彈簧的合金絞線，目的是能夠發生內共振。

進一步的，所述的彈簧采用馬氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高阻尼，超彈性，高耗能等優點，在彈簧中間穿過一根彈性合金絞線，所述的彈性合金絞線采用奧氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高彈性模量和超彈性自復位能力等特點，在彈簧損壞后可以保護圓筒結構，所述的圓筒結構采用鍍鋅銅制成，其有防腐蝕、導磁性小、散熱快的優點。

進一步的，所述的彈簧擺與被控結構的主頻率接近，根據被控結構的頻率來確定彈簧的長度等；這里所述的“接近”是指頻率的相差范圍控制在5％范圍內。

進一步的，所述的位于圓筒結構自身水平方向以及下端的5個磁體為永磁體，能夠產生持續穩定的磁場。

本發明的工作原理如下：

將本裝置固定在高聳結構的頂部，在地震或風荷載作用下，被控結構發生振動或扭轉時，帶動箱型結構一起振動并帶動彈簧擺振動或擺動，此時箱型結構會與彈簧擺形成相對運動，由金屬銅制成的箱型結構相當于導體，有無數的閉合回路，相對運動過程中與圓筒結構連接的永磁體產生的磁感線會在箱型結構的各個面中發生變化，并在箱型結構中產生電渦流，箱型結構會受到電磁力作用，由楞次定律可知，電磁力阻礙相對運動，從而減緩被控結構的振動，從能量轉換的角度看，結構振動的機械能先轉化為箱型結構的電能最終轉化為熱能耗散掉，達到了減震耗能的效果。此外，彈簧擺在運動過程中滿足內共振時，兩個振動模態強烈耦合，會發生一種振動激發另一種振動，達到非線性吸振效果。

本發明的有益效果如下：

本發明屬于被動控制裝置，無需外部能源的輸入，可通過裝置自身對結構進行實時控制，施工技術簡便，造價低廉，安全性能高。

本發明在彈簧擺滿足內共振時，兩個振動模態強烈耦合，會發生一種振動激發另一種振動，達到非線性吸振效果。

本發明通過永磁體產生的磁感線在箱型結構中發生變化，并在箱型結構的各個面中產生電渦流，并且產生的電磁力阻礙振動，從而減緩被控結構的振動，結構振動的機械能先轉化為箱型結構的電能最終轉化為熱能耗散掉，達到了減振耗能的效果。

本發明采用的馬氏體形狀記憶合金彈簧具有高阻尼，超彈性，高耗能等優點；采用的奧氏體形狀記憶合金絞線具有高彈性模量和超彈性自復位能力等特點，能夠起到保護彈簧和圓筒結構的作用。

本發明屬于被動控制裝置，能夠實現在多個方向上以及扭轉方面對高聳結構進行控制，具有較好的減震吸能效果，對結構行業提供了很大的實用價值。

本發明采用板式電渦流原理，具有構造簡單，靈活性高，性價比高，使用方便，維護方便等優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是電渦流阻尼器減振控制裝置結構示意圖。

圖2是電渦流阻尼器減振控制裝置結構俯視圖。

圖中：1箱型結構，2馬氏體形狀記憶合金彈簧，3奧氏體形狀記憶合金絞線，4永磁體，5圓筒結構，6橡膠套。

具體實施方式

以下結合技術方案和附圖詳細敘述本發明的實施方式。

電渦流阻尼器是一種利用電渦流的阻尼效應制成的耗能減振裝置，具有使用壽命長、維護少和易安裝等優點，目前，主要作為調諧質量阻尼器的阻尼元件應用在土木工程結構的振動控制領域。相應的，本發明基于電磁感應原理，在振動過程中會產生電磁阻礙其振動，并且會形成電渦流，將振動的機械能先轉化為電能最終轉化為熱能耗散掉。此外，彈簧擺作為一種非線性系統，其運動方式是彈簧振動和整體擺動兩種模態的耦合。當振動頻率與擺動頻率一致時，滿足了內共振條件，會發生一種振動激發另一種振動的現象，稱為內共振現象，從而達到非線性吸振效果。

本發明提出的電渦流阻尼器減振控制裝置如圖1所示，該裝置可以安裝在高聳結構的頂部；本發明屬于被動控制裝置，無需外部能源的輸入，可通過裝置自身對結構進行實時控制，施工技術簡便，造價低廉，安全性能高；本發明采用板式電渦流原理，具有構造簡單，靈活性高，性價比高，使用方便，維護方便等優點。

具體結構如下：

該減振裝置是由箱型結構1、彈簧2、合金絞線3、永磁體4、圓筒結構5和橡膠套6組成。其中箱型結構1固定于高聳結構的頂端，橡膠套套6在箱型結構1外部，彈簧2和合金絞線3固定在箱型結構1的頂端中央處，合金絞線3穿過彈簧2的中心，合金絞線3和彈簧2的下端均與圓筒結構5頂部中央連接，5個永磁體4固定在圓筒結構5自身水平四個方向以及下端，圓筒結構5可以帶動永磁體在多個方向擺動。

彈簧擺能在箱型結構內各個方向擺動，其運動方式為彈簧上下振動與整體擺動兩種運動方式的耦合，當所述彈簧擺滿足內共振時，兩個振動模態強烈耦合，會發生一種振動激發另一種振動，達到非線性吸振效果。

5個永磁體會隨著圓筒結構來回擺動并與箱型結構發生相對運動，會在箱型結構各個面中產生電渦流，并且箱型結構會受到電磁力阻礙相對運動。此過程中主體結構的振動能量會轉化為電熱能耗散掉，有較好的吸振耗能效果。

本發明通過永磁體產生的磁感線在箱型結構中發生變化，并在箱型結構的各個面中產生電渦流，并且產生的電磁力阻礙振動，從而減緩被控結構的振動，結構振動的機械能先轉化為箱型結構的電能最終轉化為熱能耗散掉，達到了減振耗能的效果。

進一步的，箱型結構1由金屬銅制成，相當于導體，能形成無數的閉合回路。

進一步的，箱型結構外面套有一層橡膠外套，能夠保證與被控結構絕緣。

進一步的，由彈簧2、合金絞線3、圓筒結構5做成的彈簧擺裝置，其運動方式為彈簧上下振動與整體擺動兩種運動方式的耦合，當振動頻率與擺動頻率一致時，滿足了內共振條件，會發生一種振動激發另一種振動的，達到非線性吸振效果。

進一步的，彈簧擺在振動過程中會激發箱型結構中產生電渦流，進而產生電磁力阻礙振動，振動的機械能先轉化為電能最終轉化為熱能耗散掉。

進一步的，彈簧2由馬氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高阻尼，超彈性，高耗能等優點，在彈簧2中間穿過一根彈性合金絞線3，所述的彈性合金絞線3采用奧氏體形狀記憶合金制成，此合金具有高彈性模量和超彈性自復位能力等特點，在彈簧損壞后可以保護圓筒結構。

進一步的，所述的彈簧擺與被控結構的主頻率接近，根據被控結構的頻率來確定彈簧的長度等；這里所述的“接近”是指頻率的相差范圍控制在5％范圍內。

進一步的，圓筒結構5采用鍍鋅銅制成，其有防腐蝕、導磁性小、散熱快的優點，與圓筒結構自身水平方向以及下端的5個磁體為永磁體，能夠產生持續穩定的磁場。

使用時，將本裝置固定在高聳結構的頂部，在地震或風荷載作用下，被控結構發生振動或扭轉時，帶動箱型結構1一起振動并帶動彈簧擺振動或擺動，此時箱型結構1會與彈簧擺形成相對運動，由金屬銅制成的箱型結構1相當于導體，有無數的閉合回路，相對運動過程中與圓筒結構連接的永磁體產生的磁感線會在箱型結構1的各個面中發生變化，并在箱型結構1中產生電渦流，箱型結構1會受到電磁力作用，由楞次定律可知，電磁力阻礙相對運動，從而減緩被控結構的振動，從能量轉換的角度看，結構振動的機械能先轉化為箱型結構的電能最終轉化為熱能耗散掉，達到了減震耗能的效果。此外，彈簧擺在運動過程中滿足內共振時，兩個振動模態強烈耦合，會發生一種振動激發另一種振動，達到非線性吸振效果。

本實施方案中需要注意以下幾個方面：

一、該裝置應設置在被控結構頂部較為開闊的位置，箱型結構會根據地震作用或者風荷載的方向，沿各個方向擺動；

二、彈簧的長度和剛度應根據被控結構的主頻率進行選擇，使其能滿足內共振的條件；

三、彈簧和合金選擇形狀記憶合金，能夠具有較強的自我復位能力，有較好的吸振功能，同時還能保護下端的圓筒結構；

四、圓筒結構表面鍍鋅，防止其在惡劣的天氣情況下受到腐蝕，影響整體的功能性。

本實施方案中，應當根據結構的具體情況確定電渦流阻尼器減振控制裝置的安裝位置和數量，以達到最佳的減振吸能效果。

本發明通過彈簧擺的內共振現象達到非線性吸振效果；通過電磁感應原理，使產生的電磁力減緩振動，使產生的電渦流將結構振動的機械能轉化為電能最終轉化為熱能耗盡，達到耗能的效果。

本發明的上述實施方案并不是對本發明保護范圍的限定，本發明的實施方式不限于此，凡此種根據本發明的上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，對本發明上述結構做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應落在本發明的保護范圍之內。