本發明屬于土木工程的抗風、抗震和減振技術領域，具體涉及一種多閾值控制型調諧質量阻尼器。

背景技術：

近些年國內外發生破壞性較大的地震災害已屢見不鮮，這嚴重威脅著人類賴以為生的建筑物及構筑物，如何提高土木工程地震安全性意義重大。在傳統的抗震方法中，地震能量的消耗往往都是通過主體結構本身的非彈性狀態來消耗的。因此，新型抗震減振技術的應用和推廣成為了十分重要的發展方向。

高聳結構受風、地震等動力荷載作用后，會引起結構動力響應，而通過在結構上加裝吸振器可以有效地抑制結構的振動。然而傳統線性吸振器(例如TMD)有很大的局限性，因為它通常只在一個特定的頻率附近具有良好的吸振效果，傳統動力吸振器適用頻帶較窄，只有多個吸振器聯合作用才能實現多模態控制。

近些年，隨著非線性振動學特性的研究越來越深入，應用非線性吸振器進行振動能量的衰減和吸收開始引起學者們的興趣。非線性吸振器具有多種吸振原理，如不規則弱耦合振子間的模態局部化、內共振等。尤其是非線性能量阱（一種含有硬化立方非線性剛度的新型非線性吸振振子命名為非線性能量阱）在振動控制領域的研究有了廣泛和深入的發展。非線性能量阱應用到振動抑制中,則在無阻尼條件下,振動或者其他形式的能量會在主結構與非線性附屬結構間振蕩,在附加阻尼以后,能量在向非線性附屬結構傳遞的過程中會在阻尼作用下耗散,從而不會返回主結構。

金屬橡膠是一種適用性強的多功能性阻尼結構材料，其是由金屬絲卷成螺旋形，經過編織，加壓成型的金屬材料，具有高彈性、高阻尼、重量輕、環境適應性強、孔隙度可控、易于成型、熱機械性能好等特點。

顆粒阻尼技術是一種利用在振動體中有限封閉空間內填充的微小顆粒之間的摩擦和沖擊作用消耗系統振動能量的一種減振技術。顆粒阻尼技術具有應用環境范圍廣, 對原結構改動小, 布置位置非常靈活，產生的附加質量小, 不影響結構使用，減振效果顯著等優點。所用顆粒取材廉價方便, 一些普通建筑材料, 如鋼球、沙子、石子等均可適用。

綜上所述，為了改進傳統減震控制的不足并充分利用新型減震材料和控制理念，本發明提出了一種多閾值控制型調諧質量阻尼器，本案由此產生。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種多閾值控制型調諧質量阻尼器，以實現達到減振效率高、時間短、吸振頻帶寬的效果，有效的抑制結構的整體振動。

為實現上述目的，本發明具體提供的技術方案為：一種多閾值控制型調諧質量阻尼器，包括：固定擋板、連接桿、金屬橡膠桿、彈簧、粘滯阻尼器、顆粒阻尼容器、斜擋板、滑動鋼板、顆粒阻尼、滑軌。金屬橡膠桿通過連接桿分別與固定擋板和顆粒阻尼容器相連接，彈簧通過連接桿分別與固定擋板和滑動鋼板相連接，粘滯阻尼器通過連接桿分別與固定擋板和顆粒阻尼容器相連接，顆粒阻尼容器內設置為多層，每一層放置不同粒徑的顆粒阻尼，每一層的兩側放置斜擋板，底層為滑動鋼板，斜擋板傾斜放置一端固定在顆粒阻尼容器內側，一端與滑動鋼板相連接，滑動鋼板通過滑軌固定于顆粒阻尼容器內側。

金屬橡膠桿通過預先拉緊實現硬化立方非線性剛度，金屬橡膠桿的預應力大小控制在其極限抗拉強度的40%之內，作為非線性能量阱實現寬頻吸振的特性。

金屬橡膠桿通過連接桿分別與固定擋板和顆粒阻尼容器相連接，在顆粒阻尼容器的兩側對稱分布多個金屬橡膠桿，在受風、地震等動力荷載作用下，金屬橡膠桿通過寬頻吸振特性進行吸振。

彈簧通過連接桿分別與固定擋板和滑動鋼板相連接，在顆粒阻尼容器的兩側對稱分布多個具有不同彈性極限的彈簧，其彈性極限值即為預設位移閾值。

粘滯阻尼器通過連接桿分別與固定擋板和顆粒阻尼容器相連接，在顆粒阻尼容器的兩側對稱分布粘滯阻尼器，在受風和地震等動力作用下，粘滯阻尼器提供基本的阻尼比和耗能能力。

顆粒阻尼容器內設置為多層，每一層放置不同粒徑的顆粒阻尼，在受風和地震等動力作用下，每一層的顆粒阻尼之間通過碰撞、運動和摩擦，產生耗能能力和阻尼效果，從而減小結構的動力響應。

顆粒阻尼容器每一層的兩側放置斜擋板，底層為滑動鋼板，斜擋板傾斜放置，兩端分別固定在顆粒阻尼容器內側和滑動鋼板上。滑動鋼板通過滑軌固定于顆粒阻尼容器內側，滑動鋼板咬合的部位設置成互補的缺口型，缺口長度為設置位移閾值，當滑動鋼板發生滑動時保證顆粒阻尼先掉落在咬合部位不致立即掉落到下一層，提供緩沖作用。

當滑動鋼板在地震下的位移超過設定的閾值位移或彈簧的彈性極限時，上層的顆粒阻尼能夠逐漸掉落下一層，如此層層遞進，不同粒徑的顆粒阻尼會隨著結構整體位移的增加而逐漸聚集，不同粒徑的顆粒阻尼通過發生運動、碰撞和摩擦，從而產生更強的耗能能力和阻尼性能。

與現有技術相比，本發明的優點如下：

1）本發明采用金屬橡膠桿作為非線性能量阱，金屬橡膠桿是由金屬絲卷成螺旋形，經過編織，加壓成型的金屬材料，具有高彈性、高阻尼、重量輕、環境適應性強、孔隙度可控、熱機械性能好等特點，金屬橡膠桿通過預先拉緊實現硬化立方非線性剛度，在受風、地震等動力荷載作用下，金屬橡膠桿通過寬頻吸振特性進行吸振，從而達到減振效率高、時間短、吸振頻帶寬的效果，減小結構的動力響應。

2）本發明采用的金屬橡膠桿和粘滯阻尼器都具有非線性阻尼的特性，在風震，地震荷載作用下都能發揮更好的阻尼效果，耗能更多更大的地震能量。

3）本發明采用顆粒阻尼容器各層放置不同粒徑的顆粒阻尼，在地震荷載作用下，各層的顆粒阻尼之間通過運動、碰撞和摩擦產生阻尼效果，吸收一定頻率的振動，隨著結構整體位移的增大，不同粒徑的顆粒阻尼逐漸聚在一起，通過運動、碰撞和摩擦會產生不同的耗能能力和阻尼效果，吸收更寬頻帶的振動，達到更佳的減振效果。

4）本發明采用滑動鋼板和具有不同彈性極限的彈簧來控制不同粒徑的顆粒阻尼何時聚到一起，保證顆粒阻尼可以隨地震荷載強度的變化而提供不同頻率的吸振能力。

5）本發明采用多個金屬橡膠桿和粘滯阻尼器對稱分布在顆粒阻尼容器兩側，結構整體無論發生那個方向的位移，都可以提供更好的耗能能力和減振效果。

附圖說明

圖1為本發明裝置的立體圖；圖2為本發明裝置的正視圖；圖3為本發明裝置滑動鋼板和斜擋板詳圖；圖4為本發明裝置滑動鋼板和滑軌詳圖。

圖中：１－固定擋板、２－連接桿、3－金屬橡膠桿、4－彈簧、5－粘滯阻尼器、6－顆粒阻尼容器、7－斜擋板、8－滑動鋼板、9－顆粒阻尼、10－滑軌。

具體實施方式

實施例1：

下面結合附圖詳細說明本發明的具體實施方式。

如圖1-4所示，本發明揭示的是一種多閾值控制型調諧質量阻尼器，包括固定擋板1、連接桿2、金屬橡膠桿3、彈簧4、粘滯阻尼器5、顆粒阻尼容器6、斜擋板7、滑動鋼板8、顆粒阻尼9、滑軌10；

金屬橡膠桿3通過連接桿2分別與固定擋板1和顆粒阻尼容器6相連接，彈簧4通過連接桿2分別與固定擋板1和滑動鋼板8相連接，粘滯阻尼器5通過連接桿2分別與固定擋板1和顆粒阻尼容器6相連接，顆粒阻尼容器6內設置為多層，每一層放置不同粒徑的顆粒阻尼9，每一層的兩側放置斜擋板7，底層為滑動鋼板8，斜擋板7傾斜放置一端固定在顆粒阻尼容器6內側，一端與滑動鋼板8相連接，滑動鋼板8通過滑軌10固定于顆粒阻尼容器6內側。

金屬橡膠桿3通過連接桿2分別與固定擋板1和顆粒阻尼容器6相連接。

彈簧4通過連接桿2分別與固定擋板1和滑動鋼板8相連接，在顆粒阻尼容器6的兩側對稱分布有彈簧4，其彈性極限值即為預設位移閾值。

粘滯阻尼器5通過連接桿2分別與固定擋板1和顆粒阻尼容器6相連接；顆粒阻尼容器6內設置為多層，每一層放置不同的粒徑的顆粒阻尼9。

對于一個層數為15、層高為3.0m的建筑結構，平面尺寸為28m×16m，在建筑結構頂部安裝該具有非線性能量阱和非線性復合顆粒阻尼的多閾值控制型調諧質量阻尼器。

一種多閾值控制型調諧質量阻尼器實施步驟如下：

1）固定擋板和連接桿采用Q345鋼，金屬橡膠桿通過連接桿分別與固定擋板和顆粒阻尼容器相連接，彈簧通過連接桿分別與固定擋板和滑動鋼板相連接，粘滯阻尼器通過連接桿分別與固定擋板和顆粒阻尼容器相連接，它們之間采用焊接的方式連接。

2）作為非線性能量阱的金屬橡膠桿是由金屬絲卷成螺旋形，經過編織，加壓成型的金屬材料，具有高彈性、高阻尼的特性，在顆粒阻尼容器的兩側各對稱布置兩個具有不同尺寸的金屬橡膠桿，尺寸分別為20×5×5cm、30×8×8cm，金屬橡膠桿預應力的大小控制在其極限抗拉強度的25%，同樣在顆粒阻尼容器的兩側各對稱布置兩個具有不同彈性極限值的彈簧，其彈性極限值即為預設位移閾值，粘滯阻尼器對稱布置在金彈簧下面。

3）長方體顆粒阻尼容器的尺寸選為1.5×0.5×0.7m，顆粒阻尼容器內劃分為三層，底層層高為0.3m，第二、三層層高為0.2m，第二、三層兩側分別布置斜擋板，斜擋板厚20mm，選用Q345鋼，斜擋板傾斜角度為30度（與滑動鋼板的夾角），斜擋板焊接在顆粒阻尼容器內側和滑動鋼板表面上。

4）顆粒阻尼容器的第二、三層的底層為滑動鋼板，選用Q345鋼，厚為40mm，滑動鋼板的兩端通過焊接在連接桿上與彈簧相連接，每層有兩塊滑動鋼板，在它們的咬合部位設置成互補的缺口形狀，缺口長等于相應的位移閾值，設置缺口長分別50mm、80mm，高20mm。

5）滑軌通過高強度螺栓固定在顆粒阻尼容器內側，并將滑動鋼板置于滑軌的凹槽里，在滑軌的凹槽里涂抹一層潤滑劑，保證滑動鋼板需要滑動時可以順利滑動。

6）顆粒阻尼容器每層放置的顆粒阻尼選用不同粒徑的鋼球，但是每層顆粒阻尼的直徑相同，底層顆粒直徑為0.05m，第二層為0.03m，第三層為0.02m。

7）通過模態測試技術獲得試結構頻率，適當增減顆粒的數量和粒徑比例從而改變阻尼器的質量，最終使阻尼器自振頻率與結構基本頻率相吻合。

8）各構件按圖示的位置擺放連接固定好，就可以作為阻尼器用在建筑結構上，在地震作用下發揮很好的耗能減振的功效。

以上為本發明的一個典型實施例，但本發明的實施不限于此。