適用于大跨空間結構的三維彈簧阻尼減震系統的制作方法

本發明涉及減隔震設備領域，具體涉及一種適用于大跨空間結構的三維彈簧阻尼減震系統。

背景技術：

中國地處兩條主要的地震帶-歐亞地震帶和環太平洋地震帶之間，是世界上遭受到地震危害最為嚴重的國家之一。歷史上，在長江三角洲和珠江三角洲曾經多次發生6級以上的強震，在京津環渤海地區，近300年來，平均每44年就發生一次7級以上的大地震。隨著城市化進程的加快，大量的國民財富快速的向城市及城市群地區集中。而我國三分之一以上的已建或擬建的城市群位于可能會發生7級以上大地震的地區。城市內結構、設備和館藏文物的破壞而引起的經濟損失和人員傷亡將對國家安全和社會穩定造成巨大的沖擊。地震是由于地殼巖層處于復雜的應力狀態中，隨著地殼的不斷變化，地應力的作用超過某處巖層的極限強度時，巖層就會發生突然的斷裂和錯動，從而引起震動，并以彈性波的形式傳到地表，引起地表附近的具有一定質量的物體產生慣性力，當物體本身具有的抵抗這種慣性作用的抗震能力不足時，物體發生破壞。而當地震的卓越周期和物體的自振周期比較接近時，物體的破壞就將更加嚴重。通過對物體設置一定的隔震裝置可以改變物體的自振周期，避開地震的卓越周期，從而顯著降低作用于物體的慣性力，降低物體在地震作用下的破壞程度。

傳統的減隔震技術一般分為兩大類：一類是通過隔震裝置的設置來延長結構的自振周期，降低上部結構的地震反應；另一類是通過在結構與基礎的連接處設置耗能的裝置，消耗地震對結構的能量輸入，從而減小輸入到結構中的地震能量，降低地震作用的破壞。目前這兩種技術均取得了較好的應用。對于大跨空間結構來說，由于其受理機理復雜，在地震過程中三個正交方向的參與度均不容忽視，因此隔震的應用非常困難。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術中存在的上述問題，提供一種適用于大跨空間結構的三維彈簧阻尼減震系統，通過在結構球節點上設置附加質量系統，利用附加質量塊的運動耗散輸入的地震動能量，從而增加大跨空間結構的抗震能力。

為實現上述技術目的，達到上述技術效果，本發明是通過以下技術方案實現：

一種適用于大跨空間結構的三維彈簧阻尼減震系統，包括結構桿件、節點連接螺栓、結構球節點、搖擺桿、局部振動控制質量塊、局部振動連接彈簧、固定圈、整體振動連接彈簧、整體振動控制質量塊、螺紋套筒和轉動球，所述結構球節點通過節點連接螺栓與結構桿件連接，所述結構球節點通過內置螺紋與螺紋套筒固定連接，所述搖擺桿一端通過轉動球限制在螺紋套筒的內槽，另一端與固定圈固定連接，所述螺紋套筒的內槽、轉動球與鉸接組件共同構成便于搖擺桿擺動及轉動的鉸接機構，所述固定圈一端與局部振動連接彈簧連接，另一端與整體振動連接彈簧連接，所述局部振動連接彈簧與局部振動控制質量塊連接，所述整體振動連接彈簧與整體振動控制質量塊連接。

進一步地，所述固定圈與搖擺桿固定連接，即固定圈在搖擺桿上的位置固定。

進一步地，所述搖擺桿通過調整實際工作長度，實現水平整體振動的最優控制；搖擺桿的實際工作長度即搖擺桿頂端面到整體振動控制質量塊下端面的長度。

進一步地，所述局部振動控制質量塊通過局部振動連接彈簧與固定圈進行連接，能夠調整彈簧質量系統的參數設置，實現豎向局部振動的最優控制。

進一步地，所述整體振動控制質量塊通過整體振動連接彈簧與固定圈進行連接，能夠彈簧質量系統的參數設置，實現豎向整體振動的最優控制。

進一步地，所述結構球節點沿水平方向的周部均勻連接有四根結構桿件，下部設有一根搖擺桿。

本發明的有益效果是：

本發明在實現水平減震的同時能夠實現豎向減震，對必須實現水平及豎向減震的大跨空間結構提供三向減震保護，最大限度地耗散輸入到大跨空間結構中的地震能量，降低大跨空間結構在三個方向上的動力響應，有效保障大跨空間結構的安全。

當然，實施本發明的任一產品并不一定需要同時達到以上所述的所有優點。

附圖說明

為了更清楚地說明本發明實施例的技術方案，下面將對實施例描述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為本發明三維彈簧阻尼減震系統的立體結構示意圖；

圖2為本發明三維彈簧阻尼減震系統的俯視結構示意圖；

圖3為本發明三維彈簧阻尼減震系統的主視結構示意圖；

圖4為本發明中結構球節點的立體結構示意圖；

圖5為本發明省略結構球節點后的立體結構示意圖；

圖6為圖5結構的俯視結構示意圖；

圖7為圖5結構省略螺紋套筒后的立體結構示意圖；

圖8為圖7結構的俯視結構示意圖；

附圖中，各標號所代表的部件列表如下：

1-結構桿件，2-節點連接螺栓，3-結構球節點，4-鉸接機構，5-搖擺桿，6-局部振動控制質量塊，7-局部振動連接彈簧，8-固定圈，9-整體振動連接彈簧，10-整體振動控制質量塊，11-內置螺紋，12-螺紋套筒，13-轉動球。

具體實施方式

下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發明保護的范圍。

請參閱圖1-8所示，本實施例為一種適用于大跨空間結構的三維彈簧阻尼減震系統，包括結構桿件1、節點連接螺栓2、結構球節點3、搖擺桿5、局部振動控制質量塊6、局部振動連接彈簧7、固定圈8、整體振動連接彈簧9、整體振動控制質量塊10、螺紋套筒12和轉動球13。結構球節點3通過節點連接螺栓2與結構桿件1連接，結構球節點3通過內置螺紋11與螺紋套筒12固定連接，搖擺桿5一端通過轉動球13限制在螺紋套筒12的內槽，另一端與固定圈8固定連接，螺紋套筒12的內槽、轉動球13與鉸接組件共同構成便于搖擺桿5擺動及轉動的鉸接機構4，固定圈8一端與局部振動連接彈簧7連接，另一端與整體振動連接彈簧9連接，局部振動連接彈簧7與局部振動控制質量塊6連接，整體振動連接彈簧9與整體振動控制質量塊10連接。

其中，結構球節點3沿水平方向的周部均勻連接有四根結構桿件1，下部設有一根搖擺桿5。

其中，固定圈8與搖擺桿5固定連接，搖擺桿5通過調整實際工作長度，實現水平整體振動的最優控制。局部振動控制質量塊6通過局部振動連接彈簧7與固定圈8進行連接，能夠調整彈簧質量系統的參數設置，實現豎向局部振動的最優控制。整體振動控制質量塊10通過整體振動連接彈簧9與固定圈8進行連接，能夠彈簧質量系統的參數設置，實現豎向整體振動的最優控制。

本實施例的一個具體應用為：大跨空間結構可以通過球節點內置螺紋11直接與螺紋套筒12連接，從而實現三維彈簧阻尼減震系統的安裝。此減震系統在非地震狀態時處于平衡位置，在地震作用發生時，水平向輸入的地震能量通過局部振動控制質量塊6和整體振動控制質量塊10產生的附加質量的水平向擺動而耗散；豎向輸入的地震能量產生的局部震動通過局部振動控制質量塊6的運動而耗散，豎向輸入的地震能量產生的整體震動通過整體振動控制質量塊10的運動而耗散；地震發生后，結構重新達到平衡狀態。

在本說明書的描述中，參考術語“一個實施例”、“示例”、“具體示例”等的描述意指結合該實施例或示例描述的具體特征、結構、材料或者特點包含于本發明的至少一個實施例或示例中。在本說明書中，對上述術語的示意性表述不一定指的是相同的實施例或示例。而且，描述的具體特征、結構、材料或者特點可以在任何的一個或多個實施例或示例中以合適的方式結合。

以上公開的本發明優選實施例只是用于幫助闡述本發明。優選實施例并沒有詳盡敘述所有的細節，也不限制該發明僅為所述的具體實施方式。顯然，根據本說明書的內容，可作很多的修改和變化。本說明書選取并具體描述這些實施例，是為了更好地解釋本發明的原理和實際應用，從而使所屬技術領域技術人員能很好地理解和利用本發明。本發明僅受權利要求書及其全部范圍和等效物的限制。