【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及工程结构振动控制，尤其是涉及一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器。
技术介绍
1、质量调谐减振技术在结构振动控制技术中是一种较为成熟的技术，因其具有可仅通过单端安装于主结构振幅较大处，活动端不需与结构相连的特性，在大跨结构、高耸结构的振动控制中获得了广泛应用。
2、质量调谐类减振产品在土木工程中应用时其一般被称为调谐质量阻尼器(tunedmass damper，以下简称tmd)，由于土木工程项目现场的特点，不需额外提供能源的被动式调谐质量阻尼器以及仅需在较小时间段内提供少量能源以调节部分参数的半主动式调谐质量阻尼器是当前土木结构控制领域使用频率最高、范围最广的质量调谐类减振装置。
3、tmd其工作机理为将产品基频调试至与主结构某一阶所需控制基频接近，当主结构在大风、异常车载、地震等外载下产生振动时，质量块由于惯性会被动以与主结构此阶基频成一定相位差的同频共振，通过同频吸振将结构动能转换为质量块的动能并通过自身阻尼单元消耗，从而减小主结构的振幅。
4、为达到同频共振的效果，调谐质量阻尼器在质量块的重量m(kg)确定后，其刚度通过其所需控制的结构某阶基频f(hz)计算，计算公式为：k＝(2·π·f)2·m。质量块重量在重力加速度g(一般取g＝9.807m/s2)下产生的重力为g＝m·g(n)，因此可计算得到质量块放置在刚度原件上产生的初始静压缩量可见其初始静压缩量与质量块重量无关，当假设重力加速度g＝9.807m/s2，π＝3.14159时，其初始静压缩量仅与基频f(
5、同时，大跨结构，如大跨悬索桥，其往往存在多阶低频模态，其可能在不同的外载工况下被激起，而当使用tmd控制其振动时，竖向超低频调谐质量阻尼器因其尺寸更难以现场调节以满足可能出现的不同频率的控制需求甚至难以精确调试到单个目标频率，这是大跨结构竖向超低频调谐质量阻尼器的另一需要解决的实际工程问题。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本专利技术的目的是提供一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，通过引入负刚度机制，以在实现低频运动的同时减少静压缩量以及可通过调节负刚度的大小从而在较大范围实现现场无极调节频率，使其可控制多阶低频模态；进一步的，通过引入监测系统及控制系统，可实现自动监测及频率调节；从而可将竖向超低频调谐质量阻尼器的体积减小并且提升适用范围。
2、本专利技术的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器通过使用刚度大于理论计算值的竖向弹簧承载质量块，使其仅产生较小的初始静压缩量即达到平衡位置；当质量块达到平衡位置静止后，四周对称安装含水平预压弹簧的水平向可调节预压负刚度组件，其在质量块离开平衡位置上下振动时，产生使质量块更趋于离开平衡位置的负刚度，以抵消部分竖向弹簧的正刚度，从而以最终在一定行程内达到所需的等效动刚度。同时，含水平预压弹簧的水平向可调节预压负刚度组件可实时调节，通过调节水平预压弹簧的预压缩量从而调节负刚度，以实现不同的等效动刚度以满足不同频率的控制需求；进一步的，本专利技术通过引入结构振动传感监测器(与外部控制系统相连接)，可实现整体结构振动情况的自动监测及频率调节。
3、本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
4、本专利技术提供一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器(当主结构在外在激励下产生振动时调谐质量阻尼器起到减振的作用)，安装于需要振动控制的主结构之上，使用时与外部控制系统相连接，所述基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器包括底板、竖向弹簧组件、阻尼组件、水平向可调节预压负刚度组件、质量块和结构振动传感监测器；
5、所述底板设置于主结构上表面，所述竖向弹簧组件和阻尼组件间隔设置于底板上表面的中心位置；所述水平向可调节预压负刚度组件设置于底板上表面的端部，并通过质量块与竖向弹簧组件和阻尼组件相连接；所述结构振动传感监测器设置于主结构的上表面，并设置于底板的一侧；
6、其中，所述质量块设置于竖向弹簧组件和阻尼组件的上表面；水平向可调节预压负刚度组件和结构振动传感监测器均允许与外部控制系统相连接；
7、所述底板用于支撑竖向弹簧组件、阻尼组件、质量块和水平向可调节预压负刚度组件；
8、所述竖向弹簧组件用于提供正刚度(质量块回到其静止平衡位置的与振幅相关的作用力)；
9、所述阻尼组件用于将质量块吸收的结构动能转化为热能进行耗散；
10、所述水平向可调节预压负刚度组件用于提供负刚度(质量块远离其静止平衡位置的与振幅相关的作用力)；
11、所述质量块用于能量吸收、提供惯性力、调节系统频率的作用；
12、所述结构振动传感监测器用于实时监测整体结构的振动情况。
13、本专利技术中，主结构为大跨结构或高耸结构。
14、调谐质量阻尼器的整体等效动刚度由竖向弹簧组件提供的正刚度与水平向可调节预压负刚度组件提供的负刚度组合而成。
15、在本专利技术的一个实施方式中，所述竖向弹簧组件包括多个平行间隔设置的竖向弹簧；
16、所述阻尼组件包括若干多个平行间隔设置的阻尼件；
17、其中所述阻尼件设置于相邻的竖向弹簧之间。
18、在本专利技术的一个实施方式中，所述阻尼件选自粘滞阻尼器或电涡流阻尼器中的一种。
19、在本专利技术的一个实施方式中，水平向可调节预压负刚度组件包括负刚度组件固定底座、弹簧预压量调节杆(允许与外部控制系统连接)、水平预压弹簧、水平弹簧预压板和水平弹簧顶杆；
20、所述负刚度组件固定底座设置于底板的端部，弹簧预压量调节杆伸出负刚度组件固定底座的顶部，靠近质量块的端部设置有水平弹簧顶杆；所述水平预压弹簧套设于弹簧预压量调节杆外侧，一个端部通过转动支承座与负刚度组件固定底座相连接，另一个端部通过水平弹簧压板与水平弹簧顶杆相连接；
21、其中，通过调节弹簧预压量调节杆实现水平预压弹簧的预压量的调节。
22、在本专利技术的一个实施方式中，所述水平弹簧压板靠近水平预压弹簧的一侧设置有压力传感器(允许与外部控制系统相连接)；压力传感器能够实时监测水平预压弹簧的预压力从而计算实时负刚度，进而计算调谐质量阻尼器实时等效动刚度以及运动频率。
23、在本专利技术的一个实施方式中，所述转动支承座通过传动销与负刚度组件固定底座相连接；
24、在本专利技术的一个实施方式中，所述水平弹簧顶杆与质量块铰接连接，且铰接连接位置设置有摩擦副，摩擦副材料为聚四氟乙烯或铜合金摩擦材料；可通过控制摩擦副材料的摩擦系数从而减少或控制铰接连接位置的摩擦力。
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【技术保护点】
1.一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，安装于需要振动控制的主结构(1)之上，其特征在于，所述基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器包括底板(2)、竖向弹簧组件、阻尼组件、水平向可调节预压负刚度组件(4)、质量块(6)和结构振动传感监测器(7)；
2.根据权利要求1所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，水平向可调节预压负刚度组件(4)包括负刚度组件固定底座(41)、弹簧预压量调节杆(43)、水平预压弹簧(45)、水平弹簧预压板(47)和水平弹簧顶杆(48)；
3.根据权利要求2所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述水平弹簧压板(47)靠近水平预压弹簧(45)的一侧设置有压力传感器(46)。
4.根据权利要求2所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述转动支承座(44)通过传动销(42)与负刚度组件固定底座(41)相连接。
5.根据权利要求2所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其
6.根据权利要求2所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述水平弹簧压板(47)与水平弹簧顶杆(48)螺纹连接。
7.根据权利要求1所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述竖向弹簧组件包括多个平行间隔设置的竖向弹簧(3)；
8.根据权利要求7所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述阻尼件(5)选自粘滞阻尼器或电涡流阻尼器中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述质量块(6)的材质为金属材料或混凝土中的一种或几种。
10.根据权利要求1所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述结构振动传感监测器(7)为加速度传感器。
...【技术特征摘要】
1.一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，安装于需要振动控制的主结构(1)之上，其特征在于，所述基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器包括底板(2)、竖向弹簧组件、阻尼组件、水平向可调节预压负刚度组件(4)、质量块(6)和结构振动传感监测器(7)；
2.根据权利要求1所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，水平向可调节预压负刚度组件(4)包括负刚度组件固定底座(41)、弹簧预压量调节杆(43)、水平预压弹簧(45)、水平弹簧预压板(47)和水平弹簧顶杆(48)；
3.根据权利要求2所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述水平弹簧压板(47)靠近水平预压弹簧(45)的一侧设置有压力传感器(46)。
4.根据权利要求2所述的一种基于正负刚度组合的可调式竖向超低频调谐质量阻尼器，其特征在于，所述转动支承座(44)通过传动销(42)与负刚度组件固定底座(41)相连接。
5.根据权利要求2所...
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