本发明属于结构工程减振，尤其涉及一种外置可调力的被动负刚度装置。
背景技术：
1、地震是对人类生命和财产威胁最大的自然灾害之一。随着经济的发展和城市化进程的加快，建筑物越来越多地采用大跨度和超高层设计，复杂的结构形式层出不穷，地震造成的损失也在不断增加。因此，如何有效减轻地震对建筑设施的影响，成为地震灾害防治工作的首要任务。
2、减振是为了减轻物体振动并阻止其传播。隔振、吸振、阻尼耗能等技术措施经常被采用。如今振动控制技术可分为三类：被动控制、主动控制和半主动控制。主动控制一般通过施加基于反馈信号的最优主动控制力而达到最优的控制效果。但巨大的能量需求很大程度上限制了其在大型结构中的应用，而被动控制不需要任何外部反馈系统和能量供给，仅通过改变结构的固有性质或消耗系统的动能而达到振动控制效果。因此被动式控制在土木工程领域有着很大的应用空间。本发明是被动振动控制的一种——被动负刚度装置。
3、被动负刚度装置的工作原理主要有以下几种：第一，利用预先弯曲的梁产生负刚度力；第二，通过铰接结构和预加载的杆件或弹簧实现负刚度；第三，利用重力作用在水平方向上实现的摆式负刚度；第四，使用磁力产生负刚度。在上述几类负刚度装置中，在装置养护更换上都有问题：预屈曲梁、磁力式和预压力弹簧的被动负刚度装置中，由于其储能元件在装置内部，在养护更换中投入成本更高；利用重力实现的摆式负刚度由于一般结构自重都较大，更换养护也有一定的困难。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明采取了如下技术方案：
2、一种外置可调力的被动负刚度装置，包括：
3、相对设置的两个弧面钢板，两个所述弧面钢板的相对侧均设置有凸出设置的弧面平台；
4、相对设置的两个弧面滑块，两个所述弧面滑块分别设置在所述弧面钢板的两端；两个所述弧面滑块的第一端均位于两个所述弧面钢板之间，并对称设置有凸出的圆弧平台，两个所述弧面滑块的第二端均延伸至两个所述弧面钢板的外侧；其中，一个所述弧面滑块的第二端与基础固定连接，另一所述弧面滑块的第二端与隔震结构固定连接；
5、紧固连接件，所述紧固连接件用于两个所述弧面钢板之间的连接；
6、储能元件，所述储能元件设置在所述弧面钢板的外侧；
7、其中，当隔震结构与基础发生水平相对位移时，所述弧面滑块发生移动；当位移使弧面滑块的圆弧平台脱离所述弧面平台的时候，储能元件释放预压力给所述弧面钢板，所述弧面钢板与所述弧面滑块的接触面预压力的水平分量推动所述弧面滑块向其运动方向进一步运动，产生与运动方向一致的负刚度力。
8、进一步地，所述紧固连接件包括两个螺杆，两个所述螺杆穿过两个所述弧面钢板，且分别穿过一所述弧面滑块，以使所述弧面钢板的弧面平台与所述弧面滑块的圆弧平台接触；所述储能元件套设在所述螺杆的外侧，所述储能元件的一端抵接于所述弧面钢板的外侧，另一端与紧固件抵接。
9、进一步地，所述储能元件为多个碟簧组，多个所述碟簧组对称套在所述螺杆的外侧，所述碟簧组的一端抵接于所述弧面钢板的外侧，另一端与紧固件抵接。
10、进一步地，所述碟簧组包括若干碟簧片；所述紧固件为与所述螺杆螺纹连接的螺母。
11、进一步地，每个所述弧面钢板上均对称设置有两个所述弧面平台；两个所述弧面平台分别与两个所述弧面滑块的圆弧平台配合。
12、进一步地，所述弧面平台包括一圆弧面段以及设置在所述圆弧面段顶部的水平面段；所述圆弧平台包括一圆弧段以及设置在所述圆弧段顶部的水平台段，所述弧面平台的圆弧面段的半径大于所述圆弧平台的圆弧段的半径。
13、进一步地，所述弧面平台的圆弧面段的半径为r1，所述圆弧平台的圆弧段的半径为r2，当隔震结构与基础发生水平位移使滑块脱离所述弧面平台的时候时，水平方向位移变化为δx，其相对转角为θ，因其滑动面为圆弧，所以y方向有一个变化量δy，δx和θ的关系以及δy和θ的关系为：
14、
15、可由前式得出δx、δy与r1、r2的关系：
16、δy2-2(r1+r2)δy+δx2＝0
17、
18、设预压弹簧提供的力为fv，则在接触面处的法向支持力：
19、
20、其水平分力：
21、fnx＝fnsinθ＝fvtanθ
22、组合碟簧力-位移关系可写为：
23、
24、其中，n为碟簧并联个数，i为串联个数，c1、c2、c3为和碟簧材料相关的参数，上式中δy的值与此处碟簧压缩量f相关联，由于碟簧初始为预压状态，预压位移为f0，则δy为其释放的位移，则：
25、
26、水平负刚度力的表达式为：
27、
28、综上所述，根据负刚度力的需求，调整碟簧相应的预压程度，从而在水平方向上得到所需的负刚度力。
29、进一步地，所述负刚度力通过调整所述预压弹簧的预压力以及所述两侧弧面板的曲率进行调节，所述预压弹簧的预压力通过调节预压变形、弹簧刚度进行调节。
30、进一步地，所述碟簧组的刚度通过调整所述碟簧片的材料、外直径与中心直径的比值、碟片厚度和并联数量进行调节。
31、有益效果：
32、1、本发明结合了隔震结构的特点，在隔震层布置负刚度装置，两者并联工作，通过调节负装置，实现不同结构的负刚度需求，对改善结构地震响应提供有效方案。
33、2、本发明与现有技术相比，更换储能元件简单快速、调节负刚度力更方便；本发明制作较为简单，较为容易在实际应用中推广。通过设计合适的弹簧和尺寸，可在水平方向上产生不同负刚度力。
1.一种外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述紧固连接件包括两个螺杆，两个所述螺杆穿过两个所述弧面钢板，且分别穿过一所述弧面滑块，以使所述弧面钢板的弧面平台与所述弧面滑块的圆弧平台接触；所述储能元件套设在所述螺杆的外侧，所述储能元件的一端抵接于所述弧面钢板的外侧，另一端与紧固件抵接。
3.根据权利要求2所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述储能元件为多个碟簧组，多个所述碟簧组对称套在所述螺杆的外侧，所述碟簧组的一端抵接于所述弧面钢板的外侧，另一端与紧固件抵接。
4.根据权利要求3所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述碟簧组包括若干碟簧片；所述紧固件为与所述螺杆螺纹连接的螺母。
5.根据权利要求4所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，每个所述弧面钢板上均对称设置有两个所述弧面平台；两个所述弧面平台分别与两个所述弧面滑块的圆弧平台配合。
6.根据权利要求5所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述弧面平台包括一圆弧面段以及设置在所述圆弧面段顶部的水平面段；所述圆弧平台包括一圆弧段以及设置在所述圆弧段顶部的水平台段，所述弧面平台的圆弧面段的半径大于所述圆弧平台的圆弧段的半径。
7.根据权利要求6所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述弧面平台的圆弧面段的半径为r1，所述圆弧平台的圆弧段的半径为r2，当隔震结构与基础发生水平位移使滑块脱离所述弧面平台的时候时，水平方向位移变化为δx，其相对转角为θ，因其滑动面为圆弧，所以y方向有一个变化量δy，δx和θ的关系以及δy和θ的关系为：
8.根据权利要求7所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述负刚度力通过调整所述预压弹簧的预压力以及所述两侧弧面板的曲率进行调节，所述预压弹簧的预压力通过调节预压变形、弹簧刚度进行调节。
9.根据权利要求7所述的外置可调力的被动负刚度装置，其特征在于，所述碟簧组的刚度通过调整所述碟簧片的材料、外直径与中心直径的比值、碟片厚度和并联数量进行调节。
