[發(fā)明專利]一種新型調(diào)諧液體阻尼器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310548496.1
• 申請日: 2013-11-08
• 公開（公告）號: CN103541458A
• 公開（公告）日: 2014-01-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 魯正;李一鳴;周冠華;花嘉嘉
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

??本發(fā)明涉及一種液體阻尼與液柱阻尼結(jié)合的新型調(diào)諧液體阻尼器，結(jié)合了調(diào)諧液體阻尼與調(diào)諧液柱阻尼器的優(yōu)點(diǎn)，有效提高了阻尼器減震效果。屬于土木結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域。

背景技術(shù)

近年來隨著對結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)的不斷深入研究，新型的阻尼器逐漸吸引了人們的關(guān)注。其中，調(diào)諧液體阻尼器（TLD）以其經(jīng)濟(jì)簡便，用途廣，阻尼效果良好而得到了越來越多的應(yīng)用；調(diào)諧液柱阻尼器（TLCD）因其頗為顯著的阻尼效果也逐漸被重視。通過調(diào)整自振頻率，通過類似U型管內(nèi)液體的運(yùn)動(dòng)，TLCD系統(tǒng)可以產(chǎn)生阻尼力，減弱建筑主體的動(dòng)力響應(yīng)。在質(zhì)量相同的情況下，一個(gè)TLCD系統(tǒng)可以在減震方面取得與TMD系統(tǒng)相似的表現(xiàn)。除了減弱建筑動(dòng)力響應(yīng)外，TLCD系統(tǒng)相比TMD系統(tǒng)還有許多優(yōu)點(diǎn)。通過調(diào)整節(jié)流孔，系統(tǒng)中的液體可以有效的適應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的各級振動(dòng)，因此該系統(tǒng)既可以作為被動(dòng)式阻尼器，也可以作為半主動(dòng)式阻尼器。TLCD系統(tǒng)也具有配置和空間的靈活性，和時(shí)有變化的動(dòng)態(tài)特性，在主要結(jié)構(gòu)施工完畢后，其參數(shù)可以很容易地調(diào)整。而現(xiàn)有的液體阻尼器同樣各有缺點(diǎn)。TLD的耗能效果略有不足，而TLCD的制作較為復(fù)雜，不夠經(jīng)濟(jì)，同時(shí)用途受限。因此，將調(diào)諧液體阻尼器和調(diào)諧液柱阻尼器結(jié)合起來，使其優(yōu)勢互補(bǔ)，并進(jìn)行改進(jìn)開發(fā)，形成一種構(gòu)造形式更加簡單、價(jià)格低廉、耗能能力好、調(diào)頻能力強(qiáng)的新型液體阻尼與液柱阻尼結(jié)合的調(diào)諧液體阻尼器就具有重大的工程意義。

發(fā)明內(nèi)容

?本發(fā)明的目的在于提供一種調(diào)諧液體阻尼與調(diào)諧液柱阻尼相結(jié)合的新型調(diào)諧液體阻尼器，安裝于高層建筑頂部，不僅可以用于為高層建筑提供消防和生活用水，也可用于高層建筑的風(fēng)振和地震反應(yīng)控制，提高建筑的舒適度和安全度。

為達(dá)到以上目的，本發(fā)明提出的一種新型調(diào)諧液體阻尼器，包括：擋板1、擋板固定和調(diào)節(jié)裝置2、水箱3、底部彈性支撐4、底部鉸接裝置5和水體6，其中：水箱3為封閉的長方體結(jié)構(gòu)，其頂部開槽，擋板1從所述開槽部分插入水箱內(nèi)，使水箱3內(nèi)中部豎向放置有擋板1，擋板1由擋板固定和調(diào)節(jié)裝置2固定和調(diào)節(jié)，水箱3底部通過彈性支撐4和底部鉸接裝置5固定在建筑物上，底部彈性支撐4布置于水箱3的縱向兩端，底部鉸接裝置5布置在水箱3底部中央；水箱3內(nèi)放置水體6，水體6在水箱3內(nèi)的震蕩類似于調(diào)諧液體阻尼器。

本發(fā)明中，所述擋板固定和調(diào)節(jié)裝置2由螺絲，螺母和固定件組成。該裝置要求所述擋板1上每隔一定距離開一定數(shù)量的孔。

本發(fā)明中，所述水箱3的深度與水箱3振動(dòng)方向的長度比值大于1/8，水箱3為深水箱。

本發(fā)明中，所述彈性支撐4為彈簧或者高阻尼橡膠圈。

本發(fā)明的理論原理分為兩部分：

1.?利用建筑物受風(fēng)荷載或地震荷載時(shí)產(chǎn)生的晃動(dòng)帶動(dòng)水箱及水箱內(nèi)液體晃動(dòng)來耗能。水體6在水箱3內(nèi)的振蕩，類似于調(diào)諧液體阻尼器，液體相互摩擦耗能，對水箱3側(cè)壓力提供結(jié)構(gòu)回復(fù)力，減少結(jié)構(gòu)響應(yīng)。由于該系統(tǒng)獨(dú)特的底部支撐設(shè)計(jì)，在荷載作用下，水箱內(nèi)液體既會(huì)產(chǎn)生水平晃動(dòng)，又會(huì)產(chǎn)生垂直方向的位移，這樣就增加了液體表面晃動(dòng)幅度，產(chǎn)生了更大的耗能，同時(shí)也提高了結(jié)構(gòu)的自激活性。

在系統(tǒng)中．液體對結(jié)構(gòu)的反作用主要取決于液流的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．它直接影響著結(jié)構(gòu)的減振效果。通過液流運(yùn)動(dòng)，液體對結(jié)構(gòu)的作用在形式上相當(dāng)于施加了兩個(gè)間接力：“液動(dòng)阻力”和“勢力”。以y(t)表示水箱內(nèi)液面位移，可得出液面變化與兩間接力的基本關(guān)系可近似表示為：

???????????????????????????????????????????????????????????????????????????????（1）

性質(zhì)上為一種液動(dòng)阻力，與液力阻尼系數(shù)有關(guān)；而與液面位移有關(guān)，可視之為與重力有關(guān)的勢力，與慣性力系數(shù)有關(guān)。兩者都是因?yàn)橐后w相對結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)而施加于結(jié)構(gòu)之上。液力阻尼系數(shù)屬于控制的間接量，可以通過調(diào)整擋板的高度（開孔率）來調(diào)整液力阻尼系數(shù)（擋板在這里相當(dāng)于節(jié)流孔），從而完成對水箱自振頻率的控制。

2.?通過水箱3中擋板1的設(shè)置和調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)減振。普通TLD的阻尼是由水箱與水接觸面的粘滯剪切引起的，一般不足1%，所以增大TLD的阻尼是十分必要的。液體繞流過擋板的阻力由Morison公式得：

???????????????????????????????????（2）

?式中：為擋板所受到沿晃動(dòng)方向的液體作用力；為阻力系數(shù)分量，為慣性力分量。慣性力分量產(chǎn)生附加晃動(dòng)質(zhì)量，對整體動(dòng)能有貢獻(xiàn)，對固有頻率的改變可以忽略不計(jì)。