[發明專利]一種用于大型建筑結構抑制風致振動的被動掃蕩射流裝置

在審

• 申請號: 202110361057.4
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113047464A
• 公開（公告）日: 2021-06-29
• 發明（設計）人: 高東來;孫思文;陳文禮;陳冠斌
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: E04B1/98
• 分類號: E04B1/98;E04B1/92;E01D19/00;E04H9/02;E04H9/14
• 代理公司: 哈爾濱市哈科專利事務所有限責任公司 23101
• 代理人: 吳振剛

本發明提供了一種用于大型建筑結構抑制風致振動的被動掃蕩射流裝置，包括兩端開口、內部中空的殼體，所述的殼體內部分為來流導入段、收緊段、渦流產生段和射流噴出段，各段依次連接；來流從所述的來流導入段的入口進入，其結構為一段直徑為較大的通道；所述的收緊段為一段由大直徑突變為小直徑的通道；所述的渦流產生段為一段光滑的弧形內壁并在末端向外有一段環狀弧形凸起，流體緊貼渦流產生段的內壁流動，形成一條通道，在所述的環狀弧形凸起處形成微小的回流，進而形成漩渦；所述的射流噴出段形似喇叭狀，出口截面面積逐漸增大，將所述的漩渦噴出。本發明的被動掃蕩射流裝置減振效果明顯，不需要外部能源供應，能夠很好的抑制大型結構的風致振動。

技術領域

本發明涉及大型建筑結構風致振動控制領域，具體涉及一種用于大型建筑結構抑制風致振動的被動掃蕩射流裝置。

背景技術

現有的大型建筑結構，例如高層建筑、橋塔等，屬于方柱形結構，隨著方柱形結構高度的增加，結構越發輕柔、細長，敏感度增加，從而結構所受的風致振動對結構的干擾越來越大。再有的大型建筑結構，例如橋梁主梁，隨著橋梁主梁跨度的增加，橋梁主梁越發細長、輕柔，橋梁主梁的敏感度增加，從而橋梁主梁受到的風致振動也越來越復雜。當來流風流經方柱形結構附近時，結構容易發生渦激振動的現象，結構尾流產生交替脫落的漩渦，有些漩渦會作用在結構上，引發流固耦合等結構振動問題，對結構造成干擾，長期作用將對結構造成疲勞破壞，影響結構的使用安全。對于如何減風致振動是目前研究人員最關心的問題之一。現有的主動控制方法是通過外界注入能量，成本較高。

發明內容

基于以上不足之處，本發明的目的在于提出一種用于大型建筑結構抑制風致振動的被動掃蕩射流裝置，能夠降低大型建筑的風致振動，并且不需要外部能源。

為達到上述目的，本發明采用的技術方案如下：一種用于大型建筑結構抑制風致振動的被動掃蕩射流裝置，包括兩端開口、內部中空的殼體，所述的殼體內部分為來流導入段、收緊段、渦流產生段和射流噴出段，各段依次連接；來流從所述的來流導入段的入口進入，其結構為一段直徑為較大的通道；所述的收緊段為一段由大直徑突變為小直徑的通道；所述的渦流產生段為一段光滑的弧形內壁并在末端向外有一段環狀弧形凸起，基于科恩達效應，流體緊貼渦流產生段的內壁流動，形成一條通道，在所述的環狀弧形凸起處形成微小的回流，進而形成漩渦；所述的射流噴出段形似喇叭狀，出口截面面積逐漸增大，將所述的漩渦噴出。

本發明還具有如下技術特征：

進一步的，所述的來流導入段的入口截面為方形。

進一步的，所述的殼體的兩端開口都設置有控制門，需要使用掃蕩射流裝置時打開兩端控制門，風來流從入口進入，最后從出口噴出。

進一步的，在大型建筑結構上按一定間隔平行、貫穿設置多個被動掃蕩射流裝置，依靠來流風壓力自發形成掃蕩射流，噴出的高速掃蕩氣流打亂了尾流中的周期性漩渦脫落，降低漩渦對結構的非定常作用力，進而抑制了結構的風致振動。

進一步的，在大型建筑結構上設置被動掃蕩射流裝置的數量n的方法如下，

其中，A_r和A_c分別為被動掃蕩射流裝置的入口和出口面積，H為大型建筑結構的中心高度，L為大型建筑結構的展向長度，J為無量綱掃蕩射流動量系數，n為被動掃蕩射流裝置的數量；依據大型建筑結構所吸入的氣流能力，來評估無量綱吸力動量系數J，進而根據需要得出掃蕩射流裝置的數量n。

本發明的優點及有益效果：本發明的被動掃蕩射流裝置依靠來流風壓力自發形成掃蕩射流，減振效果明顯，不需要外部能源供應，能夠很好的抑制大型結構的風致振動，具有結構簡單、成本低、維護方便的優點。

附圖說明

圖1為根據本發明實施例1的一種用于抑制大跨度橋梁主梁風致振動的被動掃蕩射流裝置結構示意圖。