[发明专利]涡振耗能式调频液体阻尼器

说明书

技术领域

本发明是一种用于工程结构的调谐减振装置，用于地震作用或风荷载引起的动力效应控制，属于建筑结构耗能减振控制的技术领域，具体涉及一种涡振耗能式调频液体阻尼器。

背景技术

近年来，被动控制技术越来越多被应用于土木工程结构在动力荷载（风荷载、地震作用等）作用下的响应控制。在被动控制中，调频液体阻尼器（Tuned Liquid Damper，简称TLD）是一种有效的结构减振控制装置，它是利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧压力来提供减振力的。TLD在地震或风荷载作用下将产生振动，从而引起TLD中液体的晃动，并在液体表面形成波浪。晃动的液体和波浪对TLD箱壁产生动压力差，同时液体运动也将引起惯性力。由动压力差和液体惯性力形成了TLD的减振作用。TLD装置具有造价低、易安装、维护少、自动激活性能好、容易匹配调频频率等优点。调频液体阻尼器主要分为两类。第一类是矩形、圆柱形或圆环形的水箱，第二类是U型管状水箱。通常所说的TLD是指第一类，而把第二类称之为调频液体柱状阻尼器（Tuned Liquid Columns Damper，简称TLCD）。

然而，不论是TLD还是TLCD中液体自身的阻尼相对较小，这将导致水箱中的液体过度晃荡，从而影响调频阻尼器对主体结构的减振效果。为此，众多研究者针对调谐液体阻尼器增加自身阻尼的需求提出了大量的方法：1) 常规的方法是专业著作中提到的设置小孔（孔隙耗能）、水箱中安装钝体（钝体绕流）和添加颗粒物混合物（改变液体特性，同时利用颗粒碰撞）；2) 最新的一些方法包括在水箱中设置钝体使液体涡街绕流耗能（CN 203603293 U）、设置多孔阻尼件（CN 203499044 U、CN 103590503 A）、混合多种机制（CN 103541458 A、CN 103291818）等。以上这些大部分是利用了流体自身不同流动模式（孔隙耗能、绕流耗能等）来消耗能量，少部分利用了小颗粒的碰撞耗散部分能量，然而仅利用液体和少量颗粒碰撞来耗散能量，效率相对较低。

因此，将调频液体阻尼器中的液体晃动能量传递到其他固体上，利用高阻尼的固体来耗能具有一定的意义。本专利利用细长弹性圆管在流动液体中易发生涡激共振的原理，开发一种利用涡激共振耗能的调频液体阻尼器，提高调频液体阻尼器中液体晃动阻尼，从而改善调频液体阻尼器对主体结构的减振效果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种利用细长圆柱形弹性体在流动液体中的涡激共振耗能的调频液体阻尼器，该装置中的液体晃动阻尼可根据需要增加，能够提高调频液体阻尼器对土木工程结构在动力荷载（风、地震等）作用下的减振效果和鲁棒性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：

涡振耗能式调频液体阻尼器，包括水箱，调频液体，细长弹性体和连接节点，所述水箱与所述细长弹性体通过所述连接节点连接，所述水箱内注有所述调频液体。

进一步的，所述水箱有两种形式分别为调频液体阻尼器TLD形式和调频液柱阻尼器TLCD。

进一步的，所述细长弹性体是圆形截面包括两种实施方式，其中第一种由防水外壳、刚度层和阻尼层组成，第二种由防水外壳、刚度层、阻尼弹簧和质量球组成。

优选的，所述第一种细长弹性体与调频液体在涡激共振情况下的大幅横向振动提供所述调频液体的阻尼，而所述细长弹性体的振动则由所述阻尼层提供阻尼而自动衰减；所述细长弹性体的刚度由所述刚度层提供，连接节点可为铰接、刚接或半刚接，所述刚度层和所述连接节点共同影响所述细长弹性体的自振频率，该自振频率与所述调频液体由结构振动引起的流速满足涡激共振要求。

进一步的，所述第二种细长弹性体大幅横向振动能量由所述阻尼弹簧和所述质量球组成的振子耗散。

本发明的有益效果:

本发明具有构造简单、减振效果好、液体阻尼耗能方式好等优点。首先，作为一种调频减振装置，本发明能够有效控制土木工程结构在动力荷载作用下的响应，保护主体结构。同时，利用细长弹性体在液体晃动时的大幅度振动变形来耗散液体中的能量，使得耗能效率高的高阻尼材料（铅等）或高阻尼构造（振子）替代了低效率的液体自身耗能，使得调谐液体阻尼器的阻尼能够在更大范围内调节，增加了调谐液体阻尼器控制的鲁棒性和适用范围。

附图说明

图1为本发明涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液柱阻尼器（TLCD）方案的示意图；

图2为本发明涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液柱阻尼器1-1剖面结构示意图；