[发明专利]一种新型调谐液体阻尼器

说明书

技术领域

  本发明涉及一种液体阻尼与液柱阻尼结合的新型调谐液体阻尼器，结合了调谐液体阻尼与调谐液柱阻尼器的优点，有效提高了阻尼器减震效果。属于土木结构振动控制领域。

背景技术

近年来随着对结构抗震减灾的不断深入研究，新型的阻尼器逐渐吸引了人们的关注。其中，调谐液体阻尼器（TLD）以其经济简便，用途广，阻尼效果良好而得到了越来越多的应用；调谐液柱阻尼器（TLCD）因其颇为显著的阻尼效果也逐渐被重视。通过调整自振频率，通过类似U型管内液体的运动，TLCD系统可以产生阻尼力，减弱建筑主体的动力响应。在质量相同的情况下，一个TLCD系统可以在减震方面取得与TMD系统相似的表现。除了减弱建筑动力响应外，TLCD系统相比TMD系统还有许多优点。通过调整节流孔，系统中的液体可以有效的适应建筑结构的各级振动，因此该系统既可以作为被动式阻尼器，也可以作为半主动式阻尼器。TLCD系统也具有配置和空间的灵活性，和时有变化的动态特性，在主要结构施工完毕后，其参数可以很容易地调整。而现有的液体阻尼器同样各有缺点。TLD的耗能效果略有不足，而TLCD的制作较为复杂，不够经济，同时用途受限。因此，将调谐液体阻尼器和调谐液柱阻尼器结合起来，使其优势互补，并进行改进开发，形成一种构造形式更加简单、价格低廉、耗能能力好、调频能力强的新型液体阻尼与液柱阻尼结合的调谐液体阻尼器就具有重大的工程意义。

发明内容

 本发明的目的在于提供一种调谐液体阻尼与调谐液柱阻尼相结合的新型调谐液体阻尼器，安装于高层建筑顶部，不仅可以用于为高层建筑提供消防和生活用水，也可用于高层建筑的风振和地震反应控制，提高建筑的舒适度和安全度。

为达到以上目的，本发明提出的一种新型调谐液体阻尼器，包括：挡板1、挡板固定和调节装置2、水箱3、底部弹性支撑4、底部铰接装置5和水体6，其中：水箱3为封闭的长方体结构，其顶部开槽，挡板1从所述开槽部分插入水箱内，使水箱3内中部竖向放置有挡板1，挡板1由挡板固定和调节装置2固定和调节，水箱3底部通过弹性支撑4和底部铰接装置5固定在建筑物上，底部弹性支撑4布置于水箱3的纵向两端，底部铰接装置5布置在水箱3底部中央；水箱3内放置水体6，水体6在水箱3内的震荡类似于调谐液体阻尼器。

本发明中，所述挡板固定和调节装置2由螺丝，螺母和固定件组成。该装置要求所述挡板1上每隔一定距离开一定数量的孔。

本发明中，所述水箱3的深度与水箱3振动方向的长度比值大于1/8，水箱3为深水箱。

本发明中，所述弹性支撑4为弹簧或者高阻尼橡胶圈。

本发明的理论原理分为两部分：

1. 利用建筑物受风荷载或地震荷载时产生的晃动带动水箱及水箱内液体晃动来耗能。水体6在水箱3内的振荡，类似于调谐液体阻尼器，液体相互摩擦耗能，对水箱3侧压力提供结构回复力，减少结构响应。由于该系统独特的底部支撑设计，在荷载作用下，水箱内液体既会产生水平晃动，又会产生垂直方向的位移，这样就增加了液体表面晃动幅度，产生了更大的耗能，同时也提高了结构的自激活性。

在系统中．液体对结构的反作用主要取决于液流的运动状态．它直接影响着结构的减振效果。通过液流运动，液体对结构的作用在形式上相当于施加了两个间接力：“液动阻力”和“势力”。以y(t)表示水箱内液面位移，可得出液面变化与两间接力的基本关系可近似表示为：

                                                                               （1）

性质上为一种液动阻力，与液力阻尼系数有关；而与液面位移有关，可视之为与重力有关的势力，与惯性力系数有关。两者都是因为液体相对结构运动而施加于结构之上。液力阻尼系数属于控制的间接量，可以通过调整挡板的高度（开孔率）来调整液力阻尼系数（挡板在这里相当于节流孔），从而完成对水箱自振频率的控制。

2. 通过水箱3中挡板1的设置和调节来实现减振。普通TLD的阻尼是由水箱与水接触面的粘滞剪切引起的，一般不足1%，所以增大TLD的阻尼是十分必要的。液体绕流过挡板的阻力由Morison公式得：

                                   （2）

 式中：为挡板所受到沿晃动方向的液体作用力；为阻力系数分量，为惯性力分量。惯性力分量产生附加晃动质量，对整体动能有贡献，对固有频率的改变可以忽略不计。