專利名稱：一種消減塔型建筑物渦激振動的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及建筑消振技術領域，尤其涉及的是一種消減塔型建筑物渦激振動的方法。
背景技術：
流體以一定速度繞過非流線型建筑物時，會產(chǎn)生流動分離，在建筑物兩側形成交替的旋渦脫落，造成建筑物表面的壓力分布發(fā)生周期性改變，從而形成交變力作用于建筑物，引起建筑物振動，造成建筑結構的疲勞損傷以及常駐工作人員身體不適等。交變力的變化頻率與來流速度成正比，與建筑物橫向尺度成反比。當交變力頻率與建筑物固有頻率相近時，會形成共振，對建筑物的安全造成威脅。對于電視塔、電廠冷卻塔等圓柱形建筑，和摩天大樓等矩形建筑物，當大風繞過時，風載荷大，振動強烈，需要采取措施消振。工程上解決圓形建筑物渦激振動問題的方法可分為兩類:第一類是改變結構本身的振動性質，如增大結構剛度，改變其固有頻率以避免共振；設水箱、加配重、設擺錘系統(tǒng)等，以增強阻尼；采用主動和被動控制系統(tǒng)控制結構振動等。第二類是改變結構的流體動力特性，如流線型設計、采用流動分離控制裝置、采用旋渦脫落控制方法等，以消除或減弱建筑物下游旋渦的形成，從而消除或減弱渦激振動。現(xiàn)有旋渦脫落控制方法，也可分為兩類:I)主動控制,需要外加能量驅動控制裝置,如噴氣、柱體本身微幅振動、柱體表面加熱等,2)被動控制，不需要外加能量驅動，如圖1所示的隔離板、肋條等等方法1?，F(xiàn)有的被動控制方法中，控制裝置都附著在柱體上，或與柱體連接。最近文獻記載了一種小控制件方法[2]，也屬于被動控制，其控制件與柱體相隔一定距離，兩者高度相近，且相互平行放置，控制件可以是圓形截面，也可以是方形或矩形截面，控制件橫向尺度遠小于圓柱體直徑。這種控制件方法也分為兩類:a)控制件位于圓柱體上游，b)控制件位于圓柱體下游`。控制件位于上游時，控制件只能放置在圓柱正前方附近，即控制件與柱體正前方的偏差不能大于3°。否則效果不佳。控制件位于下游，目前只有圓形控制件的研究結果。這些結果證明，只有當雷諾數(shù)低于150時，才有控制旋渦脫落的效果。而電視塔等建筑物的雷諾數(shù)往往達到IO6 IO7量級，不能采用。參考文獻:[I]Kumar RA, Sohn CH, Gowda BHL,2008.Passive Control of Vortex-1nducedVibrations:An Overview, Recent Patents on Mechanical Engineering，1:1-11.
[2]Prasad A, williamson CHK，1997.A method for the reduction of bluffbody drag，Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，69—71:155-167.
[3]Strykowski PJ, Sreenivasan KR，1990.0n the formation and suppressionof vortex shedding at low Reynolds numbers， Journal of Fluid Mechanics，218:71-107.

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是針對現(xiàn)有技術的不足提供一種消減塔型建筑物渦激振動的方法。本發(fā)明的技術方案如下:一種消減塔型建筑物渦激振動的方法，塔型建筑物的上、下兩端設置八對可旋轉的支桿和八個布條，上端的八根支桿(2)成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，下端的八根支桿(2)也成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，每一對上下兩根支桿⑵位于同一個豎直面內；每一對上、下對應的支桿⑵起著升、降和支撐布條⑶的作用；有風時選擇與風向夾角為-45度至+45度之間的一至三根支桿上的布條升起；上端的支桿⑵由電機驅動旋轉，支桿上繞牽引繩(6)，牽引繩(6)用于牽引布條(3)升降；每個布條(3)的面與支撐它的支桿所指方向平行；布條平面與塔型建筑物軸線平行；布條寬度為b，塔型建筑物的平均直徑為D，布條中心線與塔型建筑物軸線之間的距離為G，布條與電視塔軸線的間距G/D應選擇在0.75-1.35之間；布條寬度選擇b/D = 0.15-0.25之間。采用本發(fā)明的方法，在不改變結構基本形狀的前提下，采用簡單、易行，而且有效的方法控制制旋渦脫落，達到消減渦激振動的目的。


圖1為消減渦激振動的布條及其安裝示意圖(正視圖)，圖2為消減潤激振動的布條及其安裝意圖(俯視圖)圖3為圖1中的A-A剖面圖；圖4為消減渦激振動的布條的升降示意圖；圖5為布條對旋渦脫落的控制效果；圖6為在各種雷諾數(shù)情況下能夠有效抑制旋渦脫落的布條位置區(qū)域(有效區(qū))，布條寬度為b/D = 0.18 ；圖7為在各種布條寬度下能夠有效抑制旋渦脫落的布條位置區(qū)域(有效區(qū))，Re=8X104:圖8為三種控制件(小方柱、窄布條、小圓柱，具有相同的尺度比b/D = 0.24)位于圓柱體下游時，圓柱體平均和脈動升、阻力隨方位角P的變化；a、對脈動升力系數(shù)均方根值的影響山、對脈動阻力系數(shù)均方根值的影響；c、對平均阻力系數(shù)的影響；d對平均升力系數(shù)的影響。I旋轉餐廳，2支桿，3布條，4電視塔主體，5固定托盤，6牽引繩；
具體實施例方式以下結合具體實施例，對本發(fā)明進行詳細說明。如圖1-3所示，塔型建筑物本實施例中為電視塔，電視塔主體4的上、下兩端設置八對可旋轉的支桿和八個布條(條狀物)，八根支桿2上均設置布條3及其升降裝置，上端的八根支桿2成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，下端的八根支桿2也成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，每一對上下兩根支桿2位于同一個豎直面內。每一對上、下對應的支桿2起著升、降和支撐布條3的作用。有風時選擇與風向夾角為-45度至+45度之間的一至三根支桿上的布條升起。如圖4，上端的支桿2由電機驅動旋轉，支桿上繞牽引繩6，牽引繩6用于牽引布條3升降。每個布條3的面與支撐它的支桿所指方向平行。下端的支桿2裹著成卷的布條。當電機開動時，牽引繩6帶動布條3升起或落下。對渦激振動起消減作用的是布條，其長度與電視塔主體高度相同，寬度b與電視塔平均直徑D的比值b/D由實驗確定。布條中心線與電視塔軸線之間的距離G與直徑D的比值G/D，由實驗確定。電視塔與控制件的空氣動力學模型如圖3所示，我們進行了實驗研究，圖5為流動顯示實驗結果:布條寬度b/D = 0.18，布條與柱體軸線距離G/D = 1.2，雷諾數(shù)Re = V00D/V = 104，其中V00為來流速度，D為柱體直徑，V為空氣運動粘度；a，無布條時的旋渦強烈；b，布條與來流夾角30度，無旋渦；c，布條與來流夾角45度，無旋渦；d，布條與來流夾角55度，無旋渦；表明當沒有布條時旋渦脫落強烈，而當放置布條于一個有效區(qū)內時，可以抑制旋渦脫落的產(chǎn)生。圖6是實驗得到的寬度為b/D = 0.18的布條在不同雷諾數(shù)下的有效區(qū)。圖7是實驗得到的不同寬度布條的有效區(qū)。圖8是布條和其他控制件(間距G固定，位置角3變化時)抑制脈動和時均氣動力的效果比較；可以看出，窄布條的抑制效果最佳。根據(jù)以上實驗，確定:1)布條平面與電視塔軸線平行；2)當有風時，每次僅懸掛一個布條，該懸掛布條表面與來流夾角應在+45度或-45度附近，如:當吹正南風時，要懸掛西北方向的布條3 (布條平面與來流成45度夾角)或東北方向的布條3(布條平面與來流成-45度夾角)，或同時懸掛這兩個布條3 ;當北風吹時，懸掛東南(與來流成45度夾角)或西南方向(與來流成-45度夾角)的布條3;3)同時懸掛三個布條3,效果更佳,如北風時，可懸掛南(與來流成0度夾角)、東南(與來流成45度夾角)、西南(與來流成-45度夾角)三個布條3，其中與來流成0度夾角的布條本身對減少渦激振動沒有貢獻，但是它起著穩(wěn)定抑制振動效果的作用，當風向有變化，但變化范圍在-45度至+45度之內時，可不用更換所懸掛的布條，同樣有抑制振動的效果，省去布條升降操作的麻煩而且避免了布條更換升降期間抑制失效的風險；4)布條與電視塔軸線的間距G/D應選擇在0.75-1.35之間；5)布條寬度選擇b/D = 0.15-0.25之間。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據(jù)上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發(fā)明所附權利要求的保護范圍。
權利要求
1.一種消減塔型建筑物渦激振動的方法，其特征在于，塔型建筑物的上、下兩端設置八對可旋轉的支桿和八個布條，上端的八根支桿(2)成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，下端的八根支桿(2)也成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，每一對上下兩根支桿⑵位于同一個豎直面內；每一對上、下對應的支桿⑵起著升、降和支撐布條(3)的作用；有風時選擇與風向夾角為-45度至+45度之間的一至三根支桿上的布條升起；上端的支桿(2)由電機驅動旋轉，支桿上繞牽引繩￠)，牽引繩(6)用于牽引布條(3)升降；每個布條(3)的面與支撐它的支桿所指方向平行；布條平面與塔型建筑物軸線平行； 布條寬度為b，塔型建筑物的平均直徑為D，布條中心線與塔型建筑物軸線之間的距離為G，布條與電視塔軸線的間距G/D應選擇在0.75-1.35之間；布條寬度選擇b/D = 0.15-0.25之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種消減塔型建筑物渦激振動的方法，塔型建筑物的上、下兩端設置八對可旋轉的支桿和八個布條，上端的八根支桿(2)成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，下端的八根支桿(2)也成米字型布置，即相鄰兩支桿之間的夾角為45度，每一對上下兩根支桿(2)位于同一個豎直面內；有風時選擇與風向夾角為-45度至+45度之間的一至三根支桿上的布條升起；采用本發(fā)明的方法，在不改變結構基本形狀的前提下，采用簡單、易行，而且有效的方法控制制旋渦脫落，達到消減渦激振動的目的。
文檔編號E04B1/98GK103114659SQ20131005160
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月29日 優(yōu)先權日2013年1月29日
發(fā)明者邵傳平 申請人:中國計量學院