渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，包括水箱、調(diào)頻液體、細(xì)長(zhǎng)彈性體和連接節(jié)點(diǎn)組成，所述水箱與主體結(jié)構(gòu)牢固連接，所述細(xì)長(zhǎng)彈性體通過所述連接節(jié)點(diǎn)連接于所述水箱內(nèi)部，所述調(diào)頻液體按設(shè)計(jì)液位注入所述水箱，結(jié)構(gòu)振動(dòng)使得所述水箱中的所述調(diào)頻液體按某一頻率發(fā)生晃動(dòng)，在所述調(diào)頻液體運(yùn)動(dòng)速度范圍內(nèi)，所述細(xì)長(zhǎng)彈性體發(fā)生渦激共振，產(chǎn)生大幅度橫向振動(dòng)，并耗散液體晃動(dòng)能量，為調(diào)頻液體阻尼器提供阻尼。本實(shí)用新型具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、液體阻尼耗能方式好、減振效果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型是一種用于工程結(jié)構(gòu)的調(diào)諧減振裝置，用于地震作用或風(fēng)荷載引起的動(dòng)力效應(yīng)控制，屬于建筑結(jié)構(gòu)耗能減振控制的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，被動(dòng)控制技術(shù)越來越多被應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載(風(fēng)荷載、地震作用等)作用下的響應(yīng)控制。在被動(dòng)控制中，調(diào)頻液體阻尼器(Tuned Liquid Damper，簡(jiǎn)稱TLD)是一種有效的結(jié)構(gòu)減振控制裝置，它是利用固定水箱中的液體在晃動(dòng)過程中產(chǎn)生的動(dòng)側(cè)壓力來提供減振力的。TLD在地震或風(fēng)荷載作用下將產(chǎn)生振動(dòng)，從而引起TLD中液體的晃動(dòng)，并在液體表面形成波浪?；蝿?dòng)的液體和波浪對(duì)TLD箱壁產(chǎn)生動(dòng)壓力差，同時(shí)液體運(yùn)動(dòng)也將引起慣性力。由動(dòng)壓力差和液體慣性力形成了 TLD的減振作用。TLD裝置具有造價(jià)低、易安裝、維護(hù)少、自動(dòng)激活性能好、容易匹配調(diào)頻頻率等優(yōu)點(diǎn)。調(diào)頻液體阻尼器主要分為兩類。第一類是矩形、圓柱形或圓環(huán)形的水箱，第二類是U型管狀水箱。通常所說的TLD是指第一類，而把第二類稱之為調(diào)頻液體柱狀阻尼器(Tuned Liquid Columns Damper，簡(jiǎn)稱TIXD)。
[0003]然而，不論是TLD還是TLCD中液體自身的阻尼相對(duì)較小，這將導(dǎo)致水箱中的液體過度晃蕩，從而影響調(diào)頻阻尼器對(duì)主體結(jié)構(gòu)的減振效果。為此，眾多研究者針對(duì)調(diào)諧液體阻尼器增加自身阻尼的需求提出了大量的方法:I)常規(guī)的方法是專業(yè)著作中提到的設(shè)置小孔(孔隙耗能)、水箱中安裝鈍體(鈍體繞流)和添加顆粒物混合物(改變液體特性，同時(shí)利用顆粒碰撞)；2)最新的一些方法包括在水箱中設(shè)置鈍體使液體渦街繞流耗能(CN 203603293U)、設(shè)置多孔阻尼件(CN 203499044 U、CN 103590503 A)、混合多種機(jī)制(CN 103541458 A、CN 103291818)等。以上這些大部分是利用了流體自身不同流動(dòng)模式(孔隙耗能、繞流耗能等)來消耗能量，少部分利用了小顆粒的碰撞耗散部分能量，然而僅利用液體和少量顆粒碰撞來耗散能量，效率相對(duì)較低。
[0004]因此，將調(diào)頻液體阻尼器中的液體晃動(dòng)能量傳遞到其他固體上，利用高阻尼的固體來耗能具有一定的意義。本專利利用細(xì)長(zhǎng)彈性圓管在流動(dòng)液體中易發(fā)生渦激共振的原理，開發(fā)一種利用渦激共振耗能的調(diào)頻液體阻尼器，提高調(diào)頻液體阻尼器中液體晃動(dòng)阻尼，從而改善調(diào)頻液體阻尼器對(duì)主體結(jié)構(gòu)的減振效果。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種利用細(xì)長(zhǎng)圓柱形彈性體在流動(dòng)液體中的渦激共振耗能的調(diào)頻液體阻尼器，該裝置中的液體晃動(dòng)阻尼可根據(jù)需要增加，能夠提高調(diào)頻液體阻尼器對(duì)土木工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載(風(fēng)、地震等)作用下的減振效果和魯棒性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，達(dá)到上述技術(shù)效果，本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0007]渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，包括水箱，調(diào)頻液體，細(xì)長(zhǎng)彈性體和連接節(jié)點(diǎn)，所述水箱與所述細(xì)長(zhǎng)彈性體通過所述連接節(jié)點(diǎn)連接，所述水箱內(nèi)注有所述調(diào)頻液體。
[0008]進(jìn)一步的，所述水箱有兩種形式分別為調(diào)頻液體阻尼器TLD形式和調(diào)頻液柱阻尼器TLCD0
[0009]進(jìn)一步的，所述細(xì)長(zhǎng)彈性體是圓形截面包括兩種實(shí)施方式，其中第一種由防水外殼、剛度層和阻尼層組成，第二種由防水外殼、剛度層、阻尼彈簧和質(zhì)量球組成。
[0010]優(yōu)選的，所述第一種細(xì)長(zhǎng)彈性體與調(diào)頻液體在渦激共振情況下的大幅橫向振動(dòng)提供所述調(diào)頻液體的阻尼，而所述細(xì)長(zhǎng)彈性體的振動(dòng)則由所述阻尼層提供阻尼而自動(dòng)衰減；所述細(xì)長(zhǎng)彈性體的剛度由所述剛度層提供，連接節(jié)點(diǎn)可為鉸接、剛接或半剛接，所述剛度層和所述連接節(jié)點(diǎn)共同影響所述細(xì)長(zhǎng)彈性體的自振頻率，該自振頻率與所述調(diào)頻液體由結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的流速滿足渦激共振要求。
[0011]進(jìn)一步的，所述第二種細(xì)長(zhǎng)彈性體大幅橫向振動(dòng)能量由所述阻尼彈簧和所述質(zhì)量球組成的振子耗散。
[0012]本實(shí)用新型的有益效果:
[0013]本實(shí)用新型具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、減振效果好、液體阻尼耗能方式好等優(yōu)點(diǎn)。首先，作為一種調(diào)頻減振裝置，本實(shí)用新型能夠有效控制土木工程結(jié)構(gòu)在動(dòng)力荷載作用下的響應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，利用細(xì)長(zhǎng)彈性體在液體晃動(dòng)時(shí)的大幅度振動(dòng)變形來耗散液體中的能量，使得耗能效率高的高阻尼材料(鉛等)或高阻尼構(gòu)造(振子)替代了低效率的液體自身耗能，使得調(diào)諧液體阻尼器的阻尼能夠在更大范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，增加了調(diào)諧液體阻尼器控制的魯棒性和適用范圍。
【附圖說明】
[0014]圖1為本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液柱阻尼器(TLCD)方案的示意圖；
[0015]圖2為本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液柱阻尼器1-1剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0016]圖3(a)為本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液柱阻尼器2-2剖面結(jié)構(gòu)示意詳圖；
[0017]圖3(b)為本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液柱阻尼器3-3剖面結(jié)構(gòu)示意詳圖；
[0018]圖4(a)為本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的細(xì)長(zhǎng)彈性體第一種構(gòu)造方案；
[0019]圖4(b)為本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的細(xì)長(zhǎng)彈性體第二種構(gòu)造方案；
[0020]圖5是本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液體阻尼器(TLD)方案的示意圖；
[0021]圖6是本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液體阻尼器1-1剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖7(a)是本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液體阻尼器2-2剖面結(jié)構(gòu)示意詳圖；
[0023]圖7(b)是本實(shí)用新型渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器的調(diào)頻液體阻尼器3-3剖面結(jié)構(gòu)示意詳圖。
[0024]圖中標(biāo)號(hào)說明:1、水箱，2、調(diào)頻液體，3、細(xì)長(zhǎng)彈性體，31、防水外殼，32、剛度層，331、阻尼層，332、阻尼彈簧，34、質(zhì)量球，4、連接節(jié)點(diǎn)。
【具體實(shí)施方式】
[0025]下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例，來詳細(xì)說明本實(shí)用新型。
[0026]參照?qǐng)D1-圖7所示，渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，包括水箱I，調(diào)頻液體2，細(xì)長(zhǎng)彈性體3和連接節(jié)點(diǎn)4，所述水箱I與所述細(xì)長(zhǎng)彈性體3通過所述連接節(jié)點(diǎn)4連接，所述水箱I內(nèi)注有所述調(diào)頻液體2。
[0027]進(jìn)一步的，所述水箱I有兩種形式分別為調(diào)頻液體阻尼器TLD形式和調(diào)頻液柱阻尼器TLCD，采用鋼板焊接，尺寸和形狀根據(jù)主體結(jié)構(gòu)的減震需求設(shè)計(jì)，可以為圓柱形、長(zhǎng)方體等多種形式。
[0028]進(jìn)一步的，所述細(xì)長(zhǎng)彈性體3是圓形截面包括兩種實(shí)施方式，其中第一種由防水外殼31、剛度層32和阻尼層331組成，第二種由防水外殼31、剛度層32、阻尼彈簧332和質(zhì)量球34組成，所述剛度層32為所述細(xì)長(zhǎng)彈性體3提供剛度，可根據(jù)需要選擇鋼材、鋁材等;所述阻尼層331為彈性體提供耗散能量的阻尼，可選用鉛、高阻尼橡膠等耗能材料，也可安裝多個(gè)小型調(diào)諧振子由所述質(zhì)量球34和阻尼彈簧33組成。
[0029]優(yōu)選的，所述第一種細(xì)長(zhǎng)彈性體3與調(diào)頻液體2在渦激共振情況下的大幅橫向振動(dòng)提供所述調(diào)頻液體2的阻尼，而所述細(xì)長(zhǎng)彈性體3的振動(dòng)則由所述阻尼層331提供阻尼而自動(dòng)衰減;所述細(xì)長(zhǎng)彈性體3的剛度由所述剛度層32提供，連接節(jié)點(diǎn)4可為鉸接、剛接或半剛接，所述剛度層32和所述連接節(jié)點(diǎn)4共同影響所述細(xì)長(zhǎng)彈性體3的自振頻率，該自振頻率與所述調(diào)頻液體2由結(jié)構(gòu)振動(dòng)弓I起的流速滿足渦激共振要求。
[0030]進(jìn)一步的，所述第二種細(xì)長(zhǎng)彈性體3大幅橫向振動(dòng)能量由所述阻尼彈簧332和所述質(zhì)量球34組成的振子耗散。
[0031]進(jìn)一步的，所述調(diào)頻液體2可以是水、硫酸銅、粘滯液體等各種符合設(shè)計(jì)要求的液體。
[0032]進(jìn)一步的，所述連接節(jié)點(diǎn)可根據(jù)剛度需求設(shè)計(jì)為鉸接、剛接或半剛接。
[0033]本實(shí)用新型的原理:
[0034]主體結(jié)構(gòu)的振動(dòng)引起與其相連的水箱I內(nèi)液體的振動(dòng)，由于在特定頻率晃動(dòng)時(shí)，水箱I中液體流速恒定，在此流速下，特殊設(shè)計(jì)的圓形截面細(xì)長(zhǎng)彈性體3發(fā)生較大幅度的橫向渦激共振。這樣結(jié)構(gòu)振動(dòng)的能量部分通過水箱I中液體的共振傳遞給了液體，而液體通過順流向的抖振和橫向的渦激共振大部分傳遞給了細(xì)長(zhǎng)彈性體3，并通過細(xì)長(zhǎng)彈性體中阻尼層331的大幅度變形耗散能量，剩余小部分能量通過液體自身耗散。這樣減小了最終輸入到主結(jié)構(gòu)的能量，控制了在動(dòng)力荷載作用下的結(jié)構(gòu)響應(yīng)，從而確保主體結(jié)構(gòu)安全。
[0035]本實(shí)用新型的具體實(shí)施步驟:
[0036](I)對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，計(jì)算出所需要的減振裝置參數(shù)，據(jù)此確定所采用的水箱形式、截面和尺寸等，同時(shí)確定液體類型和細(xì)長(zhǎng)彈性體的構(gòu)造尺寸。
[0037](2)根據(jù)設(shè)計(jì)參數(shù)裁剪鋼板，在裁剪好的上蓋板和下蓋板安裝連接節(jié)點(diǎn)配件。
[0038](3)加工細(xì)長(zhǎng)圓筒形的阻尼層331，在其外面套上或包裹剛度層32，最后在剛度層32外套上防水外殼31，組裝成細(xì)長(zhǎng)彈性體。
[0039](4)將組裝好的細(xì)長(zhǎng)彈性體與上、下蓋板連接好，并將上、下蓋板與其他鋼板焊接成水箱I，隨后注入調(diào)頻液體2至設(shè)計(jì)水位。
[0040](5)最后，做相應(yīng)外觀處理，并將水箱安裝在主體結(jié)構(gòu)。
[0041]以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本實(shí)用新型可以有各種更改和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，其特征在于，包括水箱(I)，調(diào)頻液體(2)，細(xì)長(zhǎng)彈性體(3 )和連接節(jié)點(diǎn)(4 )，所述水箱(I)與所述細(xì)長(zhǎng)彈性體(3 )通過所述連接節(jié)點(diǎn)(4)連接，所述水箱(I)內(nèi)注有所述調(diào)頻液體(2)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，其特征在于，所述水箱(I)有兩種形式分別為調(diào)頻液體阻尼器TLD形式和調(diào)頻液柱阻尼器TIXD。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，其特征在于，所述，細(xì)長(zhǎng)彈性體(3)是圓形截面包括兩種實(shí)施方式，其中第一種由防水外殼(31)、剛度層(32)和阻尼層(331)組成，第二種由防水外殼(31)、剛度層(32)、阻尼彈簧(332)和質(zhì)量球(34)組成。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，其特征在于，所述第一種細(xì)長(zhǎng)彈性體(3)與調(diào)頻液體(2)在渦激共振情況下的大幅橫向振動(dòng)提供所述調(diào)頻液體(2)的阻尼，而所述細(xì)長(zhǎng)彈性體(3)的振動(dòng)則由所述阻尼層(331)提供阻尼而自動(dòng)衰減;所述細(xì)長(zhǎng)彈性體(3)的剛度由所述剛度層(32)提供，連接節(jié)點(diǎn)(4)可為鉸接、剛接或半剛接，所述剛度層(32)和所述連接節(jié)點(diǎn)(4)共同影響所述細(xì)長(zhǎng)彈性體(3)的自振頻率，該自振頻率與所述調(diào)頻液體(2)由結(jié)構(gòu)振動(dòng)引起的流速滿足渦激共振要求。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的渦振耗能式調(diào)頻液體阻尼器，其特征在于，所述第二種細(xì)長(zhǎng)彈性體(3)大幅橫向振動(dòng)能量由所述阻尼彈簧(332)和所述質(zhì)量球(34)組成的振子耗散。
【文檔編號(hào)】E04B1/98GK205475804SQ201620181552
【公開日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年3月10日
【發(fā)明人】陳鑫, 李愛群, 王洪, 張志強(qiáng)
【申請(qǐng)人】蘇州科技學(xué)院