CN105507446A

CN105507446A - 一种调谐液体阻尼器

Info

Publication number: CN105507446A
Application number: CN201610047279.8A
Authority: CN
Inventors: 周占学; 胡鸿亮; 翁维素; 曹玉红; 张铁柱; 江东凯; 任俊
Original assignee: Hebei University of Architecture
Current assignee: Hebei University of Architecture
Priority date: 2016-01-25
Filing date: 2016-01-25
Publication date: 2016-04-20

Abstract

本发明涉及防震及高层结构建筑的防震技术领域，公开了一种调谐液体阻尼器，包括水箱和位于水箱内的液体，水箱为浅水箱设计，且水箱为上口大下口小的柱形水箱，即水箱为斜壁式水箱。本发明提供的调谐液体阻尼器，与现有技术中普通的箱形TLD相比较，斜壁式TLD呈现软弹簧特性，使用同等质量的液体，可产生更大的减震力，提高了水箱中液体的利用效率。本发明采用圆柱形斜壁式TLD，圆柱形TLD装置能较好地适应荷载方向的任意性，可以起到各个方向的减震作用，因而能够较好地适用于结构刚度各个方向大致相同的建筑物，比如圆形建筑和方形建筑。

Description

一种调谐液体阻尼器

技术领域

本发明涉及防震及高层结构建筑的防震技术领域，具体涉及一种适用于土木工程高层结构风振及地震反应控制的调谐液体阻尼器。

背景技术

调谐液体阻尼器（TunedLiquidDamper，简称TLD），利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧力来提供减震作用。因其造价低、易安装、维护少、自动激活性能好、容易匹配调频等诸多优点，在国内外土木工程振动控制领域中得到了广泛应用。调谐液体阻尼器根据水深和水箱振动方向上的长度的比值可分为深水TLD和浅水TLD。深水箱虽然可以利用生活水箱进行改装，不需要专门制作，造价较低，但是深水箱一般晃荡较小，减震效果欠佳；相比之下，浅水箱液体晃动大，与相同质量的深水箱相比产生更大的动水压力，减震效果理想，因而世界上大多TLD实际应用工程都采用浅水箱设计。

然而，随着经济的发展，高层结构建筑也飞速发展，结构高度不断增大，对结构的抗震要求也不断提高，高层结构的振动控制也越来越引起人们的重视。现有技术中浅水箱设计的调谐液体阻尼器的减震效果渐渐不能满足要求。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种调谐液体阻尼器，能够提高水箱中液体的利用效率，增大减震力，并能够适用荷载方向的多向性，尤其适用于高层结构建筑的防震。

本发明实施例所采取的技术方案是一种调谐液体阻尼器，包括水箱和盛于所述水箱内的液体，所述水箱为浅水箱设计，且所述水箱为上口大下口小的柱形水箱，即所述水箱为斜壁式水箱。

优选地，所述水箱为倒圆台形水箱，所述液体的深度与所述水箱的大口直径的比值小于1/8。

优选地，所述水箱的外侧设置有与其大口相接的圆筒壁，所述圆筒壁的底面与所述水箱的底面重合。

优选地，所述水箱的侧壁倾斜角度α为20-60°。

优选地，所述水箱的侧壁倾斜角度α为30°。

优选地，所述水箱包括2个以上，在竖直方向叠加在一起。

优选地，所述2个以上为8个。

优选地，所述水箱的大口直径不小于2000mm。

本发明的有益效果为：

本发明实施例提供的调谐液体阻尼器，与现有技术中普通的箱形TLD相比较，斜壁式TLD呈现软弹簧特性，使用同等质量的液体，可产生更大的减震力，提高了水箱中液体的利用效率。本发明采用圆柱形斜壁式TLD，圆柱形TLD装置能较好地适应荷载方向的任意性，可以起到各个方向的的减震作用，因而能够较好地适用于结构刚度各个方向大致相同的建筑物，比如圆形建筑和方形建筑。能够适用荷载方向的多向性。尤其适用于高层结构建筑的防震。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的俯视图；

图3为本发明在方形高层建筑楼顶实施例的平面布置图；

图4为本发明在圆形高层建筑楼顶实施例的平面布置图；

上图中附图标记和部件名称的对应关系为：

1水箱；2液体；3圆筒壁；4本发明实施例；5方形建筑；6圆形建筑。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1和图2，本发明实施例提供的调谐液体阻尼器，包括水箱1和位于水箱1内的液体2，水箱1为浅水式水箱，且水箱1为上口大下口小的柱形水箱，即本发明中水箱为斜壁式水箱。

调谐液体阻尼器（TLD）的减震原理是：当结构上安装TLD时，结构受到外部激励而产生振动会使水箱一起晃动，从而激起水箱中水的晃动，晃动的水体产生动水压力作用于水箱侧壁并传至结构上，从而达到减小结构振动的目的。TLD对结构的减震力由两部分组成，一部分是水体随结构一起运动所产生的惯性力，另一部分是水体运动所产生的粘滞力，水是低阻尼液体，所产生的粘滞力可忽略不计，因此，水体运动所产生的惯性力就是TLD对结构的减震力。水箱中液体的惯性力就等于晃动液体所产生动水压力，增大TLD的减震力就需增大水箱中晃动液体的质量。

本发明采用斜壁式设计，可使水箱内晃动液体质量的比例大大增加，采用相同质量的液体可产生更大的晃动力，提高水箱内水的利用效率。

在本发明一种优选实施例中，水箱为如图1和图2所示的倒圆台形水箱，液体的深度与水箱的大口直径的比值小于1/8。实验证明，当水箱的侧壁的倾斜角度α为30°时，现有技术中普通箱型TLD若要获得同等减震效果，所需用水的重量为本发明的2倍以上。也就是说，采用相同质量的液体时，本发明实施例提供的调谐液体阻尼器所发挥出的减震效果至少是现有技术中普通箱型TLD的2倍以上。

当然本发明中，水箱的侧壁的倾斜角度α也不局限于上述角度，角度范围在20-60°均可。

在本发明一种优选实施例中，水箱的外侧设置有与其大口相接的圆筒壁3，圆筒壁3的底面与水箱1的底面重合，即在圆柱形水箱中设置斜板，从而形成圆柱形斜壁式水箱。采用这种结构设计，能够适应载荷方向的任意性，可以起到各个方向上的减震作用。

为了进一步优化上述技术效果，本发明一种优选实施例中，水箱包括两个以上，在竖直方向叠加在一起。本发明所用阻尼器为浅水TLD，单个水箱高度较低，占用横向空间较大，空间利用效率低下。在竖向上多层叠加，不仅可以有效利用空间，还可以增强阻尼器的减震效果。实验证明，两层水箱的阻尼器比单层的可提高约25%的减震效果，三层的可提高约35%的减震效果。根据减震分析，最终确定水箱层数。在本发明一种具体实施例中，水箱为8个。

本发明中，水箱的大口直径不小于2000mm时，能够较好地适用于高层结构建筑的防震。

请参考图3，为本发明实施例的方形建筑平面布置方案，在方形建筑5顶部的四角各布置一座圆柱形斜壁式调谐液体阻尼器4，根据减震分析可改变阻尼器直径和高度以及每座阻尼器水箱层数。

请参考图4，为本发明的圆形建筑平面布置方案，在圆形建筑6顶部沿周边一圈均匀布置八座圆柱形斜壁式调谐液体阻尼器4，根据减震分析可适当增加阻尼器数量及每座阻尼器水箱层数。

综上所述，本发明提供的调谐液体阻尼器，采用斜壁式设计，提高了水体的利用效率，增大了水箱动水压力，增强了减震效果。这样，设计相同减震效果的阻尼器，本发明需要的液体质量比更少，因而减轻了装置自重，减少了结构的竖向荷载，可降低一定的工程造价。采用圆柱形设计，能够适应载荷方向的任意性，可以起到各个方向上的减震作用。而且结构简单，便于施工，易于推广，维护费用低，适合于长期和短期使用。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims

1.一种调谐液体阻尼器，其特征在于，包括水箱（1）和盛于所述水箱（1）内的液体（2），所述水箱（1）为浅水箱设计，且所述水箱（1）为上口大下口小的柱形水箱，即所述水箱（1）为斜壁式水箱。

2.根据权利要求1所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）为倒圆台形水箱，所述液体（2）的深度与所述水箱（1）的最大直径的比值小于1/8。

3.根据权利要求2所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）的外侧设置有与其大口相接的圆筒壁（3），所述圆筒壁（3）的底面与所述水箱（1）的底面重合。

4.根据权利要求2所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）的侧壁倾斜角度α为20-60°。

5.根据权利要求4所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）的侧壁倾斜角度α为30°。

6.根据权利要求1-5任一项所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）包括2个以上，在竖直方向叠加在一起。

7.根据权利要求6所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述2个以上为8个。

8.根据权利要求1-5任一项所述的调谐液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）的大口直径不小于2000mm。