CN106592951B - 一种高空作业抗风减振吊篮 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种高空作业抗风减振吊篮，包括滑动导轮，还包括TLD水箱，所述滑动导轮固定安装在吊篮侧壁的外侧，用于在结构表面滑动；所述TLD水箱固定安装在吊篮内部，紧贴吊篮侧壁。根据作业时的风速、吊篮自身频率以及液体振荡频率设计得到MTLD装置数量和结构尺寸，利用MTLD装置良好的减振性能来减小吊篮在施工作业过程中的小幅振动以及强风导致的大幅振动；该新型吊篮结构简单、价格低廉、安装和维护方便，能有效地减小吊篮的振动，保证吊篮中施工人员的安全，减小吊篮对高层建筑等围护结构的冲击荷载，同时提高高空作业的工作效率和工作质量。

Description

一种高空作业抗风减振吊篮
技术领域
本发明涉及一种高空作业抗风减振吊篮，用于高层建筑、高耸结构或大跨度桥梁高空作业。
背景技术
随着当前社会经济的发展，高层建筑以及超高层建筑（如电视塔、烟囱和冷却塔等）一座座拔地而起。而在这些超高层建筑、高耸结构以及大跨度桥梁的运维阶段，施工人员常需在100m以上的高空完成结构外立面的检测、清洗和修缮等工作。高空作业设备和人员在复杂的风场环境中从事着危险性较大的工作，特别是在突发的大风情况下，超高层建筑、高耸结构以及大跨度结构的角部和顶部风场相较于平稳情况更为复杂。
超高空作业设备和人员处在复杂的风环境内，一方面由于受大气边界层的影响，风速会随着高度的增加而增大，100米以上的高空风速会远大于地面风速；另一方面，由于建筑物自身的干扰导致其周围的风场非常复杂，尤其是在建筑物顶部和角部的气流分离区以及近尾流漩涡影响区；在周围临近结构物干扰下的风场将更为复杂。因此有必要研究高空作业在复杂三维风场下的特性，研发新型抗风性能强的高空作业吊篮，提高高空作业人员和设备的安全性。现有的高空作业吊篮风阻系数大、抗风性能差，在高空作业易发生各种类型的风致振动。在局部强风作用下，吊篮甚至有可能被风吹起并与高层建筑围护结构发生撞击，这既会对高空作业施工人员的人身安全造成很大的危害，也会造成高层建筑外幕墙的破坏或损伤。
为了减小吊篮作业时的振动，在目前的发明专利中采取的措施大多以增设防风装置（CN202497073U）、增加吊篮配重（CN203347208U）、增加设固定装置（CN203922648U）等方法。增设防风装置主要是以安装缆风绳为主，是从建筑物顶部到底部拉通两根钢绳，吊篮侧面通过挂钩等装置与钢绳连接从而达到固定减振的目的。然而这种方法成本较高并且不适用于超高层建筑物，同时对建筑物外部美观有一定影响。
增加配重主要是通过增加吊篮的重量以达到减小吊篮振动的目的。但是这种方法会减少吊篮的允许荷载，对吊篮携带的设备限制增大，并对施工人员工作产生一定影响，降低了工作效率。
增设固定装置主要是通过外部附加装置连接吊篮和建筑物表面使得在吊篮振动时能及时将吊篮与建筑物幕墙进行连接达到固定的目的。当前对于吊篮抗风性能的改进主要是从此点入手，如现有专利中的吸盘、伸缩臂、吊篮固定锁扣等发明，都在一定程度上起到了固定吊篮，减小了风对其影响的作用，但是此类方法具有一定的局限性，适用于避免小幅度振动的情况，只是借助外力来固定，并没有从吊篮本身来解决根本问题。也有在吊篮底部安装调谐质量阻尼器的方法，当风对吊篮作用时，吊篮发生摆动并将能量传给阻尼器，经过计算的阻尼器会产生相反的摆动力，从而使得吊篮的振动减少。但是其存在有效频带较窄，控制效果不稳定的缺陷。
因此，为了减小吊篮在高空作业的抗风稳定性，减小经济上的损失，杜绝人员伤亡事故，提高吊篮工作的安全性，有必要开发新型的超高空作业抗风吊篮。
发明内容
本发明的目的是克服现有高空作业吊篮的不足，提出一种高空作业抗风减振吊篮，可以减小吊篮在大风作用下的振动，避免因吊篮风致振动造成的人员伤亡和结构损伤等情况。
为了解决上述问题，本发明的构思是：
将多调谐液体阻尼器（Multiple Tuned Liquid Damper，简称MTLD）与吊篮相结合。调谐液体阻尼器（Tuned Liquid Damper，简称TLD）是一种被动耗能减振装置，其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振效果。其减振理论分为两种，一种为浅水理论，即由于水深较浅，考虑液体运动的非线性，液面晃荡较大从而加大了结构阻尼，起到减振效果；另一种为深水理论，即假设液面运动是微幅的，用线性理论来刻画液体运动。本发明采用的则是深水理论，同时我们在吊篮内设置多个调谐液体阻尼器。
根据上述构思，本发明采用如下技术方案：
一种高空作业抗风减振吊篮，包括滑动导轮，还包括TLD水箱，所述滑动导轮固定安装在吊篮侧壁的外侧，用于在结构表面滑动；所述TLD水箱固定安装在吊篮内部，紧贴吊篮侧壁。
所述TLD水箱为长方体，包括合页和水箱盖，所述水箱盖通过合页安装在TLD水箱的顶部开口处；所述TLD水箱上设有水位线，所述TLD水箱中的液体水达到水位线；当吊篮在作业过程中遭遇风致振动时，吊篮的振动会引起TLD水箱内的液体水的振荡，液体水振荡对TLD水箱产生动侧力，TLD水箱紧贴吊篮侧壁，将动侧力传给吊篮，利用TLD水箱的耗能作用减小吊篮的振动。
所述水位线是通过吊篮在作业过程中风速范围、吊篮的振荡频率以及TLD水箱内水的振荡频率计算得出，即液体水体积值是固定的。
与现有技术相比，本发明具有如下突出的实质性特点和显著的优点：
本发明将建筑物中常用来减振的调谐液体阻尼器应用于吊篮，试验表明吊篮的减振效果显著，极大的提升了吊篮工作时的安全性和稳定性。
水箱中的液体为水，可循环使用，既保护了环境且成本较低。由于水箱的顶盖是活动的，所以水箱中的水可取出放回。当工人在高空作业过程中水量如果不足，可以将水箱中的水取出使用，也可以将使用过的水替换放入水箱中，只要使得水量满足水箱外表面上的标准水量刻度线即可达到减振的效果。
本发明中TLD水箱所占空间较小，不会影响到工人在高空中的作业。由于TLD水箱形状为长方体，所以其顶部也可用来放置工具。同时TLD水箱的材料为铝合金，密度低，所以其质量比较小，强度高，所以工人可以坐在上面休息，不会影响到TLD水箱的正常使用。
本发明中TLD水箱结构简单，便于安装。相较于调谐质量阻尼器（TMD）来说，TLD水箱更加简单且容易安装，所以即使TLD水箱出了什么问题也可以及时更换，不需要比较繁琐的零件。本装置安装也十分简单，工人可以自行安装，无需具备专业的技能。
附图说明
图1为本发明四水箱式高空作业抗风减振吊篮示意图。
图2为本发明两水箱式高空作业抗风减振吊篮示意图。
图3为本发明高空作业抗风减振吊篮侧视图。
图4为本发明TLD水箱结构示意图。
图5为顺风向和横风向的振动随水深比的变化曲线。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施例做进一步的说明。
如图1、图2和图3所示，一种高空作业抗风减振吊篮，包括滑动导轮3，还包括TLD水箱4，所述滑动导轮3固定安装在吊篮侧壁7的外侧，用于在结构表面滑动；所述TLD水箱4固定安装在吊篮内部，紧贴吊篮侧壁7。
如图4所示，所述TLD水箱4为长方体，包括合页5和水箱盖6，所述水箱盖6通过合页5安装在TLD水箱4的顶部开口处；所述TLD水箱4上设有水位线1，所述TLD水箱4中的液体水2达到水位线1；当吊篮在作业过程中遭遇风致振动时，吊篮的振动会引起TLD水箱4内的液体水2的振荡，液体水2振荡对TLD水箱4产生动侧力，TLD水箱4紧贴吊篮侧壁7，将动侧力传给吊篮，利用TLD水箱4的耗能作用减小吊篮的振动。所述水位线1是通过吊篮在作业过程中一定风速下试验测得顺风向和横风向振幅相对最小的值，此处为1/3。
本实施例以设置两个和四个阻尼器为例进行说明。
第一种是在吊篮的两侧各放一个体积较大的TLD水箱4，TLD水箱4体积根据实际吊篮体积计算得出，TLD水箱4紧贴吊篮侧壁7。TLD水箱4占吊篮质量10%以内，也属于深水TLD，H/D=1/3。
第二种是在吊篮的四角分别放四个TLD水箱4，每个TLD水箱4仍保持紧贴吊篮侧壁7。通过对实验中质量的变化产生结果的分析，排除了质量增加导致不晃动的可能性，TLD水箱4占吊篮质量10%以内，体积占吊篮体积的5%以内，并不会影响工人在高空操作时的工作环境。虽然实验中安装了TLD水箱4的吊篮还是会有小幅度抖动的现象，但这是由于装置中的水波打到侧壁产生的，以抖动来消耗晃动的能量，其减振效果仍然十分明显。
由于水深比对风振控制效果有明显的影响，所以本发明试验了多种水深比情况下的风致振动。水深比（H/D）指的是水箱中谁的深度与TLD控制方向的水箱长度的比值。由于本发明所使用的TLD是建立在深水理论基础上的，而深水理论的基本要求是水深比必须大于1/8。并且，当水深过大时不易保证液面上方有足够的空间使得水可以自由振荡，因此本发明试验时最大水深比取到0.5为止。表1列出了在一定风速下，不同水深比时的顺风向以及横风向的振幅。
从图5中可以看出，在大于小于1/3左右的范围内，TLD对吊篮风致振动的振幅随着水深比的增加而减小。水深比（H/D）等于1/3时，顺风向和横风向的振幅都达到一个最小值，分别为1.7和0.46。当水深比大于1/3时，由于水箱上部没有足够的空间让水振荡使得水波动充分抵消吊篮的振动，此时的效果也不如H/D=1/3的好。

Claims (1)

1.一种高空作业抗风减振吊篮，包括滑动导轮（3），其特征在于，还包括TLD水箱（4），所述滑动导轮（3）固定安装在吊篮侧壁（7）的外侧，用于在结构表面滑动；所述TLD水箱（4）固定安装在吊篮内部，紧贴吊篮侧壁（7）；所述TLD水箱（4）为长方体，包括合页（5）和水箱盖（6），所述水箱盖（6）通过合页（5）安装在TLD水箱（4）的顶部开口处；所述TLD水箱（4）上设有水位线（1），所述TLD水箱（4）中的液体水（2）达到水位线（1）；当吊篮在作业过程中遭遇风致振动时，吊篮的振动会引起TLD水箱（4）内的液体水（2）的振荡，液体水（2）振荡对TLD水箱（4）产生动侧力，TLD水箱（4）紧贴吊篮侧壁（7），将动侧力传给吊篮，利用TLD水箱（4）的耗能作用减小吊篮的振动；所述水位线（1）是通过吊篮在作业过程中风速范围、吊篮的振荡频率以及TLD水箱（4）内水的振荡频率计算得出，即液体水（2）体积值是固定的；以水箱中水的深度与多调谐液体阻尼器控制方向的水箱长度的比值为水深比（H/D），水深比为1/8～1/2。
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