CN109826334A - 一种圆柱形调谐液柱阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种圆柱形调谐液柱阻尼器，包括同心设置的圆柱体外壳和圆柱体内壳，圆柱体外壳和圆柱体内壳的顶部开敞且位于同一水平面上，圆柱体外壳和圆柱体内壳的底部封闭、且外壳的底部低于内壳的底部；在圆柱体外壳和圆柱体内壳之间设有2N组对称布置的隔板单元，每组隔板单元均分别由两个呈180/N度布设的L型隔板构成，两个所述L型隔板一端相交，另一端分别与圆柱体外壳固接，各L型隔板的水平段顶部与圆柱体内壳的底部位于同一水平面上且两者固接，相邻的两组隔板单元之间填充有液体，每组隔板单元内的L型隔板之间形成空腔。本发明在现有单向调谐液柱阻尼器的基础上，实现了多向减振消能，易于调节阻尼器自振频率，便于安装维护。
Description
技术领域
本发明属于土木结构振动控制装置技术领域，特别涉及一种圆柱形调谐液柱阻尼器。
背景技术
现代建筑设计和施工的趋势使得高层土木工程结构的数量不断增加，由于受到风或地震荷载的激励，结构的振动很可能超过安全标准。在高层建筑结构分析中，应详细研究风或地震荷载的作用，提高结构的阻尼能力。
阻尼器是一种利用阻尼特性来减缓机械振动及消耗动能的装置，已被广泛应用在建筑结构中。通常而言，阻尼器分为主动、半主动、被动控制装置三大类。在被动控制装置分类的阻尼器中，调谐液体阻尼器(Tuned Liquid Damper，TLD)一般为矩形或圆形的盛水水箱，通过调节水箱沿激振方向的长度及水深来调节频率，振动时依靠水箱内液体对箱壁的撞击力和液体的晃动实现消能。调谐液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper，TLCD)是TLD的一种特殊形式，通常为U型的矩形水箱，水箱中盛满液体，通过调节液体长度使得TLCD频率接近建筑结构的频率，振动时依靠液体运动和边界层中的粘性作用导致的液体水头损失而实现消能。但是一般的TLCD只能控制结构单一方向的振动响应，而对高层建筑结构影响最主要的风振荷载和地震荷载的输入方向具有不确定性，因此无法实现结构水平多向的减振耗能，对于不确定方向的振动荷载而言，减振效果并不理想。
发明内容
为克服现有的调谐液柱阻尼器(TLCD)只能控制结构单一方向的振动响应的局限性，本发明的目的在于提供一种圆柱形调谐液柱阻尼器，在传统调谐液柱阻尼器(TLCD)的基础上，通过圆柱体外壳、内壳和L型隔板单元的设置，实现对结构水平多向减振耗能的效果。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
本发明提出的一种圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，包括同心设置的圆柱体外壳和圆柱体内壳，所述圆柱体外壳和圆柱体内壳的顶部开敞且位于同一水平面上，所述圆柱体外壳和圆柱体内壳的底部封闭、且圆柱体外壳的底部低于圆柱体内壳的底部；在所述圆柱体外壳和圆柱体内壳之间设有2N组对称布置的隔板单元，每组隔板单元均分别由两个呈180/N度布设的L型隔板构成，两个所述L型隔板一端相交，另一端分别与所述圆柱体外壳固接，各L型隔板的水平段顶部与圆柱体内壳的底部位于同一水平面上且两者固接，相邻的两组隔板单元之间填充有液体，每组隔板单元内的L型隔板之间形成空腔。
进一步地，所述圆柱形调谐液柱阻尼器的质量为被控结构质量的1％～5％。
进一步地，所述圆柱体内壳的外直径是圆柱体外壳的外直径的40％～60％；所述圆柱体外壳的高度为其外直径的80％～120％；所述圆柱体外壳与圆柱体内壳底部之间的高差为圆柱体外壳的外直径的20％～30％；所述圆柱体外壳和圆柱体内壳沿圆周方向的侧壁壁厚以及底板壁厚是相应圆柱体外直径的2％～10％。
本发明的有益效果是：
1、本发明利用圆柱体在水平各方向上的对称性，通过圆柱体内壳、圆柱体外壳和L型隔板的设置，使得被控结构在受到某一水平方向的外界振动激励时，该方向上阻尼器的液体运动产生阻尼效应，实现建筑结构在该方向的调谐减振。通常风振荷载和地震荷载的输入方向具有不确定性，而阻尼器液柱的对称性则较好地保证了结构具有较好的多向减振效果。
2、在结构顶部安装圆柱形调谐液柱阻尼器是减轻动态激励振动效应的一种可行、简便、有效的方法。
3、建筑结构由于混凝土龄期的增长，其弹性模量会发生变化，进而结构的自振频率也发生一定变化。当阻尼器的自振频率接近于结构的自振频率时，有较好的减振效果。本发明提出的圆柱形调谐液柱阻尼器的自振频率通过调节液柱高度即可改变，方便易行。
附图说明
图1为本发明实施例的一种圆柱形调谐液柱阻尼器的结构示意图。
图2为所述圆柱形调谐液柱阻尼器的俯视图。
图3为图1所示阻尼器中8组L型隔板单元的结构示意图。
图4为图1所示阻尼器中某1组L型隔板单元的结构示意图。
图中标号：
1—圆柱体外壳；2—圆柱体内壳；3—L型隔板；4—液体；5—空腔。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。
实施例1：如图1～4所示，本发明提出的一种圆柱形调谐液柱阻尼器，在外观上整体呈现为圆柱体形状的箱体，包括：同心设置的圆柱体外壳1和圆柱体内壳2，圆柱体外壳1和圆柱体内壳2的顶部开敞且位于同一水平面上，圆柱体外壳1和圆柱体内壳2的底部封闭、且圆柱体外壳1的底部较圆柱体内壳2的底部低，即圆柱体外壳1和圆柱体内壳2的直径、高度均不相同；在圆柱体外壳1和圆柱体内壳2之间设有2N(N为正整数，且2≤N≤5，本实施例N＝4)组对称布置的隔板单元，每组隔板单元均分别由两个呈180/N度布设的L型隔板3构成，将L型隔板3按照竖直方向的高度划分为水平段和竖直段，水平段位于圆柱体外壳1底部和圆柱体内壳2底部之间，竖直段位于圆柱体内壳2底部和圆柱体外壳1顶部之间，每组隔板单元内的两个L型隔板3一端相交，另一端分别与圆柱体外壳1固接，各L型隔板3水平段的顶部与圆柱体内壳2的底部位于同一水平面上且两者固接，相邻的两组隔板单元之间填充有液体4，每组隔板单元内的L型隔板3之间形成空腔5。
本发明实施例各组成部件的具体实现方式及功能说明如下：
本实施例的阻尼器中，圆柱体外壳1、圆柱体内壳2和各L型隔板3可采用钢、玻璃或塑料制成。各部件的尺寸选取原则如下：圆柱体内壳2的外直径是圆柱体外壳1的外直径的40％～60％，圆柱体外壳1的高度为其外直径的80％～120％，L型隔板3水平段位于圆柱体内壳2底部下方的竖直边长度(即圆柱体外壳1与圆柱体内壳2底部之间的高差)为圆柱体外壳1的外直径的20％～30％，L型隔板3水平段的长度为圆柱体外壳1的外直径的30％～40％，圆柱体外壳1和圆柱体内壳2沿圆周方向的侧壁壁厚以及底板壁厚是相应圆柱体外直径的2％～10％，远小于圆柱体的外直径。通过各组隔板单元将圆柱体外壳1和圆柱体内壳2固定连接，在相邻两组隔板单元之间形成容纳液体4的腔体且该腔体在圆柱体外壳1和圆柱体内壳2底部连通；圆柱体外壳1与圆柱体内壳2的顶部开敞，二者上表面位于同一水平高度，横截面圆心位于同一点。圆柱体内壳2的底部由各组隔板单元支撑，本实施例的两个圆柱体壳体之间设有8组隔板单元，每组隔板单元由2个互成45°角的L型隔板3拼接而成，拼接边为L型隔板3水平段位于圆柱体内壳2底部下方的竖直边；各组隔板单元围绕圆柱体壳体的轴线互成45°角发散布置，均匀地分布于两个圆柱体壳体之间，即任意一组隔板单元在垂直于圆柱体壳体轴线的横截面上均为V形的轴对称图形，其对称轴经过圆柱体壳体的圆心。
将本圆柱形调谐液柱阻尼器安装于被控结构的顶部，在相邻两组隔板单元之间的腔体内盛入液体4(液体可以采用纯净水，也可以采用粘性液体，如油、甘油等)，各组隔板单元内的L型隔板3之间的空腔5不加入液体，随着本阻尼器的振动，液体4的运动范围仅在关于圆柱体壳体轴线对称的各方向的隔板单元间的腔体内，而不会运动到空腔5之中。被控结构受到外界振动激励时，阻尼器通过内部液体运动和边界层中的粘性作用导致的液体水头损失而产生阻尼效应，可以实现结构在水平多方向的调谐减振。
本阻尼器安装于被调控的建筑结构顶部，从圆柱体外壳1与圆柱体内壳2的顶部注入液体4，在本阻尼器工作过程中通过调节阻尼器中的液柱高度，使阻尼器液体的自振频率接近被控结构的自振频率。本阻尼器尺寸选择的原则是：阻尼器与被控结构的质量比为1％～5％。
本发明可以看成是由多个对称布置的U型调谐液柱阻尼器共同构成的整体呈圆柱状的调谐液柱阻尼器，由于圆柱形阻尼器在水平各方向上具有对称性，使得被控结构在受到某一水平方向的外界振动激励时，该方向上阻尼器的液体晃荡运动并与箱壁摩擦作用产生阻尼效应，实现结构在该方向的调谐减振。通常风振荷载和地震荷载的输入方向具有不确定性，而阻尼器液柱的对称性则较好地保证了结构具有较好的多向减振效果，并耗散部分结构的动能。
Claims (8)
1.一种圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，包括同心设置的圆柱体外壳(1)和圆柱体内壳(2)，所述圆柱体外壳(1)和圆柱体内壳(2)的顶部开敞且位于同一水平面上，所述圆柱体外壳(1)和圆柱体内壳(2)的底部封闭、且圆柱体外壳(1)的底部低于圆柱体内壳(2)的底部；在所述圆柱体外壳(1)和圆柱体内壳(2)之间设有2N组对称布置的隔板单元，每组隔板单元均分别由两个呈180/N度布设的L型隔板(3)构成，两个所述L型隔板(3)一端相交，另一端分别与所述圆柱体外壳(1)固接，各L型隔板(3)的水平段顶部与圆柱体内壳(2)的底部位于同一水平面上且两者固接，相邻的两组隔板单元之间填充有液体(4)，每组隔板单元内的L型隔板(3)之间形成空腔(5)。
2.根据权利要求1所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述圆柱形调谐液柱阻尼器的质量为被控结构质量的1％～5％。
3.根据权利要求1或2所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述圆柱体内壳(2)的外直径是圆柱体外壳(1)的外直径的40％～60％；所述圆柱体外壳(1)的高度为其外直径的80％～120％；所述圆柱体外壳(1)与圆柱体内壳(2)底部之间的高差为圆柱体外壳(1)的外直径的20％～30％；所述L型隔板(3)水平段的长度为圆柱体外壳(1)外直径的30％～40％；所述圆柱体外壳(1)和圆柱体内壳(2)沿圆周方向的侧壁壁厚以及底板壁厚是相应圆柱体外直径的2％～10％。
4.根据权利要求1或2所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，N为正整数，且2≤N≤5。
5.根据权利要求3所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，N为正整数，且2≤N≤5。
6.根据权利要求1、2或5中任意一项所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述液体(4)采用纯净水或粘性液体。
7.根据权利要求3所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述液体(4)采用纯净水或粘性液体。
8.根据权利要求4所述的圆柱形调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述液体(4)采用纯净水或粘性液体。
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