CN110080088B - 一种格栅板型调谐水箱阻尼器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种格栅板型调谐水箱阻尼器，包括水箱，所述水箱为顶面敞开的凹槽，凹槽包括底面和凹槽壁，底面和凹槽壁连接，凹槽壁包括内壁面和外壁面，凹槽内储存有水体，还包括X排格栅板，X为不小于1的自然数，所述格栅板通过内壁面上的固定装置竖向固定在凹槽内，将水箱分割成X+1个隔腔，格栅板上分布有小孔。本发明提供的格栅板型调谐水箱阻尼器，通过内置多道格栅板有效地提高耗能减振的效果，可用于大跨桥梁施工阶段或高层建筑结构由风荷载引起的动力效应控制，该阻尼器构造简单，经济实用，可集阻尼器减振功能和蓄水池储水功能于一体，而且安装位置灵活，可适用于不同方向的减振要求。
Description
技术领域
本发明涉及土木工程结构耗能减振控制装置，具体涉及一种格栅板型调谐水箱阻尼器。
背景技术
近年来，随着新材料的应用、施工设计技术的不断提高，大跨桥梁得到迅速发展。然而随之而来的施工阶段的风振问题日益突显，这些问题得到了得到了广泛的关注与研究。其中，通过固定水箱中的液体在晃动过程中产生动压差以及液体惯性力来提供减振力的调谐液阻尼器(Tuned Liquid Damper,简称TLD)，具有对原系统改动小，鲁棒性强，造价低、易于安装及拆卸，对温度变化不敏感，容易匹配调频频率等优点，引起了广大土木工程研究人员的重视。调谐液体阻尼器主要分为两类，第一类水箱为U型管状，称之为调谐液体柱型阻尼器(Tuned Liquid Columns Damper，简称TLCD)；第二类水箱为矩形或圆柱形，即为通常所说的TLD。
然而，目前常见的调液阻尼器仍存在着一定的不足。无论是TLD还是TLCD，由于液体自身阻尼较小，将导致水箱中的水体过度晃动，从而提高其非线性，增加了预测其作为耗能减振装置性能的难度，降低了其对主结构的减振效果。
因此在水箱中设置格栅板可抑制液体过度晃动，降低其“跳频”、“频率偏移”等非线性特征，同时增加水体绕流加大能量耗散,提高其阻尼大小。水箱中水体的深度可控制质量比，格栅板数量可控制阻尼比。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种格栅板型调谐水箱阻尼器，通过增设格栅板解决了普通TLD中阻尼过低引起的液面晃动强非线性问题，使得整个阻尼器的非线性显著降低，基本上避免了普通TLD中存在的“调频”、“频率偏移”等非线性特征。同时通过振动时水体在格栅板孔洞附近的涡街绕流耗能，提高了调谐液体阻尼器在动力荷载作用下的减振耗能效果。
为了实现上述目的，本发明通过下述技术方案实现。
本发明提供了一种格栅板型调谐水箱阻尼器，包括水箱，所述水箱为顶面敞开的凹槽，凹槽具有底面和凹槽壁，底面和凹槽壁连接，凹槽壁包括内壁面和外壁面，凹槽内储存有水体，还包括X排的格栅板，X为不小于1的自然数，所述格栅板通过凹槽内壁上的固定装置竖向固定在凹槽内，将水箱分割成X+1个隔腔，格栅板上分布有小孔。
优选地，所述固定装置为竖向且对称设置在凹槽内壁面上的定位卡槽。
优选地，所述定位卡槽的对数为X，和格栅板的排数相对应。
优选地，所述定位卡槽的高度小于凹槽壁的高度。
优选地，格栅板的高度等于凹槽壁的高度。
优选地，所述小孔在格栅板上等距离分布，小孔的形状为正方形、圆形、三角形中的一种以上。
优选地，所述水箱为顶面敞开的长方体。
优选地，所述小孔为圆形，直径为所述长方体的高度和宽度中最小值的1/20-1/10；所述小孔为正方形或三角形，其边长为所述长方体的高度和宽度中最小值的1/20-1/10。
优选地，水体在水箱内的高度与水箱在振动方向的长度比值为1/25-1/2，所述振动方向为水箱的振动方向。
优选地，所述X+1个隔腔在水箱内等分设置，结构相同，所述隔腔为长方体。
优选地，总阻尼等于振动时水体内部、水体和水箱的内壁面摩擦产生时的阻尼与水体穿越格栅板上的小孔时的阻尼之和。
优选地，水箱内部水体的用量可以调节格栅板型调谐水箱阻尼器与所述阻尼器所连主结构的质量比；格栅板设置的排数可调节阻尼器所属系统的阻尼比。
本发明的设计原理是：本发明提供的格栅板型调谐水箱阻尼器刚性安装于主结构之上。在动荷载(风荷载、地震荷载等)的作用下，主结构带动所述阻尼器的水箱共同振动，从而引起水箱中的水体晃动。水体边界层的晃动所产生的摩擦力、强激励下产生的碎波以及格栅板的小孔孔洞附近产生的涡街绕流可耗散主结构振动的能量，从而实现对主结构振动的控制。
本发明的设计思路为：
1)根据主结构的具体要求选择合适的质量比(即水体的总质量与主结构总质量的比值)。
2)根据主结构所允许的空间范围选定水箱的尺寸大小，并拟定格栅板数量。
3)建立有限元分析系统，分析其动力学参数(频率比以及阻尼比等)，根据有限元分析结果不断调整格栅板数量及位置，并建立相应的数据库以供之后筛选。
4)从所建立的数据库中筛选出符合要求的格栅板设置方案。
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果和优点：
(1)本发明提供的格栅板型调谐水箱阻尼器构造简单，使用灵活，可根据主结构的空间尺寸灵活调整水箱的尺寸及和布置方式；
(2)本发明的设计原理简单，格栅板易于调节，设置格栅板既可以显著降低普通TLD的非线性特性，避免“跳频”、“频率偏移”等非线性特征，又可以调节阻尼器所提供的阻尼大小；
(3)本发明提供的格栅板型调谐水箱阻尼器易于安装，用途多向，只需要普通TLD中设置格栅板，费用较低，同时水箱中的蓄水还可供建筑物或桥梁施工时使用，使得资源得到了充分的利用，应用前景十分广阔。
附图说明
图1为实施例提供的格栅板型调谐水箱阻尼器的示意图；
图2为实施例提供的格栅板型调谐水箱阻尼器的主视图；
图3本发明格栅板型调谐水箱阻尼器的俯视图；
图中标号：1为水箱、2为格栅板、3为定位卡槽、4为水体、5为隔腔。
具体实施方式
下面通过实施例结合附图进一步说明本发明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
本实施例提供了一种格栅板型调谐水箱阻尼器，如图1、图2和图3所示，包括水箱1，所述水箱1为顶面敞开的长方体，长方体具有底面和长方体壁，底面和长方体壁是一体而成的，长方体壁包括内壁面和外壁面，水箱1内储存有水体4，还包括3排的格栅板2，所述格栅板2通过内壁面上的定位卡槽3竖向固定在长方体内，将水箱1分割成4个隔腔5，4个隔腔5等分设置，结构相同，所述隔腔5均为长方体，格栅板2上等距离分布有正方形的小孔。所述定位卡槽3共有3对，每对定位卡槽3竖向且对称设置在内壁面上，所述定位卡槽3的高度小于长方体壁的高度。格栅板2的高度等于长方体壁的高度。正方形小孔的边长为所述长方体的高度的1/10。水体4在水箱1内的高度与水箱1在振动方向的长度比值为2/5，所述振动方向为水箱1的振动方向。总阻尼等于晃动时水体4内部、水体4与长方体的内壁面黏性作用所产生的阻尼以及水体穿越格栅板2上的小孔孔洞时的涡街绕流作用所产生的阻尼之和。
本发明提供的格栅板型调谐水箱阻尼器构造简单，经济实用，可集阻尼器减振功能和蓄水池储水功能于一体，而且安装位置灵活，可适用于不同方向的减振要求，可达到较好的减振效果。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非对本发明做任何形式上的限定。凡本领域的技术人员利用本发明的技术方案对上述实施例作出的任何等同的变动、修饰或演变等，均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (7)
1.一种格栅板型调谐水箱阻尼器，包括水箱(1)，所述水箱(1)为顶面敞开的凹槽，凹槽包括底面和凹槽壁，底面和凹槽壁连接，凹槽壁包括内壁面和外壁面，凹槽内储存有水体(4)，其特征在于，还包括X排的格栅板(2)，X为不小于1的自然数，所述格栅板(2)通过内壁面上的固定装置竖向固定在凹槽内，将水箱(1)分割成X+1个隔腔(5)，格栅板(2)上分布有小孔；
所述水箱(1)为顶面敞开的长方体，所述小孔为圆形，直径为所述长方体的高度和宽度中最小值的1/20-1/10；所述小孔为正方形或三角形，其边长为所述长方体的高度和宽度中最小值的1/20-1/10；水体(4)在水箱(1)内的高度与水箱(1)在振动方向的长度比值为1/25-1/2，所述振动方向为水箱(1)的振动方向。
2.根据权利要求1所述的格栅板型调谐水箱阻尼器，其特征在于，所述固定装置为竖向且对称设置在内壁面上的定位卡槽(3)。
3.根据权利要求2所述的格栅板型调谐水箱阻尼器，其特征在于，所述定位卡槽(3)的对数为X，和格栅板(2)的排数相对应。
4.根据权利要求2所述的格栅板型调谐水箱阻尼器，其特征在于，所述定位卡槽(3)的高度小于凹槽壁的高度。
5.根据权利要求1所述的格栅板型调谐水箱阻尼器，其特征在于，格栅板(2)的高度等于凹槽壁的高度。
6.根据权利要求1所述的格栅板型调谐水箱阻尼器，其特征在于，所述小孔在格栅板(2)上等距离分布，小孔的形状为正方形、圆形、三角形中的一种以上。
7.根据权利要求1所述的格栅板型调谐水箱阻尼器，其特征在于，所述X+1个隔腔(5)在水箱(1)内等分设置，结构相同，所述隔腔(5)为长方体。
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