CN205475804U - 涡振耗能式调频液体阻尼器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种涡振耗能式调频液体阻尼器，包括水箱、调频液体、细长弹性体和连接节点组成，所述水箱与主体结构牢固连接，所述细长弹性体通过所述连接节点连接于所述水箱内部，所述调频液体按设计液位注入所述水箱，结构振动使得所述水箱中的所述调频液体按某一频率发生晃动，在所述调频液体运动速度范围内，所述细长弹性体发生涡激共振，产生大幅度横向振动，并耗散液体晃动能量，为调频液体阻尼器提供阻尼。本实用新型具有构造简单、液体阻尼耗能方式好、减振效果稳定等优点。

Description

涡振耗能式调频液体阻尼器

技术领域

本实用新型是一种用于工程结构的调谐减振装置，用于地震作用或风荷载引起的动力效应控制，属于建筑结构耗能减振控制的技术领域，具体涉及一种涡振耗能式调频液体阻尼器。

背景技术

近年来，被动控制技术越来越多被应用于土木工程结构在动力荷载（风荷载、地震作用等）作用下的响应控制。在被动控制中，调频液体阻尼器（Tuned Liquid Damper，简称TLD）是一种有效的结构减振控制装置，它是利用固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧压力来提供减振力的。TLD在地震或风荷载作用下将产生振动，从而引起TLD中液体的晃动，并在液体表面形成波浪。晃动的液体和波浪对TLD箱壁产生动压力差，同时液体运动也将引起惯性力。由动压力差和液体惯性力形成了TLD的减振作用。TLD装置具有造价低、易安装、维护少、自动激活性能好、容易匹配调频频率等优点。调频液体阻尼器主要分为两类。第一类是矩形、圆柱形或圆环形的水箱，第二类是U型管状水箱。通常所说的TLD是指第一类，而把第二类称之为调频液体柱状阻尼器（Tuned Liquid Columns Damper，简称TLCD）。

然而，不论是TLD还是TLCD中液体自身的阻尼相对较小，这将导致水箱中的液体过度晃荡，从而影响调频阻尼器对主体结构的减振效果。为此，众多研究者针对调谐液体阻尼器增加自身阻尼的需求提出了大量的方法：1) 常规的方法是专业著作中提到的设置小孔（孔隙耗能）、水箱中安装钝体（钝体绕流）和添加颗粒物混合物（改变液体特性，同时利用颗粒碰撞）；2) 最新的一些方法包括在水箱中设置钝体使液体涡街绕流耗能（CN 203603293U）、设置多孔阻尼件（CN 203499044 U、CN 103590503 A）、混合多种机制（CN 103541458 A、CN 103291818）等。以上这些大部分是利用了流体自身不同流动模式（孔隙耗能、绕流耗能等）来消耗能量，少部分利用了小颗粒的碰撞耗散部分能量，然而仅利用液体和少量颗粒碰撞来耗散能量，效率相对较低。

因此，将调频液体阻尼器中的液体晃动能量传递到其他固体上，利用高阻尼的固体来耗能具有一定的意义。本专利利用细长弹性圆管在流动液体中易发生涡激共振的原理，开发一种利用涡激共振耗能的调频液体阻尼器，提高调频液体阻尼器中液体晃动阻尼，从而改善调频液体阻尼器对主体结构的减振效果。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的问题，提供一种利用细长圆柱形弹性体在流动液体中的涡激共振耗能的调频液体阻尼器，该装置中的液体晃动阻尼可根据需要增加，能够提高调频液体阻尼器对土木工程结构在动力荷载（风、地震等）作用下的减振效果和鲁棒性。

为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本实用新型通过以下技术方案实现：

涡振耗能式调频液体阻尼器，包括水箱，调频液体，细长弹性体和连接节点，所述水箱与所述细长弹性体通过所述连接节点连接，所述水箱内注有所述调频液体。

进一步的，所述水箱有两种形式分别为调频液体阻尼器TLD形式和调频液柱阻尼器TLCD。

进一步的，所述细长弹性体是圆形截面包括两种实施方式，其中第一种由防水外壳、刚度层和阻尼层组成，第二种由防水外壳、刚度层、阻尼弹簧和质量球组成。

优选的，所述第一种细长弹性体与调频液体在涡激共振情况下的大幅横向振动提供所述调频液体的阻尼，而所述细长弹性体的振动则由所述阻尼层提供阻尼而自动衰减；所述细长弹性体的刚度由所述刚度层提供，连接节点可为铰接、刚接或半刚接，所述刚度层和所述连接节点共同影响所述细长弹性体的自振频率，该自振频率与所述调频液体由结构振动引起的流速满足涡激共振要求。

进一步的，所述第二种细长弹性体大幅横向振动能量由所述阻尼弹簧和所述质量球组成的振子耗散。

本实用新型的有益效果:

本实用新型具有构造简单、减振效果好、液体阻尼耗能方式好等优点。首先，作为一种调频减振装置，本实用新型能够有效控制土木工程结构在动力荷载作用下的响应，保护主体结构。同时，利用细长弹性体在液体晃动时的大幅度振动变形来耗散液体中的能量，使得耗能效率高的高阻尼材料（铅等）或高阻尼构造（振子）替代了低效率的液体自身耗能，使得调谐液体阻尼器的阻尼能够在更大范围内调节，增加了调谐液体阻尼器控制的鲁棒性和适用范围。

附图说明

图1为本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液柱阻尼器（TLCD）方案的示意图；

图2为本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液柱阻尼器1-1剖面结构示意图；

图3（a）为本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液柱阻尼器2-2剖面结构示意详图；

图3（b）为本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液柱阻尼器3-3剖面结构示意详图；

图4（a）为本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的细长弹性体第一种构造方案；

图4（b）为本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的细长弹性体第二种构造方案；

图5是本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液体阻尼器（TLD）方案的示意图；

图6是本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液体阻尼器1-1剖面结构示意图；

图7（a）是本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液体阻尼器2-2剖面结构示意详图；

图7（b）是本实用新型涡振耗能式调频液体阻尼器的调频液体阻尼器3-3剖面结构示意详图。

图中标号说明：1、水箱，2、调频液体，3、细长弹性体，31、防水外壳，32、刚度层，331、阻尼层，332、阻尼弹簧，34、质量球，4、连接节点。

具体实施方式

下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本实用新型。

参照图1-图7所示，涡振耗能式调频液体阻尼器，包括水箱1，调频液体2，细长弹性体3和连接节点4，所述水箱1与所述细长弹性体3通过所述连接节点4连接，所述水箱1内注有所述调频液体2。

进一步的，所述水箱1有两种形式分别为调频液体阻尼器TLD形式和调频液柱阻尼器TLCD，采用钢板焊接，尺寸和形状根据主体结构的减震需求设计，可以为圆柱形、长方体等多种形式。

进一步的，所述细长弹性体3是圆形截面包括两种实施方式，其中第一种由防水外壳31、刚度层32和阻尼层331组成，第二种由防水外壳31、刚度层32、阻尼弹簧332和质量球34组成，所述刚度层32为所述细长弹性体3提供刚度，可根据需要选择钢材、铝材等；所述阻尼层331为弹性体提供耗散能量的阻尼，可选用铅、高阻尼橡胶等耗能材料，也可安装多个小型调谐振子由所述质量球34和阻尼弹簧33组成。

优选的，所述第一种细长弹性体3与调频液体2在涡激共振情况下的大幅横向振动提供所述调频液体2的阻尼，而所述细长弹性体3的振动则由所述阻尼层331提供阻尼而自动衰减；所述细长弹性体3的刚度由所述刚度层32提供，连接节点4可为铰接、刚接或半刚接，所述刚度层32和所述连接节点4共同影响所述细长弹性体3的自振频率，该自振频率与所述调频液体2由结构振动引起的流速满足涡激共振要求。

进一步的，所述第二种细长弹性体3大幅横向振动能量由所述阻尼弹簧332和所述质量球34组成的振子耗散。

进一步的，所述调频液体2可以是水、硫酸铜、粘滞液体等各种符合设计要求的液体。

进一步的，所述连接节点可根据刚度需求设计为铰接、刚接或半刚接。

本实用新型的原理：

主体结构的振动引起与其相连的水箱1内液体的振动，由于在特定频率晃动时，水箱1中液体流速恒定，在此流速下，特殊设计的圆形截面细长弹性体3发生较大幅度的横向涡激共振。这样结构振动的能量部分通过水箱1中液体的共振传递给了液体，而液体通过顺流向的抖振和横向的涡激共振大部分传递给了细长弹性体3，并通过细长弹性体中阻尼层331的大幅度变形耗散能量，剩余小部分能量通过液体自身耗散。这样减小了最终输入到主结构的能量，控制了在动力荷载作用下的结构响应，从而确保主体结构安全。

本实用新型的具体实施步骤：

（1）对结构进行分析，计算出所需要的减振装置参数，据此确定所采用的水箱形式、截面和尺寸等，同时确定液体类型和细长弹性体的构造尺寸。

（2）根据设计参数裁剪钢板，在裁剪好的上盖板和下盖板安装连接节点配件。

（3）加工细长圆筒形的阻尼层331，在其外面套上或包裹刚度层32，最后在刚度层32外套上防水外壳31，组装成细长弹性体。

（4）将组装好的细长弹性体与上、下盖板连接好，并将上、下盖板与其他钢板焊接成水箱1，随后注入调频液体2至设计水位。

（5）最后，做相应外观处理，并将水箱安装在主体结构。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.涡振耗能式调频液体阻尼器，其特征在于，包括水箱（1），调频液体（2），细长弹性体（3）和连接节点（4），所述水箱（1）与所述细长弹性体（3）通过所述连接节点（4）连接，所述水箱（1）内注有所述调频液体（2）。

2.根据权利要求1所述的涡振耗能式调频液体阻尼器，其特征在于，所述水箱（1）有两种形式分别为调频液体阻尼器TLD形式和调频液柱阻尼器TLCD。

3.根据权利要求1所述的涡振耗能式调频液体阻尼器，其特征在于，所述，细长弹性体（3）是圆形截面包括两种实施方式，其中第一种由防水外壳（31）、刚度层（32）和阻尼层（331）组成，第二种由防水外壳（31）、刚度层（32）、阻尼弹簧（332）和质量球（34）组成。

4.根据权利要求3所述的涡振耗能式调频液体阻尼器，其特征在于，所述第一种细长弹性体（3）与调频液体（2）在涡激共振情况下的大幅横向振动提供所述调频液体（2）的阻尼，而所述细长弹性体（3）的振动则由所述阻尼层（331）提供阻尼而自动衰减；所述细长弹性体（3）的刚度由所述刚度层（32）提供，连接节点（4）可为铰接、刚接或半刚接，所述刚度层（32）和所述连接节点（4）共同影响所述细长弹性体（3）的自振频率，该自振频率与所述调频液体（2）由结构振动引起的流速满足涡激共振要求。

5.根据权利要求3所述的涡振耗能式调频液体阻尼器，其特征在于，所述第二种细长弹性体（3）大幅横向振动能量由所述阻尼弹簧（332）和所述质量球（34）组成的振子耗散。