CN205955329U - 一种调谐阻尼减振系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种调谐阻尼减振系统，它包括储水箱、水位监测器、底板、双曲面球型支座、可控限位器、加速度传感器、进、出口水阀控制器和主控电脑，储水箱设置在关键楼层处，储水箱固定于底板上，在底板下侧四个方位设置四个双曲面球型支座，并在储水箱底板四周设置对底板进行初始位置固定的可控限位器；在关键楼层或/和楼顶设置加速度传感器；所述储水箱箱内设置水位监测器，在所述储水箱的进水口和出水口通过进、出口水阀控制器连接至楼宇的自来水供应系统。本实用新型具有构造简单，额外占用空间小、减震效果好，可实时调整参数、工作性能稳定，耐久性好等优势，适用于绝大多数有抗风、抗震需求的高层、高耸建筑结构。

Description

一种调谐阻尼减振系统

技术领域

该实用新型涉及高层建筑物减震、抗震技术领域，具体地说是一种调谐阻尼减振系统。

背景技术

对于高层建筑随着建筑工程在高度上的迅速发展，风致振动带来的直接危害十分普遍。国内外统计资料表明，在所有自然灾害中，风灾造成的损失为各种灾害之首，高层建筑的抗风问题已在工程界得到极大重视。目前，针对高层、高耸结构风振、地震控制问题，使用较多的手段就是在楼顶设置调谐质量阻尼器(TMD)、调谐液体阻尼器(TLD)、在层间设置阻尼器或其它减震器等。

调谐质量阻尼器(TMD)一般由配重，滑动轨道和水平弹簧组成，TMD各部分均为结构额外设置，而且需要为水平弹簧设置反力墙并与结构连为一体，因此，通常TMD构造较复杂，占据空间较大，附加构造较多，造价也较高。另外，当TMD设置完成后，阻尼器的配重和弹簧刚度均不便随结构的振动情况进行调节。

而普通TLD为达到较好的减振效果，需要设置较多的水箱，占用较多空间，造价较高，而且减振效果也较为有限。

以公开报道的上海环球中心的阻尼器，自重高达150吨，自重大，造价高。

实用新型内容

为了解决现有技术的不足，本实用新型提供一种调谐阻尼减振系统，用于楼宇的节能与抗震，是一种抗震结构，要解决现有的抗震结构耗能、体积大、重量大的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案为：

一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，包括储水箱、水位监测器、底板、双曲面球型支座、可控限位器、加速度传感器、进、出口水阀控制器和主控电脑，

所述储水箱设置在关键楼层或/和顶楼处，所述储水箱直接固定于底板上，在底板下侧四个方位设置四个双曲面球型支座，并在储水箱底板四周设置对底板进行初始位置固定的可控限位器；

在关键楼层或/和楼顶设置加速度传感器；

所述储水箱箱内设置水位监测器，

在所述储水箱的进水口和出水口通过进、出口水阀控制器连接至楼宇的自来水供应系统，

所述水位监测器、加速度传感器、进、出口水阀控制器和可控限位器分别与主控电脑进行电连接。

所述双曲面球型支座中的上支座板、下支座板均设置有内凹球型滑动面，上、下支座板之间为双凸面滑块，上、下支座板与滑块间均设有聚四氟乙烯滑板，滑块为双凸面滑块。

所述进、出口水阀控制器采用电磁控制阀。

所述可控限位器包括挡块和带有滑槽的底座，所述挡块可在滑槽内滑动,在挡块初始位置设置有电磁锁，通过电磁锁对挡块进行锁紧。

与底板接触的所述挡块内侧附有橡胶垫。

在挡块和底座之间设置位移传感器。

本实用新型的有益效果是：

本实用新型的阻尼器充分利用高层、高耸建筑的储水箱，不影响储水箱正常储水、供水功能的前提下，将储水箱作为阻尼器的重要组成部分，既利用了储水箱中水体的晃动来减振，也利用了储水箱及水体作为配重支承于双曲面球型支座上，通过谐振吸收建筑结构的振动能量，将调谐液体阻尼器与调谐质量阻尼器的功能特点有机结合，达到较好的减振耗能效果。通过采用合理的监测分析控制程序，实现根据结构振动情况调节阻尼器储水箱中水量，使减振效果达到最优。

本实用新型的阻尼减振系统对建筑结构储水箱加以利用，不仅利用水体的晃动对建筑结构进行减振，还将储水箱支承于双曲面球型支座之上，使其与建筑结构发生谐振来吸能减振，并利用分析控制程序控制限位器和储水箱内水量，实现不同情况下阻尼器分别采用调谐液体阻尼器或调谐质量阻尼器的减振机理，并使减震效果达到最优。

本实用新型具有构造简单，额外占用空间小、减震效果好，可实时调整参数、工作性能稳定，耐久性好等优势，适用于绝大多数有抗风、抗震需求的高层、高耸建筑结构。

与通常的调谐质量阻尼器和调谐液体阻尼器相比，本实用新型的阻尼器具有以下优势：(1)充分利用建筑结构的储水箱，无须额外制作配重；(2)构造简单，占用空间小；(3)在弱风/小震和强风/强震作用下，分别采用调谐液体阻尼器和调谐质量阻尼器的原理对建筑结构进行减振；(4)可以根据结构振动情况调整储水箱内水量来调整阻尼器的减震效果。

附图说明

图1为本系统的结构示意图。

图2为强风/强震状态下的状态图。

图3为双曲面球型支座示意图。

图4为本系统与建筑主体的结合示意图。

图5为可控限位器原理图。

图6为图5侧向示意图。

图7为阻尼器控制原理示意图。

图中：1储水箱，11水位监测器，2底板，3双曲面球型支座，31上支座板，32下支座板，33双凸面滑块，34聚四氟乙烯滑板，4可控限位器，41挡块，42底座，43电磁锁，5速度传感器，6电磁控制阀，10高层建筑主体。

具体实施方式

如图1至图7所示，

针对现有缺陷，本实用新型的保护主体如下：

本实用新型的阻尼减振系统由储水箱、水位监测器、底板、支座、可控限位器、加速度传感器、进、出口水阀控制器、限位器控制装置、电脑等部分组成。

储水箱1箱体与日常所用储水箱相同，通常用于高层建筑的日常用水供应，例如自来水存储，体积较大，一般可以储水数百吨。储水箱1箱内设置水位监测器11，用以实时监控水箱内水位，并采集后形成电信号，用于向内水位的监测。上述储水箱1的进、出水管均设有一段可变形连接段，例如软管、橡胶管等，在储水箱1左右水平运动的情况下，使进、出水管适应储水箱的水平运动，上述的进、出水管连接自带压力的自来水系统。

传统的储水箱是直接固定在楼层上的，与建筑物是硬性固定。本实用新型中，储水箱1固定于底板2上，底板是一个面积较大的钢板。

在底板2下侧四个方位设置四个双曲面球型支座3。

双曲面球型支座3中的上支座板31、下支座板32均设置有内凹球型滑动面，上、下支座板之间为双凸面滑块33，上、下支座板与滑块间均设有聚四氟乙烯滑板34，滑块33为双凸面。采用双曲面球型支座的特点是只需确定其等效滑动半径即可确定结构的振动周期。

在储水箱1底板四周设置可控限位器4，所谓的可控限位器4由挡块41和带有滑槽的底座42构成，挡块41可在滑槽内滑动，在挡块初始位置设置有电磁锁，通过电磁锁对挡块进行锁紧。作为一种可以实现的电磁锁43，上述电池锁设置在挡块内，并且锁芯可以插入和退出底座内的插口实现挡块的锁紧与放松，参考图5、图6。与底板2接触的所述挡块内侧附有橡胶垫。

上述电磁锁受控于主控电脑，形成限位器控制装置。

根据需要可以在挡块和底座之间设置位移传感器，采集挡块滑动的幅度。

支承于双曲面球型支座上的储水箱1即构成了阻尼减振系统中的阻尼器主体，即上述的储水箱具有两种功能，一种是作为高层建筑的供水主体，二是作为阻尼器的主体发挥作用。

为监测结构高层建筑主体10的振动情况，在楼顶或关键楼层设置加速度传感器5。在外界风载荷或地震荷载的作用下，建筑主体发生水平振动，其中加速度传感器用于测量建筑主体关键楼层的水平加速度。

上述的水位监测器11、加速度传感器5均与主控电脑连接进行数据采集，并生成相关的电信号。

在进、出水管处分别设置电磁控制阀6，其中进、出水口处的电磁控制阀6和可控限位器4也与主电脑连接，通过分析控制程序统一控制，且电控控制阀和可控限位器的电控动作过程如下：

关键楼层的确定：在布置储水箱阻尼器时，预先采用仿真计算或模型试验确定建筑结构的主控振型、振动周期及振幅较大的关键楼层，其中关键楼层至少为一处，

选择合适的阻尼器支座：然后根据主控振型的振动周期确定阻尼器支座的等效滑动半径，使储水箱水平滑动时周期与主控周期一致，并在楼顶和关键楼层均设置相应的阻尼器，同时设置加速度传感器。

耗能抗震过程如下：

1、在无风和无震情况下，楼顶和关键楼层处储水箱不会发生运动，仅仅依靠储水箱发挥其正常的储水、供水功能。

2、在弱风或小震作用下，楼顶和关键楼层处加速度较小，主控电脑接收到加速度数据后保持限位器对阻尼器的约束，此时，储水箱随结构运动，储水箱内水体则发生晃动，水体产生波浪对储水箱壁的压力差就构成了对结构的减振力。同时，主控电脑通过分析程序对加速度数据分析，得到结构振动的主控振型，此时依靠水体晃动产生的减震力来减震，故根据主控振型进一步迭代计算得出各阻尼器处减震效果最优所需减震力，进而确定所需最优水量，并结合各水箱内水位监测器数据，控制各个关键楼层和顶楼处储水箱处的电磁控制阀开关，使各储水箱内水量达到要求，以得到最优减震效果。这种情况下阻尼器的减振原理与调谐液体阻尼器相似。

3、在强风或强震作用下，楼顶和关键楼层处加速度较大，主控电脑接收到加速度数据后，若判断发现某关键楼层加速度超过预设限值，则控制该楼层处阻尼器的可控限位器的挡块在滑槽内向外侧滑动，释放可控限位器对阻尼器的约束，此时，储水箱1作为一个配重整体在双曲面球型支座上发生水平滑动，滑动周期与结构主控振型周期相同，阻尼器与结构发生谐振，来吸收结构的振动能量，抑制结构的振动，而且水体的晃动减振效果仍然有效。同时，主控电脑通过分析程序对加速度数据分析，得到结构振动的主控振型，此时主要依靠水箱整体在支座上滑动产生谐振来吸收振动能量，水体晃动为辅，故根据主控振型进一步迭代计算得出各阻尼器处减震效果最优所需水箱质量，进而确定所需最优水量并结合各水箱内水位监测器数据，控制各阻尼器进、出水口开关，使各阻尼器水箱内水量达到最优要求，通过改变阻尼器质量与结构质量的比值，来得到最优减震效果。这种情况下阻尼器的减振原理与调谐质量阻尼器相似。

本实用新型的阻尼减振系统可根据情况仅在楼顶设置储水箱阻尼器，而不在楼层中设置；亦可根据需要取消可控限位器，不论风/地震的大小，储水箱均在支座上通过谐振来吸能减振。

上面所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行描述，并非对本实用新型的范围进行限定，在不脱离本实用新型设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本实用新型的各种变形和改进，均应扩如本实用新型权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，包括储水箱、水位监测器、底板、支座、可控限位器、加速度传感器、进、出口水阀控制器和主控电脑，

所述储水箱设置在关键楼层或/和顶楼处，所述储水箱(1)直接固定于底板(2)上，在底板(2)下侧四个方位设置四个双曲面球型支座(3)，并在储水箱(1)底板四周设置对底板进行初始位置固定的可控限位器(4)；

在关键楼层或/和楼顶设置加速度传感器(5)；

所述储水箱(1)箱内设置水位监测器(11)，

在所述储水箱的进水口和出水口通过进、出口水阀控制器连接至楼宇的自来水供应系统，

所述水位监测器(11)、加速度传感器(5)、进、出口水阀控制器和可控限位器(4)分别与主控电脑进行电连接。

2.根据权利要求1所述的一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，所述双曲面球型支座(3)中的上支座板(31)、下支座板(32)均设置有内凹球型滑动面，上、下支座板之间为双凸面滑块(33)，上、下支座板与滑块间均设有聚四氟乙烯滑板(34)，滑块(33)为双凸面滑块。

3.根据权利要求1所述的一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，所述进、出口水阀控制器采用电磁控制阀。

4.根据权利要求1所述的一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，所述可控限位器(4)包括挡块和带有滑槽的底座，所述挡块(41)可在滑槽内滑动,在挡块初始位置设置有电磁锁，通过电磁锁对挡块进行锁紧。

5.根据权利要求4所述的一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，与底板(2)接触的所述挡块内侧附有橡胶垫。

6.根据权利要求5所述的一种调谐阻尼减振系统，其特征在于，在挡块和底座之间设置位移传感器。