CN210342303U

CN210342303U - 一种圆环形调谐液柱阻尼器

Info

Publication number: CN210342303U
Application number: CN201920941943.2U
Authority: CN
Inventors: 王进廷; 丁昊; 路立桥
Original assignee: Tsinghua University
Current assignee: Tsinghua University
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-06-21
Publication date: 2020-04-17
Anticipated expiration: 2029-06-21
Also published as: CN110453798B; CN110453798A

Abstract

本实用新型涉及一种圆环形调谐液柱阻尼器，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N个对称布置的L型隔板，各L型隔板的水平段顶部与圆柱体内壳底部位于同一水平面上且两者固接，L型隔板的竖直段与圆柱体内壳、圆柱体外壳固接，相邻L型隔板之间填充有液体；进一步地，各L型隔板底部设有均布的多个孔洞。本实用新型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

一种圆环形调谐液柱阻尼器

技术领域

本实用新型属于土木结构振动控制装置技术领域，特别涉及一种圆环形调谐液柱阻尼器。

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。

实用新型内容

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，本实用新型的目的在于提供一种圆环形调谐液柱阻尼器，在传统调谐液柱阻尼器(TLCD)的基础上，通过圆柱体内、外壳和L型隔板的设置，实现对结构水平多向减振耗能的效果。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

本实用新型提出的一种圆环形调谐液柱阻尼器，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N个对称布置的L型隔板，各L型隔板的水平段顶部与圆柱体内壳底部位于同一水平面上且两者固接，L型隔板的竖直段分别与圆柱体内壳、圆柱体外壳固接，相邻L型隔板之间填充有液体。

进一步地，所述圆环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，各所述L形隔板底部设有均布的多个孔洞，其开孔面积为相应L型隔板底部水平段面积的20％～80％。

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％。

本实用新型的特点及有益效果：

1、本实用新型利用圆环形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。L型隔板底部水平段的孔洞可以使得阻尼器中液体沿激励方向更为充分地来回振动、流动，以实现更好的减振消能效果；另一方面，通过改变孔洞的开孔面积占底部水平段总面积的比例可以调整液体的阻尼比，以适应不同形式的结构减振。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、在结构顶部安装圆环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。本实用新型提出的圆环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为本实用新型实施例的一种圆环形调谐液柱阻尼器的结构示意图。

图2为所述圆环形调谐液柱阻尼器的俯视图。

图3为图1所示阻尼器中8个L型隔板的结构示意图。

图4为图1所示阻尼器中某1个L型隔板的结构示意图。

图5为简谐波荷载实验下的被控结构加速度时程曲线图。

图6为简谐波荷载实验下的被控结构均方根、峰值加速度衰减率与外荷载激励角度的关系图。

图7为Elcentro地震波荷载实验下的被控结构加速度时程曲线图。

图8为Elcentro地震波荷载实验下的被控结构均方根、峰值加速度衰减率与外荷载激励角度的关系图。

图中标号：

1—圆柱体外壳；2—圆柱体内壳；3—L型隔板；31—孔洞；4—液体。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1：如图1～4所示，本实用新型提出的一种圆环形调谐液柱阻尼器，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N(N为正偶数，且4≤N≤12，本实施例N＝8)个对称布置的L型隔板3，优选地，各L形隔板3底部设由均布地多个孔洞31，各L型隔板3底部的开孔总面积为相应L型隔板3底部水平段面积的20％～80％(对孔洞形状无特殊要求)。各L型隔板3的水平段顶部与圆柱体内壳2底部位于同一水平面上且两者固接，L型隔板的竖直段分别与圆柱体内壳2、圆柱体外壳1固接，相邻L型隔板之间填充有液体4。

本实用新型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％，且各L型隔板的水平段在靠近本阻尼器轴线的一端不接触，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L型隔板将圆柱体外壳1和圆柱体内壳2固定连接，在圆柱体内、外壳之间形成容纳液体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L型隔板3支撑，本实施例的两个圆柱体壳体之间设有8个L型隔板3，各L型隔板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。将本圆环形调谐液柱阻尼器安装于被控结构的顶部，在两个圆柱体壳体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)。当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％。

本实用新型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环状的调谐液柱阻尼器，由于圆环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。L型隔板底部水平段的孔洞可以使得阻尼器中液体沿激励方向更为充分地来回振动、流动，以实现更好的减振消能效果；另一方面，通过改变孔洞的开孔面积占底部水平段总面积的比例可以调整液体的阻尼比，以适应不同形式的结构减振。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。

现基于真实物理模型的实验结果对本实用新型的有效性进行验证：

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均采用玻璃制成。其中，圆柱体内壳2的外直径是圆柱体外壳1的外直径的48％，圆柱体外壳1的高度为其外直径的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为圆柱体外壳1的外直径的24％，L型隔板3水平段的长度为圆柱体外壳1的外直径的30％，各L型隔板的水平段上均开有总面积占该水平段面积50％的多个均布的方形孔洞，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％。将本圆环形调谐液柱阻尼器安装于被控结构的顶部，在两个圆柱体壳体之间的腔体内盛入纯净水，阻尼器与被控结构的质量比为3％。

如图5～8所示，被控结构在来自0°方向的简谐波荷载、Elcentro地震波荷载的激励下，相比于未安装阻尼器的情况，安装阻尼器后峰值加速度和均方根加速度都有明显降低，并且在0～90°的外荷载激励方向上被控结构的峰值加速度衰减率、均方根加速度衰减率基本一致，说明了阻尼器在多个方向都有较好的减振效果，耗散部分结构的动能。

Claims

1.一种圆环形调谐液柱阻尼器，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N个对称布置的L型隔板(3)，各L型隔板(3)的水平段顶部与圆柱体内壳(2)底部位于同一水平面上且两者固接，各L型隔板(3)的竖直段分别与所述圆柱体内壳(2)、圆柱体外壳(1)固接，相邻L型隔板(3)之间填充有液体(4)。

2.根据权利要求1所述的圆环形调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述圆环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所述的圆环形调谐液柱阻尼器，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所述的圆环形调谐液柱阻尼器，其特征在于，N为正偶数，且4≤N≤12。

5.根据权利要求3所述的圆环形调谐液柱阻尼器，其特征在于，N为正偶数，且4≤N≤12。

6.根据权利要求1或2所述的圆环形调谐液柱阻尼器，其特征在于，各L形隔板底部分别设有均布的多个孔洞(31)，其开孔面积为相应L型隔板(3)底部水平段面积的20％～80％。