WO2006099650A1 - Flüssigkeitstilger zur tilgung von schwingungen für bauwerke - Google Patents

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WO2006099650A1
WO2006099650A1 PCT/AT2006/000124 AT2006000124W WO2006099650A1 WO 2006099650 A1 WO2006099650 A1 WO 2006099650A1 AT 2006000124 W AT2006000124 W AT 2006000124W WO 2006099650 A1 WO2006099650 A1 WO 2006099650A1
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liquid
liquid damper
damper
gas
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PCT/AT2006/000124
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Michael Reiterer
Franz Ziegler
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Technische Universität Wien
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/02—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems
    • F16F15/023—Suppression of vibrations of non-rotating, e.g. reciprocating systems; Suppression of vibrations of rotating systems by use of members not moving with the rotating systems using fluid means
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E01—CONSTRUCTION OF ROADS, RAILWAYS, OR BRIDGES
    • E01D—CONSTRUCTION OF BRIDGES, ELEVATED ROADWAYS OR VIADUCTS; ASSEMBLY OF BRIDGES
    • E01D19/00—Structural or constructional details of bridges
    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
    • E04—BUILDING
    • E04H—BUILDINGS OR LIKE STRUCTURES FOR PARTICULAR PURPOSES; SWIMMING OR SPLASH BATHS OR POOLS; MASTS; FENCING; TENTS OR CANOPIES, IN GENERAL
    • E04H9/00—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate
    • E04H9/02—Buildings, groups of buildings or shelters adapted to withstand or provide protection against abnormal external influences, e.g. war-like action, earthquake or extreme climate withstanding earthquake or sinking of ground
    • E04H9/021—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings
    • E04H9/0215—Bearing, supporting or connecting constructions specially adapted for such buildings involving active or passive dynamic mass damping systems

Definitions

  • the invention relates to a liquid damper for the eradication of vibrations for structures, in particular for bridge structures, in particular for reducing preferably vertical vibrations, with at least one, at least partially filled with liquid first chamber which in a bottom region of the liquid with at least one liquid at least partially filled second chamber is closed, at least one chamber is sealed to the outside, and wherein at least one gas-filled space is formed above the liquid level.
  • TLCD liquid samplers tuning liquid column damper
  • the liquid is in a U-shaped pipe system.
  • One branch of the tube is gas-tight against the environment, so that a gas-filled space is created above the liquid level in this chamber.
  • the other branch of the U-tube is connected in the region of its upper end via an opening with the environment.
  • vibration energy is concentrated in the liquid damper. Due to the flow losses, the kinetic energy is dissipated in the liquid damper and thus achieved a vibration damping of the building.
  • the asymmetrical design of the liquid stylus induces undesirable horizontal force effects and a moment effect.
  • the single-sided gas spring also only allows applications in the extremely low frequency range.
  • Such an arrangement is for example from the publication "Tuned Liquid Damper for Suppressing Vertical Vibration", LM Sun, I. Nakaoka, 45 th ISC annual meeting, Vol.l, 1990, pp. 978-979 known.
  • both chambers are sealed gas-tight relative to the environment, wherein in each case at least one preferably with air or nitrogen above the liquid levels of each chamber filled gas space is formed.
  • the range of application of the liquid damper thereby increases to frequencies up to approximately 5 hertz.
  • a symmetrical design of the liquid damper with respect to a vertical axis prevents the undesirable horizontal force effect and the moment effect.
  • the throttling can take place via suitable dimensioning of the cross sections and geometries of the chambers or the flow connection between the two chambers, or else via a separate throttle device. It is particularly advantageous if at least one throttle device for the fluid is arranged in the first chamber, in the second chamber and / or in the overflow region between the first and the second chamber, via which the damping behavior of the liquid damper can be defined and optimally adjusted.
  • the at least one second chamber is arranged symmetrically with respect to a vertical axis of the liquid sampler, preferably symmetrically with respect to the vertical axis of the first chamber.
  • the second chamber surrounds the first chamber at least in sections.
  • the second chamber may adjoin the first chamber directly, wherein at least one partition wall may be arranged between the first and second chambers.
  • Horizontal suggestions in the building can also be substantially reduced by the fact that the second chamber directly adjacent to the first chamber, wherein between the first and second chamber at least one partition wall can be arranged.
  • the partition wall from the bottom of the liquid damper at least in sections, be spaced apart.
  • the partition in the bottom region of the liquid damper may have at least one opening or recess which establishes the flow connection between the first and the second chamber.
  • the partition may be, for example, a preferably circular cylindrical pipe part of the liquid damper.
  • first and / or the second chamber has an angular, regular cross section, preferably a rectangular cross section.
  • At least one guide device with at least one swirl-preventing flow guide surface is arranged in the bottom region of the liquid damper. The liquid is thus guided during the overflow between the chambers via at least one swirl-preventing flow guide.
  • the guide device can be formed integrally with the bottom region of the liquid sampler or as a separate component inserted into the liquid sampler.
  • the gas chambers of the first and second chambers have at rest different pressures, wherein preferably the pressure in the gas space of the first chamber is greater than the pressure in the gas space of the second chamber.
  • the pressure in the gas chambers can be set once fixed in the context of an initial vote on the building. But it is also possible that the pressure of at least one gas space via at least one adjusting device is variable. As a result, the repayment behavior can be adapted in particular to a changed vibration behavior of the structure, for example due to structural changes and / or different loads.
  • the liquid damper should be firmly connected to the structure. It is particularly advantageous if the liquid damper in a functional component of the building, preferably in a pillar, in a strut or in a carrier integrated. But it is also conceivable to design the liquid damper as a separate functional element for retrofitting the building in the case of renovations.
  • Reliable eradication can only be achieved by optimally matching the design parameters (natural frequency and damping behavior) of the fluid sampler to a selected vibration mode of the construction.
  • the vote in relation to the optimum natural frequency of the liquid damper can be done by selecting the pressure level in the first and / or second gas space and / or the gas volumes in the gas spaces.
  • the vote on the optimal damping behavior is made by the choice of the throttle resistance.
  • FIGS. show schematically:
  • FIG. 1 shows a liquid damper according to the invention in a first embodiment in a section along the line I-I in Fig. 2.
  • FIG. 1 a shows a detail of a variant embodiment of the liquid absorber from FIG. 1;
  • Figure 2 shows the liquid damper in a section along the line II-II in Fig. 1.
  • FIG. 3 shows a liquid damper in a variant embodiment in a section along the line III-III in FIG. 4;
  • FIG. 4 shows this liquid absorber in a section according to the line IV-IV in FIG. 3;
  • FIG. 3 shows a liquid damper in a variant embodiment in a section along the line III-III in FIG. 4;
  • FIG. 4 shows this liquid absorber in a section according to the line IV-IV in FIG. 3;
  • FIG. 5 shows a liquid damper in a variant in a section along the line V-V in Fig. 6 .;
  • FIG. 6 shows this liquid absorber in a section along the line VI-VI in FIG. 5;
  • FIG. 7 shows a liquid damper in a further embodiment in a section analogous to FIG. 2 and FIG. 6;
  • FIG. 8 is a schematic representation of a liquid sampler according to the invention in a momentary deflected position
  • the liquid damper 10 has a rectangular cross-section.
  • the first and second chambers 14, 16 also have rectangular cross-sectional areas, the sum of the cross-sectional areas of the second chambers 16 being equal to the cross-sectional area A of the first chamber 14.
  • Both the first and the second chambers 14, 16 are above a closure element 22 , 24 gas-tight to the outside.
  • Above the liquid level 26, 28 of the liquid 30 formed for example by water are formed by the closure elements 22, 24 limited, for example, filled with air or nitrogen gas spaces 32, 34. At rest, the pressure in the second gas space 34 p 0 , the pressure in the first gas space p o + 2pgH o .
  • the liquid damper 10 is formed symmetrically with respect to its vertical axis 36.
  • at least one throttle device 38 is arranged in each second chamber 16 for dissipating the kinetic energy.
  • the throttle device 38 may also be positioned in the first chamber 14 and / or in the overflow region 44 between the first and the second chamber 14, 16.
  • the volume V 0 is formed in the first gas space 32.
  • the volume in each second gas space 34 is V 0/2 .
  • L A is the length of the liquid damper 10
  • B A denotes the width of the liquid damper 10.
  • the length of the first chamber 14 is about L A / 2, the length of each second chamber 16 about L A / 4.
  • the mass ratio of the similar mechanical absorber is set so that
  • the improved optimal design parameters of the liquid damper 10 are achieved by minimizing a
  • Weight matrix to be minimized.
  • the matrix P is determined by Ljapunov's matrix equation
  • the optimum dynamic parameters of the liquid absorber 10 result in consequence from the equation (4) under the condition: minimization of the deflection (according to Petersen [1], p.
  • the nonlinear dynamic magnification factor DVF for the exemplary embodiment with eight liquid stylers 10 is indicated by line 66.
  • the described compact liquid damper 10 is presented as a cost-effective replacement for a mechanical absorber (spring-mass-damper system) for reducing vertical structural vibrations.
  • a mechanical absorber spring-mass-damper system
  • the frequency application range can be extended at least to about five hertz.
  • the tuning of the frequency ratio and the (linearized) damping takes place in analogy to the mechanical absorber, possibly followed by a fine tuning in the state space.
  • Realistic simulations of the overall system (main system 50 and liquid damper 10) generally require the consideration of - -

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitstilger (10) zur Tilgung von Schwingungen für Bauwerke, insbesondere für Brückenbauwerke (52), insbesondere zur Reduzierung von vorzugsweise vertikalen Schwingungen, mit mindestens einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit (30) gefüllten ersten Kammer (14), welche im Bodenbereich (20) des Flüssigkeitstilgers (10) mit zumindest einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit (30) gefüllten zweiten Kammer (16) strömungsverbunden ist, wobei zumindest eine Kammer (14, 16) dicht nach außen verschlossen ist, und wobei über zumindest einem Flüssigkeitsspiegel (26, 28) zumindest ein gasgefüllter Raum (32, 34) ausgebildet ist. Um auf möglichst einfache Weise in das Bauwerk eingeleitete Schwingungen wirksam tilgen zu können, ist vorgesehen, dass beide Kammern (14, 16) gegenüber der Umgebung gasdicht verschlossen sind, wobei über den Flüssigkeitsspiegeln (26, 28) jeder Kammer (14, 16) jeweils zumindest ein vorzugsweise mit Luft oder Stickstoff gefüllter Gasraum (32, 34) ausgebildet ist. Die unerwünschte horizontale Kraftwirkung und die Momentenwirkung des Flüssigkeitstilgers (10) wird durch eine symmetrische Bauweise bezüglich einer Hochachse (36) unterbunden.

Description

Flüssigkeitstilger zur Tilgung von Schwingungen für Bauwerke
Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitstilger zur Tilgung von Schwingungen für Bauwerke, insbesondere für Brückenbauwerke, insbesondere zur Reduzierung von vorzugsweise vertikalen Schwingungen, mit mindestens einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit gefüllten ersten Kammer, welche in einem Bodenbereich des Flüssigkeitstilgers mit zumindest einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit gefüllten zweiten Kammer strömungsverbunden ist, wobei zumindest eine Kammer dicht nach außen verschlossen ist, und wobei über dem Flüssigkeitsspiegel zumindest ein gasgefüllter Raum ausgebildet ist.
Es ist bekannt, zur Dämpfung von schwingungsanfälligen Konstruktionen mechanische Tilger (Feder-Masse-Dämpfer-Systeme) einzusetzen. Derartige mechanische Tilger sind beispielsweise in [1] Petersen, C, (2001), "Schwingungsdämpfer im Ingenieurbau", 1. Auflage, Herausgeber: Maurer Söhne GmbH & Co. KG, München, ISBN 3-00-008059-7, beschrieben. Mechanische Tilger sind allerdings relativ kostenaufwändig und wartungsintensiv.
Weiters sind sogenannte TLCD-Flüssigkeitstilger (Tuned Liquid Column Damper) bekannt. Die Flüssigkeit befindet sich dabei in einem U-förmigen Rohrsystem. Ein Zweig des Rohres ist gegenüber der Umgebung gasdicht verschlossen, sodass über dem Flüssigkeitsspiegel in dieser Kammer ein gasgefüllter Raum entsteht. Der andere Zweig des U-Rohres ist im Bereich seines oberen Endes über eine Öffnung mit der Umgebung verbunden. Bei vertikalen Schwingungen des Bauwerkes setzt eine Bewegung der Flüssigkeitssäule ein und dadurch wird Schwingungsenergie im Flüssigkeitstilger konzentriert. Durch die Strömungsverluste wird die kinetische Energie im Flüssigkeitstilger dissipiert und somit eine Schwingungsdämpfung des Bauwerkes erzielt. Die unsymmetrische Bauweise des Flüssigkeitstilgers induziert unerwünschte horizontale Kraftwirkungen und eine Momentenwirkung. Die einseitige Gasfeder erlaubt zudem nur Anwendungen im extrem tiefen Frequenzbereich . Eine derartige Anordnung ist etwa aus der Veröffentlichung "Tuned Liquid Damper for Suppressing Vertical Vibration", L. M. Sun, I. Nakaoka, 45th ISCE annual meeting, Vol.l, 1990, pp. 978-979 bekannt.
Es ist die Aufgabe der Erfindung, diese Nachteile zu vermeiden und auf möglichst einfache Weise eine zuverlässige Tilgung von in das Bauwerk eingeleiteten Schwingungen zu erreichen.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass beide Kammern gegenüber der Umgebung gasdicht verschlossen sind, wobei über den Flüssigkeitsspiegeln jeder Kammer jeweils zumindest ein vorzugsweise mit Luft oder Stickstoff gefüllter Gasraum ausgebildet ist. Der Anwendungsbereich des Flüssigkeitstilgers erhöht sich dadurch auf Frequenzen bis ca. 5 Hertz. Eine symmetrische Bauweise des Flüssigkeitstilgers bezüglich einer Hochachse unterbindet die unerwünschte horizontale Kraftwirkung und die Momentenwirkung.
Dabei werden folgende Schritten durchgeführt:
Bereitstellen eines Flüssigkeitstilgers mit zumindest einer ersten und einer zweiten mit einer Flüssigkeit gefüllten Kammer, wobei die gegenüber der Umgebung gas- und flüssigkeitsdichten Kammern miteinander hydraulisch kommunizierend strömungsverbunden werden und über dem Flüssigkeitsspiegel jeder Kammer zumindest ein Gasraum vorgesehen wird, welche Gasräume so mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, dass sich im schwingungslosen Ruhezustand unterschiedliche Flüssigkeitsniveaus in der ersten und zweiten Kammer einstellen;
Herstellen einer festen mechanischen Verbindung zwischen dem Flüssigkeitstilger und dem Bauwerk;
Beschleunigen des Flüssigkeitstilgers durch eine Schwingung des Bauwerkes mit vorzugsweise vertikalem Anteil;
Drosseln der zwischen der ersten und der zweiten Kammer oszillierenden Flüssigkeit.
Die Drosselung kann über geeignete Dimensionierung der Querschnitte und Geometrien der Kammern bzw. der Strömungsverbindung zwischen den beiden Kammer, oder aber über eine separate Drosseleinrichtung erfolgen. Besonders vorteilhaft ist es, wenn in der ersten Kammer, in der zweiten Kammer und/oder im Überströmbereich zwischen der ersten und der zweiten Kammer zumindest eine Drosseleinrichtung für die Flüssigkeit angeordnet ist, über welche das Dämpfungsverhalten des Flüssigkeitstilgers definiert und optimal eingestellt werden kann.
Um bei einer Schwingungsbewegung der Flüssigkeitssäulen ein Einleiten von horizontalen Kraftwirkungen und der Momentenwirkung in das Bauwerk zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn die zumindest eine zweite Kammer symmetrisch bezüglich einer Hochachse des Flüssigkeitstilgers, vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Hochachse der ersten Kammer, angeordnet ist. Gemäß einer sehr kompakten Ausführungsvariante der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, dass die zweite Kammer die erste Kammer zumindest abschnittsweise umgibt. - -
Die zweite Kammer kann unmittelbar an die erste Kammer grenzen, wobei zwischen erster und zweiter Kammer zumindest eine Trennwand angeordnet sein kann.
Horizontale Anregungen in das Bauwerk können auch dadurch wesentlich verringert werden, dass die zweite Kammer unmittelbar an die erste Kammer grenzt, wobei zwischen erster und zweiter Kammer zumindest eine Trennwand angeordnet sein kann.
Um eine Strömungsverbindung zwischen der ersten Kammer und der zweiten Kammer zu ermöglichen, kann die Trennwand vom Boden des Flüssigkeitstilgers zumindest abschnittsweise, beabstandet sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Trennwand im Bodenbereich des Flüssigkeitstilgers zumindest eine Öffnung oder Ausnehmung aufweisen, welche die Strömungsverbindung zwischen der ersten und der zweiten Kammer herstellt.
Eine einfache Konstruktion ergibt sich, wenn die Kammern des Flüssigkeitstilgers durch ein vorzugsweise konzentrisches, besonders vorzugsweise kreiszylinder- förmiges Rohrsystem gebildet sind. Die Trennwand kann dabei beispielsweise ein vorzugsweise kreiszylinderförmiger Rohrteil des Flüssigkeitstilgers sein.
Selbstverständlich sind auch andere geometrische Formen möglich. Insbesondere kann es strömungstechnisch vorteilhaft sein, wenn die erste und/oder die zweite Kammer einen eckigen, regelmäßigen Querschnitt, vorzugsweise einen rechteckigen Querschnitt, aufweist.
Um eine ausreichende Tilgung zu gewährleisten, sollten Verwirbelungen beim Überströmen zwischen den beiden Kammern möglichst vermieden werden. Um dies zu erreichen ist es vorteilhaft, wenn im Bodenbereich des Flüssigkeitstilger zumindest eine Leiteinrichtung mit mindestens einer drallverhindernden Strömungsleitfläche angeordnet ist. Die Flüssigkeit wird somit beim Überströmen zwischen den Kammern über zumindest eine drallverhindernde Strömungsleitfläche geführt. Die Leiteinrichtung kann dabei einstückig mit dem Bodenbereich des Flüssigkeitstilgers oder als ein in den Flüssigkeitstilger eingesetzter separater Bauteil ausgebildet sein.
Die Gasräume der ersten und zweiten Kammer weisen im Ruhezustand unterschiedliche Drücke auf, wobei vorzugsweise der Druck im Gasraum der ersten Kammer größer ist als der Druck im Gasraum der zweiten Kammer. Dadurch bildet sich im Ruhezustand in der ersten und der zweiten Kammer eine Flüssigkeitsspiegel-Höhendifferenz aus. Im Falle einer vertikalen Schwingung des Bauwerkes wird die Flüssigkeit in Bewegung versetzt, wobei im Falle der symmetrischen Bauweise des Flüssigkeitstilgers eine rein vertikale Kraftwirkung induziert - -
wird. Der Druck in den Gasräumen kann dabei einmalig fix im Rahmen einer anfänglichen Abstimmung auf das Bauwerk eingestellt sein. Es ist aber auch möglich, dass der Druck zumindest eines Gasraumes über zumindest eine Stelleinrichtung veränderbar ist. Dadurch kann das Tilgungsverhalten insbesondere an ein verändertes Schwingungsverhalten des Bauwerkes, beispielsweise durch bauliche Änderungen und/oder unterschiedliche Belastungen, angepasst werden.
Es ist aber auch möglich, zumindest in einem Gasraum der ersten und/oder zweiten Kammer, vorzugsweise während der Beschleunigung des Flüssigkeitstilgers, das Druckniveau durch gesteuerte Zu- oder Abfuhr von Gas aktiv zu verändern. Dadurch kann eine weitere Verbesserung der Schwingungstilgung, insbesondere im transienten Bereich einer Schwingung, erreicht werden.
Um eine zuverlässige Funktion zu gewährleisten, sollte der Flüssigkeitstilger fest mit dem Bauwerk verbunden sein. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn der Flüssigkeitstilger in einen funktionellen Bauteil des Bauwerkes, vorzugsweise in einen Pfeiler, in eine Strebe oder in einen Träger, integriert ist. Es ist aber auch denkbar, den Flüssigkeitstilger als eigenes Funktionselement zum nachträglichen Ausstatten des Bauwerkes im Falle von Sanierungen zu konzipieren.
Eine zuverlässige Tilgung kann nur durch optimale Abstimmung der Entwurfsparameter (Eigenfrequenz und Dämpfungsverhalten) des Flüssigkeitstilgers auf eine ausgewählte Schwingungsform des Bauwerkes erreicht werden. Die Abstimmung in Bezug auf die optimale Eigenfrequenz des Flüssigkeitstilgers kann durch Wahl des Druckniveaus im ersten und/oder zweiten Gasraum und/oder der Gasvolumina in den Gasräumen erfolgen.
Die Abstimmung auf das optimale Dämpfungsverhalten erfolgt durch die Wahl des Drosselwiderstandes.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Figuren näher erläutert. Es zeigen schematisch:
Fig. 1 einen erfindungsgemäßen Flüssigkeitstilger in einer ersten Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie I-I in Fig. 2;
Fig. Ia ein Detail einer Variantenausführung des Flüssigkeitstilgers aus Fig. 1;
Fig. 2 den Flüssigkeitstilger in einem Schnitt gemäß der Linie II-II in Fig. 1;
Fig. 3 einen Flüssigkeitstilger in einer Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie III-III in Fig. 4; Fig. 4 diesen Flüssigkeitstilger in einem Schnitt gemäß der Linie IV-IV in Fig. 3;
Fig. 5 einen Flüssigkeitstilger in einer Ausführungsvariante in einem Schnitt gemäß der Linie V-V in Fig. 6;
Fig. 6 diesen Flüssigkeitstilger in einem Schnitt gemäß der Linie VI-VI in Fig. 5;
Fig. 7 einen Flüssigkeitstilger in einer weiteren Ausführungsvariante in einem Schnitt analog zu Fig. 2 und Fig. 6;
Fig. 8 eine Prinzipdarstellung eines erfindungsgemäßen Flüssigkeitstilgers in einer momentanen ausgelenkten Lage;
Fig. 9 den dynamischen Vergrößerungsfaktor des nichtlinearen Systems im kritischen Frequenzfenster, aufgetragen über der Erregerfrequenz; und
Fig. 10 ein Anwendungsbeispiel für einen Flüssigkeitstilger.
Funktionsgleiche Teile sind in den Ausführungsvarianten mit gleichen Bezugszeichen versehen.
Der kompakte Flüssigkeitstilger 10 ist eine kostengünstige Alternative zum mechanischen Tilger, insbesondere im unteren Frequenzbereich der Schwingung. Er besteht aus einem Behälter 11 mit einem starren, teilweise mit Flüssigkeit 30 der Dichte p gefüllten Rohrsystem 12, in welchem zumindest eine erste Kammer 14 und zumindest eine zweite Kammer 16 angeordnet sind. Die durch eine Trennwand 18 voneinander getrennten ersten und zweiten Kammern 14, 16 sind im Bodenbereich 20 des Rohrsystems 12 miteinander hydraulisch kommunizierend verbunden. Zu diesem Zweck ist die Trennwand 18 vom Bodenbereich 20 beabstandet.
Zumindest eine der beiden Kammern 14, 16 ist durch ein Verschlusselement 22, 24 gegenüber der Umgebung gasdicht verschossen und in der Ruhelage unter Gasdruck pQ + 2pgH0 gesetzt. p0 bezeichnet dabei den statischen Gasvordruck in beiden Kammern 14, 16, pg das spezifische Gewicht der Flüssigkeit 30 und 2H0 die Flüssigkeitsspiegel-Ηöhendifferenz 26, 28 in der statischen Ruhelage. Bei einseitig offenem Rohrsystem 12 ist für PQ der Atmosphärendruck anzusetzen. Die Höhendifferenz 2H0 der Flüssigkeitsspiegel 26, 28 ist notwendig, um bei vertikalen Schwingungen eine Bewegung der Flüssigkeitssäule anzuregen und somit Schwingungsenergie im Flüssigkeitstilger 10 zu konzentrieren. Durch die Strömungsverluste wird die kinetische Energie im Flüssigkeitstilger 10 dissipiert, wo- - - bei eine Drosseleinrichtung 38 den Turbulenzdämpfungsanteil auf den optimalen Wert der Abstimmung erhöht. Eine Ausführung mit beidseitig geschlossenen Kammern 14, 16 erlaubt durch die Erhöhung des Vordruckes p0 über den Atmosphärendruck hinaus, die Eigenfrequenz fA der schwingenden Flüssigkeitssäule bis ca. fünf Hertz anzuheben. Diese Beschränkung des Frequenzbereiches ist aber keine absolute, sondern eine Folge von mit der Strömungsgeschwindigkeit wachsenden Problemen an den Trennflächen zwischen Flüssigkeit und Gas. Der Einsatz einer Membrandichtung ließe durchaus eine Erweiterung des Frequenzbandes durch Steigerung des Vordruckes ρ0 zu, ist aber aus Kosten- und Wartungsgründen eher unerwünscht.
In dem in den Fig. 1 und Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Flüssigkeitstilger 10 einen rechteckigen Querschnitt auf. Auch die ersten und zweiten Kammern 14, 16 weisen rechteckige Querschnittsflächen auf, wobei die Summe der Querschnittsflächen der zweiten Kammern 16 gleich ist der Querschnittsfläche A der ersten Kammer 14. Sowohl die erste, als auch die zweite Kammer 14, 16 ist über ein Verschlusselement 22, 24 nach außen gasdicht abgeschlossen. Über dem Flüssigkeitsspiegel 26, 28 der beispielsweise durch Wasser gebildeten Flüssigkeit 30 sind durch die Verschlusselemente 22, 24 begrenzte, beispielsweise mit Luft oder Stickstoff gefüllte Gasräume 32, 34 ausgebildet. Im Ruhezustand beträgt der Druck im zweiten Gasraum 34 p0, der Druck im ersten Gasraum po + 2pgHo. Der Druck in den Gasräumen 32, 34 kann dabei einmalig fix im Rahmen einer anfänglichen Abstimmung auf das Bauwerk eingestellt sein. Es ist aber auch möglich, dass der Druck zumindest eines Gasraumes 32, 34 über zumindest eine Stelleinrichtung 35 veränderbar ist. Dadurch kann das Tilgungsverhalten insbesondere an ein verändertes Schwingungsverhalten des Bauwerkes, beispielsweise durch bauliche Änderungen und/oder unterschiedliche Belastungen, angepasst werden. Insbesondere ist es auch möglich, das Druckniveau während eines Schwingungsereignisses durch gesteuerte Zu- oder Abfuhr von Gas aktiv zu verändern und somit die Schwingungstilgung im transienten Bereich einer Schwingung günstig zu beeinflussen.
Um ein Einleiten von horizontalen Schwingungen in das Bauwerk zu vermeiden, ist der Flüssigkeitstilger 10 symmetrisch bezüglich seiner Hochachse 36 ausgebildet. Im Ausführungsbeispiel ist zur Dissipation der kinetischen Energie in jeder zweiten Kammer 16 zumindest eine Drosseleinrichtung 38 angeordnet. Die Drosseleinrichtung 38 kann aber auch in der ersten Kammer 14 und/oder im Überströmbereich 44 zwischen der ersten und der zweiten Kammer 14, 16 positioniert sein. Im ersten Gasraum 32 bildet sich das Volumen V0 aus. Das Volumen in jedem zweiten Gasraum 34 beträgt V0/2. Mit LA ist die Länge des Flüssigkeitstilgers 10, mit BA die Breite des Flüssigkeitstilgers 10 bezeichnet. Die Länge der ersten Kammer 14 beträgt etwa LA/2, die Länge jeder zweiten Kammer 16 etwa LA/4.
Bei der in den Fig. 3 und Fig. 4 dargestellten Ausführungsvariante weist der Flüssigkeitstilger 10 zwei voneinander durch eine Gehäusewand 40 hydraulisch getrennte erste Kammern 14 auf. Jede der beiden ersten Kammern 14 ist mit jeweils einer zweiten Kammer 16 strömungsverbunden. Der Grundriss des Flüssigkeitstilgers 10 und der ersten und zweiten Kammern 14, 16 ist auch hier rechteckig. Die Länge jeder ersten und zweiten Kammer 14, 16 beträgt hier etwa U/4.
Fig. Ia zeigt eine Ausführung, bei der die zweite Kammer 16 gegenüber der Umgebung geöffnet ist. Die Öffnung ist mit Bezugszeichen 42 bezeichnet. Als Vordruck P0 ist dann der Atmosphärendruck anzusetzen.
Zur Vermeidung von Flüssigkeitsverwirbelungen können im Bereich der Umlenkung 44 zwischen erster und zweiter Kammer 14, 16 Strömungsleitflächen 47 angeordnet sein, welche beispielsweise durch Leitbleche 46 gebildet sein können, wie in der Fig. 6 angedeutet ist. Eine glatte Umlenkströmung wird durch eine entsprechende Bodenwölbung 48 des Bodenbereiches 20 des Behälters 11 mit entsprechenden Strömungsleitflächen 49 erreicht, wie aus Fig. 5 ersichtlich ist.
Die Fig. 7 zeigt eine Ausführungsform eines Flüssigkeitstilgers 10 mit einem konzentrischen Rohrsystem 12 mit kreisrundem Grundriss. Die Trennwand 18 zwischen erster und zweiter Kammer 14, 16 wird durch einen kreiszylinderförmigen Rohrteil 13 des Flüssigkeitstilgers 10 gebildet. Mit Di ist der Durchmesser der ersten Kammer 14, mit DA ist der Durchmesser der zweiten Kammer 16 bezeichnet. Im Ausführungsbeispiel ist, um gleiche Querschnittsflächen A für die beiden Kammern 14, 16 bereitzustellen, DA
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.
Fig. 10 zeigt ein Anwendungsbeispiel für den Flüssigkeitstilger 10 bei einem durch ein Brückenbauwerk 52 gebildeten Hauptsystem 50. Mindestens ein Flüssigkeitstilger 10 ist dabei starr an dem Kastenträger 54 des Brückenbauwerkes befestigt und dient der Tilgung von vertikalen Schwingungen des Brückenbauwerkes 52.
Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Tilgung der vertikalen Schwingungen ist es wesentlich, dass sowohl die Stelle oder die Stellen der Anbringung am Hauptsystem 50 günstig gewählt und insbesondere die Entwurfsparameter (Eigenfrequenz und Dämpfungsverhalten) des Flüssigkeitstilgers 10 optimal auf eine ausgewählte Schwingungsform oder auf mehrere ausgewählte Schwingungsformen abgestimmt werden. An Stelle eines einzigen großen Flüssigkeitstilgers 10 können aber auch mehrere kleinere Flüssigkeitstilger 10 in paralleler Wirkung - -
vorgesehen werden, wie an Hand des Beispiels 2 im Folgenden noch erläutert wird.
Abstimmung des Flüssigkeitstilqers
Fig. 8 zeigt eine Prinzipskizze des Flüssigkeitstilgers 10 in einer momentanen ausgelenkten Lage, wobei alternativ auch ein gewölbter Bodenbereich 20 vorgesehen sein kann. Der Flüssigkeitstilger 10 ist an der Stelle x =ξ mit dem schwingenden Hauptsystem 50 verbunden. Die Verschiebung des Flüssigkeitstilgers 10 ist durch w"' = wg(t)+ w(t) beschrieben. wg(t) bezeichnet eine vorgegebene Wegerregung. Die momentane Lage der relativen Stromlinie mit der Länge L, vom Punkt 1 zum Punkt 2, ist durch die Spiegelkoordinate M1 = M2 = KO bestimmt. Die Kraftwirkung auf das Hauptsystem 50 beträgt (-Fz ).
Der Flüssigkeitstilger 10 wird in einem ersten Schritt für eine bestimmte Eigenfrequenz fs = Ω/2π in Hertz, [Hz], des schwingenden Hauptsystems (Bauwerk) ausgelegt. Die Positionierung wird an jener Stelle x =ξ vorgesehen, an der die größte vertikale Erregung in der zugehörigen Eigenschwingungsform des Hauptsystems, VIA' in Fig. 8, zu erwarten ist. Nach Wahl des Verhältnisses μ -m,f IM <\ der Flüssigkeitsmasse nif zu der modalen Masse M der ausgewählten Eigenschwingung des Hauptsystems, und des statischen Überdruckes 2pgH0 im abgeschlossenen Gasvolumen, siehe Fig. 1, mit Spezifizierung der Flüssigkeitsdichte (für Wasser ist p=1000 kg/ m3 ), wird der Rohentwurf des kompakten Rohrsystems 11 nach Fig. 1 vorgenommen. Querschnittsfläche A, Referenzhöhe H und H0 sind dann festgelegt.
Der Vergleich des Flüssigkeitstilgers 10 mit einem von Petersen in [1], S. 46 bis 64 detaillierten konventionellen mechanischen Tilger (einem Feder-Masse- Dämpfer-System), bestimmt die folgenden Geometrie- bzw. Ähnlichkeitsfaktoren,
Figure imgf000010_0001
wobei der, möglichst kleine Winkel ß, eine mögliche Schiefstellung des Flüssigkeitstilgers 11 gegen die Lotrechte bezeichnet. L ist die Länge des Flüssigkeitsfadens 60. Der für die Tilgung wirksame Anteil der Flüssigkeitsmasse ist damit bestimmt,
Figure imgf000010_0002
2H
Mit der Forderung der Maximierung dieser Masse und damit von rc0 = —2-cosß folgt daher die erste Entwurfsregel, da die restlichen "toten" Massen des Flüssig- - - keitstilgers 10 der modalen Hauptsystemmasse zuzuschlagen sind. (Die dadurch verursachte Verschiebung der Resonanzfrequenz ist in Fig. 9 erkennbar).
Das Massenverhältnis des gleichartigen mechanischen Tilgers ist damit festgelegt,
Figure imgf000011_0001
und die klassischen Abstimmungsformeln nach Den Hartog liefern das optimale Frequenzverhältnis δA opt und den äquivalenten linear viskosen Dämpfungskoeffizienten (tλfipti eine Zusammenstellung gibt u.a. Petersen [1], S. 226.
Die Analogie legt dann die optimalen Parameter des (linearisierten) Flüssigkeitstilgers 10 fest,
~#
R G W>AA f J λA δ ~AΑ,,oopptτ r __ r - (άλ
°A ,opt - o ~ f ~ I 7 TT" ' ^A ,opt - hA,opt ■ ^J l i JS ^ hl+ + ( lll--/tcc§ή)h/
Die Eigenfrequenz fA,oPt = SA oPtfs des Flϋssigkeitstilgers 10 bestimmt die nun wesentlichen Entwurfsparameter des ein- bzw. beidseitig geschlossenen Flüssigkeitstilgers 10: das Gasvolumen V0 = AH0 und den gemeinsamen statischen Gasvordruck po =pgho,
[Hz], beidseitige Gasfeder, (5a)
Figure imgf000011_0002
/λ w. t
Figure imgf000011_0003
einSeitige Gasfeder' Ä0«10m.(5b)
Der Neigungswinkel ß aus der Lotrechten soll wieder möglichst klein sein und l ≤ n ≤ XA ist der Exponent der linearisiert eingesetzten polytropen Gaskompression. Die Eigenfrequenzen nach Gleichung (5a) bzw. (5b) sind dann näherungsweise konstant, wenn die maximale Schwankung des Flüssigkeitsspiegels mit etwa max|«j= t/0 <V0 /3A eingeschränkt wird. Das restliche Gasvolumen der Gasräume mit Einschluss eines Sicherheitszuschlages, z.B. VQ -IAUQ, kann dann frei den Einbaubedingungen angepasst werden. - -
Die experimentell nachgewiesene mittlere turbulente Dämpfungskraft optimalen linear viskosen Dämpfung äquivalent zuzuord-
Figure imgf000012_0001
nen,
$L,opt - A jj ζλ,opt ' (6)
U0 ist die maximale Spiegelschwankung. Die hinreichende Bedingung für den linearen Dämpfungsbeiwert,
Figure imgf000012_0002
zur sicheren Vermeidung schädlicher Auswirkungen der Parametererregung der Flüssigkeitssäule ist abschließend zu überprüfen.
Feinabstimmung im Zustandsraum
Eine Feinabstimmung im Zustandsraum wird immer dann empfohlen, wenn der einzelne Flüssigkeitstilger 10 an der Stelle x =ξ des Hauptsystems 50 in mehrere parallel wirkende Flüssigkeitstilger 10 aufgelöst wird und/oder wenn die ausgewählte Schwingungsform des Hauptsystems 50 mehrere Größtausschläge aufweist, wo Flüssigkeitstilger 10 positioniert werden können. Sind Eigenfrequenzen des Hauptsystems 50 eng benachbart, wird diese Nachjustierung der Den Hartog Parameter die Tilgerwirkung ebenfalls verbessern. Die verbesserten optimalen Entwurfsparameter der Flüssigkeitstilger 10 werden durch Minimierung einer
Zielfunktion J ' — ι den Zustands-
Figure imgf000012_0003
hypervektor des Hauptsystems - Yt(t) ist eine modale Koordinate - dann kann im Frequenzraum diese Zielfunktion,
J
Figure imgf000012_0004
= 2πbl P έ>0 — >• min , (8)
-OO vorgegeben und mit S = diag[sι , ..., sN] als symmetrische, positiv semi-definite
Gewichtsmatrix, minimiert werden. Die Matrix P wird durch die Ljapunov 'sehen Matrizengleichung bestimmt,
(Ä+ BRJ P +P(A +BR) = -s. (9)
Die Matrizen Ä , B und R (mit den zu optimierenden Parametern) sind dem System anzupassen. Beispiel 1
Tilgung der Grundschwingung einer Brücke - Abstimmung des Flüssiqkeitstilgers
Es wird die Erhöhung der effektiven Strukturdämpfung eines beidseitig gelenkig gelagerten kontinuierlichen Brückenbauwerkes 52 mit einer Spannweite von l = 50m unter mittiger Kraftanregung F(t)= F0co$2πfzt, mit F0 =IO xIO3N und variabel gehaltener Erregerfrequenz fz, vorgestellt. Die Grundfrequenz der Biegeschwingung ist konstruktionsbedingt Z1 = — Jg Tw[ = 2,13Hz (siehe Ziegler, F.,
1π
(1998). "Technische Mechanik der festen und flüssigen Körper", dritte, verbesserte Auflage, Springer Wien New York, ISBN 3-211-83193-2, Seite 340), mit der anteiligen bezogenen statischen Durchbiegung W1 //= 0,67 xlθ~3. Die modale Masse zur Grundschwingungsform φι(x) = sinπx/ l entspricht der halben Brückenmasse, M = 35,72 x IQ3 kg . Die schwache Strukturdämpfung wird mit ^ =0,5% festgelegt. Die dynamische Vergrößerung wird auf die statische Durchbiegung unter Last F0, wstat = O,95 χ lO~3m bezogen. Der abzustimmende Flüssigkeitstilger 10 ist an der Stelle des Größtausschlages in Feldmitte x =ξ = U2 installiert.
Mit der Wassermasse nif = 2000 kg wählt man das Massenverhältnis in Gleichung (3) μ = nif IM « 5,6% . Die Geometrie des Flüssigkeitstilgers 10 in Fig. 1 und Fig. 2 wird adäquat mit LA =2,00m, BA =0,51m , H = X15m, A = 0,57 »ι2 und H0 =OJOm vorgegeben. Gleichung (1) bestimmt den Geometriefaktor Ar0 =0,40 und damit das äquivalente Massenverhältnis μ =0,9%, Gleichung (3). Die optimalen dynamischen Parameter des Flüssigkeitstilgers 10 ergeben sich in Folge aus der Gleichung (4) unter der Bedingung: Minimierung der Durchbiegung (nach Petersen [1], S. 226, Tabelle, Zeile 1), fA opt =2,64Hz und ζAfipt = 5,6% . Dieser Wert der Eigenfrequenz wird nach der Wahl des Gasvordruckes po =l,2 xlθ Pa durch Anpassen der fiktiven Gasfederhöhe praktisch realisiert. Mit « = 1,4 und Ji0 = 12,232m liefert Gleichung (5a) Ha = 3S0 xl0~3m und damit das Gasvolumen V0 = 0,22m3. Die Unempfindlichkeit des geschlossenen Flüssigkeitstilgers 10 gegen Parametererregung ist durch die Ungleichung (7) nachzuweisen. Bei Krafterregung ist deshalb max|w(/z = 2fA] = X0 χl0~3m zu ermitteln. Damit ist der Nachweis erbracht, ζA opt = 5,6% > ζA w£ =0,0%% und die Parametererregung kann sowohl bei line- arisierten als auch bei nichtlinearen Simulationen weggelassen werden. Die vorab abgeschätzte maximale Spiegelschwingungsamplitude U0 = 50 χ l0~3ra in Gleichung (6) eingesetzt ergibt <SL =2,64. Der in Fig. 9 durch die strichlierte Linie 62 eingetragene nichtlinear berechnete dynamische Vergrößerungsfaktor DVF ( DVF = |wmax
Figure imgf000013_0001
) bestätigt die hervorragende Dämpferwirkung durch die siebenfache Vergrößerung der effektiven Strukturdämpfung auf ^^ =3,5%, im Vergleich zum durch Linie 64 angedeuteten dynamischen Vergrößerungsfaktor DVF ohne Flüssigkeitstilger. - -
Beispiel 2
Tilgung der Grundschwingung einer Brücke - Abstimmung von acht Flüssigkeits- tilqern in Parallelschaltung
Der Flüssigkeitstilger 10 aus Beispiel 1 wird aus Symmetriegründen paarweise in acht parallel wirkende Flüssigkeitstilger 10 aufgespalten, sodass nun auf jeden Flüssigkeitstilger 10 die Flüssigkeitsmasse mftι =250kg und die Querschnittsfläche An = 0,07m entfällt. Die Montage in Feldmitte erfolgt dann symmetrisch zur angenommenen Symmetrieachse des Brückenguerschnittes, n = l und 8 außen, 2 und 7, 3 und 6, 4 und 5 innen. Die Parameter der Brücke, der Entwurf des Flüssigkeitstilgers 10 und seine Den Hartog Abstimmungsparameter werden aus Beispiel 1 unverändert übernommen, fAn opt = 2,64Hz , ζAn,opt = 5>6% . Die Feinabstimmung nach Gleichung (8) und Gleichung (9) mit Betonung der Durchbiegung gegenüber der Deformationsgeschwindigkeit in Feldmitte, z.B. mit S
Figure imgf000014_0001
1], ergibt paarweise die verbesserten optimalen Eigenfreguenzen und linearen Dämpfungskoeffizienten, fAι&opt = 2,80Hz , ζAh%i0pt = 1,85% , fA2p,opt = 2,51Hz , ζA2,7,oPt = 1-73%, fA 3Aopt = 2, 70Hz, ζA zfifipt = 1.73% , fMΛopt = 2,61Hz , ζλA,5,opt = 1-70% . Gleichung (5a) liefert die angepassten Gasvolumina mit F013 = 22 x KT3/n3, F02,7 = 28 χ l0"3m3 / V03)6 =24 x KT3m3 und yO4;5 = 26 x lO"3m3. Obwohl sich die optimalen Dämpfungskoeffizienten gegenüber dem einzelnen Flüssigkeitstilger stark vermindert haben, vergleiche Beispiel 1, bleibt die hinreichende Bedingung zur Vermeidung schädlicher Auswirkungen der Parametererregung, Ungleichung (7), für alle acht Flüssigkeitstilger 10 weiterhin erfüllt, ζλnfipt > £A O = 0,08% . Die um das rund siebenfache gesteigerte effektive Strukturdämpfung und die Steigerung der Robustheit der Tilgerwirkung sind wieder der Fig. 9 zu entnehmen. Der nichtlineare dynamische Vergrößerungsfaktor DVF für das Ausführungsbeispiel mit acht Flüssigkeitstilgern 10 ist durch Linie 66 angedeutet. Die Abschätzung der maximalen Spiegelschwankungen im linearisier- ten System ergibt die gegenüber dem Beispiel 1 mehr als verdoppelten Werte [Z01 8 = 100 x lθ~3m , ^02,7 =^03,6 = HO x MT3OT , U04^5 = 120 xlθ~3m . Die Bedingung Uoi <VOi / 3A ist in jedem Fall erfüllt, z.B. £/O3 = 110 x l0~3m< FO3 /3A = 114 χ l0~3m .
Der beschriebene kompakte Flüssigkeitstilger 10 wird als kostengünstiger Ersatz für einen mechanischen Tilger (Feder-Masse-Dämpfer-System) zur Reduzierung von vertikalen Strukturschwingungen vorgestellt. Über den Gasvordruck p0 in den Kammern 14, 16 über den Flüssigkeitsspiegeln 26, 28 kann der Frequenzanwendungsbereich zumindest bis ca. fünf Hertz erweitert werden. Die Abstimmung des Frequenzverhältnisses und der (linearisierten) Dämpfung erfolgt in Analogie zum mechanischen Tilger, unter Umständen gefolgt von einer Feinabstimmung im Zustandsraum. Realitätsnahe Simulationen des Gesamtsystems (Hauptsystem 50 und Flüssigkeitstilger 10) erfordern im allgemeinen die Berück- - -
sichtigung der nichtlinearen und vorteilhaften, experimentell verifizierten Turbulenzdämpfung im Flüssigkeitstilger 10.

Claims

- -PATENTANSPRUCHE
1. Flüssigkeitstilger (10) zur Tilgung von Schwingungen für Bauwerke, insbesondere für Brückenbauwerke (52), insbesondere zur Reduzierung von vorzugsweise vertikalen Schwingungen, mit mindestens einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit (30) gefüllten ersten Kammer (14), welche in einem Bodenbereich (20) des Flüssigkeitstilgers (10) mit zumindest einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit (30) gefüllten zweiten Kammer (16) strömungsverbunden ist, wobei zumindest eine Kammer (14, 16) dicht nach außen verschlossen ist, und wobei über zumindest einem Flüssigkeitsspiegel (26, 28) zumindest ein gasgefüllter Raum (32, 34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kammern (14, 16) gegenüber der Umgebung gasdicht verschlossen sind, wobei über den Flüssigkeitsspiegeln (26, 28) jeder Kammer (14, 16) jeweils zumindest ein vorzugsweise mit Luft oder Stickstoff gefüllter Gasraum (32, 34) ausgebildet ist.
2. Flüssigkeitstilger (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Kammer (16) symmetrisch bezüglich einer Hochachse (36) des Flüssigkeitstilgers (10), vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Hochachse des ersten Kammer (14), angeordnet ist.
3. Flüssigkeitstilger (10) zur Tilgung von Schwingungen für Bauwerke, insbesondere für Brückenbauwerke (52), insbesondere zur Reduzierung von vorzugsweise vertikalen Schwingungen, mit mindestens einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit (30) gefüllten ersten Kammer (14), welche in einem Bodenbereich (20) des Flüssigkeitstilgers (10) mit zumindest einer, zumindest teilweise mit Flüssigkeit (30) gefüllten zweiten Kammer (16) strömungsverbunden ist, wobei zumindest eine Kammer (14, 16) dicht nach außen verschlossen ist, und wobei über zumindest einem Flüssigkeitsspiegel (26, 28) zumindest ein gasgefüllter Raum (32, 34) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine zweite Kammer (16) symmetrisch bezüglich einer Hochachse (36) des Flüssigkeitstilgers (10), vorzugsweise symmetrisch bezüglich der Hochachse des ersten Kammer (14), angeordnet ist.
4. Flüssigkeitstilger (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass beide Kammern (14, 16) gegenüber der Umgebung gasdicht verschlossen sind, wobei über den Flüssigkeitsspiegeln (26, 28) jeder Kammer (14, 16) jeweils zumindest ein vorzugsweise mit Luft oder Stickstoff gefüllter Gasraum (32, 34) ausgebildet ist.
5. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (16) unmittelbar an die erste Kammer (14) grenzt, wobei zwischen erster und zweiter Kammer (14, 16) zumindest eine Trennwand (18) angeordnet ist.
6. Flüssigkeitstilger (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) vom Bodenbereich (20) des Flüssigkeitstilgers (10) zumindest abschnittsweise, beabstandet ist.
7. Flüssigkeitstilger (10) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) im Bodenbereich des Flüssigkeitstilgers (10) zumindest eine Öffnung oder Ausnehmung aufweist, welche die Strömungsverbindung zwischen der ersten und zweiten Kammer (14, 16) herstellt.
8. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Kammer (14), in der zweiten Kammer (16) und/oder im Überströmbereich (44) zwischen der ersten und der zweiten Kammer (14, 16) zumindest eine Drosseleinrichtung (38) für die Flüssigkeit (30) angeordnet ist.
9. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kammer (16) die erste Kammer (14) zumindest abschnittsweise umgibt.
10. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Kammer (14, 16) durch ein vorzugsweise kreiszylinderförmiges Rohrsystem (12) gebildet ist.
11. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennwand (18) durch einen vorzugsweise kreis- zylinderförmigen Rohrteil (13) des Flüssigkeitstilgers (10) gebildet ist.
12. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Kammer (14, 16) einen eckigen, vorzugsweise rechteckigen Querschnitt aufweist.
13. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Bodenbereich und/oder im Überströmbereich (44) des Flüssigkeitstilger (10) zumindest eine Leiteinrichtung (46, 48) mit mindestens einer drallverhindernden Strömungsleitfläche (47, 49) angeordnet ist. - -
14. Flüssigkeitstilger (10) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leiteinrichtung (46, 48) einstückig mit dem Bodenbereich (20) des Fiüssigkeitstilgers (10) ausgebildet ist.
15. Flüssigkeitstilger (10) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Leiteinrichtung (46, 48) als ein in den Flüssigkeitstilger (10) eingesetzter separater Bauteil ausgebildet ist.
16. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Gasräume (32, 34) der ersten und zweiten Kammer (14, 16) im Ruhezustand unterschiedliche Drücke aufweisen, wobei vorzugsweise der Druck im Gasraum (32) des ersten Kammer (14) größer ist als der Druck im Gasraum (34) der zweiten Kammer (16).
17. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck zumindest eines Gasraumes (32, 34) über zumindest eine Stelleinrichtung (35) veränderbar ist.
18. Flüssigkeitstilger (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass dieser fest mit dem Bauwerk verbindbar ist, wobei vorzugsweise der Flüssigkeitstilger (10) in einen funktionellen Bauteil des Bauwerkes, vorzugsweise in einen Pfeiler, in eine Strebe oder einen Träger (54), integriert ist.
19. Verfahren zur Tilgung von vorzugsweise vertikalen Schwingungen bei einem Bauwerk, insbesondere einem Brückenbauwerk, mit folgenden Schritten:
a. Bereitstellen eines Fiüssigkeitstilgers mit zumindest einer ersten und einer zweiten mit einer Flüssigkeit gefüllten Kammer, wobei die vorzugsweise gegenüber der Umgebung gas- und flüssigkeitsdichten Kammern miteinander hydraulisch kommunizierend ström ungsver- bunden werden und über dem Flüssigkeitsspiegel jeder Kammer zumindest ein Gasraum vorgesehen wird, welche Gasräume so mit unterschiedlichen Drücken beaufschlagt werden, dass sich im schwingungslosen Ruhezustand unterschiedliche Flüssigkeitsniveaus in der ersten und zweiten Kammer einstellen;
b. Herstellen einer festen mechanischen Verbindung zwischen dem Flüssigkeitstilger und dem Bauwerk;
c. Beschleunigen des Fiüssigkeitstilgers durch eine Schwingung des Bauwerkes mit vorzugsweise vertikalem Anteil; - -
d. Drosseln der zwischen der ersten und der zweiten Kammer oszillierenden Flüssigkeit.
20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstilger im Ruhezustand durch Wahl der Druckdifferenz zwischen erster und zweiter Kammer auf das gewünschte Tilgungsverhalten abgestimmt wird.
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstilger im Ruhezustand durch Wahl des Druckniveaus in der ersten und/oder zweiten Kammer auf das gewünschte Tilgungsverhalten abgestimmt wird.
22. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstilger im Ruhezustand durch Wahl der Gasvolumina der Gasräume auf das gewünschte Tilgungsverhalten abgestimmt wird.
23. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass der Flüssigkeitstilger durch Wahl des Drosselwiderstandes auf das gewünschte Tilgungsverhalten abgestimmt wird.
24. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit beim Überströmen zwischen den Kammern über zumindest eine drallverhindernde Strömungsleitfläche geführt wird.
25. Verfahren nach einem der Ansprüche 19 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest in einem Gasraum der ersten und/oder zweiten Kammer, vorzugsweise während der Beschleunigung des Flüssigkeitstilgers, das Druckniveau durch gesteuerte Zu- oder Abfuhr von Gas aktiv verändert wird.
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