一种多层单向调谐液柱阻尼器制造技术

本发明专利技术涉及一种多层单向调谐液柱阻尼器，该阻尼器为整体呈U型的箱体，该箱体由多个由内至外层叠放置但不接触的U型板和位于所有U型板两侧的U型端板围合而成；各U型板的水平段处分别设有挡板，各相邻的两U型板和两侧端板分别形成一U型腔体，各U型腔体内分别填充有液体形成液柱，各U型腔体之间彼此独立；各U型腔体的顶部开敞且位于同一水平面上。本发明专利技术在现有的单向调谐液柱阻尼器的基础上，通过层叠设置U型板的方式，实现了阻尼效果的提升，能扩大调谐频带宽度以同时控制结构的多阶振型，也可以增加阻尼器中液体的质量以提高某一阶振型的控制效率；本单向调谐液柱阻尼器的自振频率易于调节，也便于安装维护。也便于安装维护。也便于安装维护。

【技术实现步骤摘要】
一种多层单向调谐液柱阻尼器


[0001]本专利技术属于土木结构振动控制装置
，特别涉及一种多层单向调谐液柱阻尼器。

技术介绍

[0002]调谐液柱阻尼器(Tuned Liquid Column Damper，TLCD)于1989年被Sakai所提出，是一种经济、简单的结构振动控制装置，其在结构控制领域受到了广泛的关注和研究。TLCD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(TLCD的液体频率取决于水平段和竖直段的液体的总长度，一般通过调节液体的竖直段的长度来调节TLCD的自振频率)，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。TLCD具有控制效率高、安装便捷、维护费用低的特点，同时其中用于耗能的液体还可以充当建筑结构的防火用水和生活用水，具有很高的实用性。大量的实验、数值模拟和工程实践证明TLCD在结构振动控制方面具有广阔的应用前景，它可以适用于减轻由风荷载、地震荷载、波浪荷载、冰荷载等诱导的结构振动，并且对常见的桥梁结构、高层钢筋混凝土结构、高层钢结构、风力发电机组等都具有较好的控制性能。
[0003]目前，普通的单层TLCD的液体只对应于一个自振频率。当受控制的建筑结构的自振频率和TLCD的自振频率相互接近的时候，TLCD有很好的控制性能。但是当TLCD的自振频率偏离了结构的自振频率较远的情况下，控制性能将无法保证。TLCD的频率偏离建筑结构的自振频率可能是以下原因造成的：(1)结构的设计自振频率在长期结构使用过程中可能会发生改变；(2)地震情况下结构受到了损伤，自振频率忽然发生变化。而TLCD的自振频率仅取决于其内液体的深度。当结构频率因为外界条件发生变化，而TLCD频率不变的时候，那么TLCD频率会偏离结构自振频率，导致控制性能下降。因此，单层TLCD的控制性能对频率十分敏感。

技术实现思路

[0004]为克服现有的单向调谐液柱阻尼器(TLCD)只能调谐至某一特定频率的局限性，同时在不占用额外空间的前提下增加阻尼器中液体的质量以提高控制效率，本专利技术的目的在于提供一种多层单向调谐液柱阻尼器，在传统调谐液柱阻尼器(TLCD)的基础上，通过多个层叠放置的U型管和相应挡板的设置，实现在较宽的调谐频带上高效地对结构减振耗能的效果，能够提高控制稳定性，同时控制结构的多阶振型。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：
[0006]本专利技术提出的一种多层单向调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述多层单向调谐液柱阻尼器为整体呈U型的箱体，该箱体由(n+1)个由内至外层叠放置但不接触的U型板和位于所有U型板两侧的U型端板围合而成；各U型板的水平段处分别设有挡板，各相邻的两U型板和两侧端板分别形成一U型腔体，各U型腔体内分别填充有液体形成液柱，各U型腔体之间彼此独立；各U型腔体的项部开敞且位于同一水平面上；
[0007]第i个U型腔体内的液体自振圆频率ω
fi
通过下式计算得到：
[0008][0009]式中，H
i
和V
i
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体水平段和单侧竖直段液体的长度；η
i
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的竖直段和水平段的横截面面积比；g为重力加速度。
[0010]进一步地，将所述多层单向调谐液柱阻尼器放置于具有N层结构层的受控结构项层，则所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的运动方程表示为：
[0011][0012]式中，m
1i
为第一等效液体质量，m
2i
为第二等效液体质量；为受控结构第N层的水平加速度；y
i
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的加速度，速度和位移；c
fi
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的阻尼；k
fi
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体的内液体刚度；为地震动加速度；g为重力加速度；A
Hi
和Z
Vi
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体水平段和单侧竖直段的横截面积，H
i
和V
i
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体水平段和单侧竖直段液体的长度，ρ
wi
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的密度，η
i
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的竖直段和水平段的横截面面积比；δ
i
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内的水头损失系数；ψ
i
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内挡板面积占相应U型板水平段横截面积的百分比；
[0013]受控结构第N层的运动方程表示为：
[0014][0015]式中，m
f，total
为所述多层单向调谐液柱阻尼器内液体的总质量；m
sN
，c
sN
，k
sN
分别是受控结构第N层的质量，阻尼和刚度，x
N
‑1分别是受控结构第(N
‑
1)层的水平向速度和位移。
[0016]进一步地，所述多层单向调谐液柱阻尼器的质量为被控结构质量的1％～20％。
[0017]进一步地，各相邻两U型板的间距设置为相同或者不同，各U型板的水平段和竖直段的壁厚是最外层U型板水平段长度的1～10％。
[0018]进一步地，U型板的个数为3～7个。
[0019]进一步地，各挡板的面积为相应U型板水平段横截面积的0％～95％；各挡板的厚度是相应U型板的壁厚的50～150％。
[0020]本专利技术的特点及有益效果：
[0021]1、本专利技术利用U型板几何上的特性，通过在各U型板两侧竖直段和底部水平段之间的部分层叠设置几何尺寸更小的U型板，在不占用额外空间的前提下增加阻尼器中液体的质量以提高控制效率；当结构在阻尼器的振动控制方向上发生运动时，阻尼器内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。
[0022]2、本专利技术可以应用于以下2种场景：(1)多个U型腔体内的液体均对应某一特定的自振频率，充分利用TLCD的U型的几何形状，在一定的阻尼器占地面积的情况下增加了阻尼器中液体的质量，提高了阻尼器对某一阶振型的控制效率；(2)多个U型腔体内的液体分别对应多个不同的自振频率，这极大拓宽了阻尼器的调谐频带，使得阻尼器的控制更具有稳定性，也具有同时控制结构的多阶振型的应用前景。
[0023]3、本专利技术中不同U型腔体内挡板的面积可以设置成各不相同的，以实现不同U型管的液体阻尼比各不相同，从而提高装置整体的鲁棒性。
[0024]4、本专利技术提出的多层单向调谐液柱阻尼器中的液体对应多个不同的自振频率或某一特定的自振频率，这些自振频率通过改变对应区域内的水深本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多层单向调谐液柱阻尼器，其特征在于，所述多层单向调谐液柱阻尼器为整体呈U型的箱体，该箱体由(n+1)个由内至外层叠放置但不接触的U型板(1)和位于所有U型板两侧的U型端板(4)围合而成；各U型板(1)的水平段处分别设有挡板(2)，各相邻的两U型板(1)和两侧端板(4)分别形成一U型腔体，各U型腔体内分别填充有液体(3)形成液柱，各U型腔体之间彼此独立；各U型腔体的顶部开敞且位于同一水平面上；第i个U型腔体内的液体自振圆频率ω
fi
通过下式计算得到：式中，H
i
和V
i
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体水平段和单侧竖直段液体的长度；η
i
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的竖直段和水平段的横截面面积比；g为重力加速度。2.根据权利要求1所述的多层单向调谐液柱阻尼器，其特征在于，将所述多层单向调谐液柱阻尼器放置于具有N层结构层的受控结构顶层，则所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的运动方程表示为：式中，m
1i
为第一等效液体质量，m
2i
为第二等效液体质量；为受控结构第N层的水平加速度；y
i
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的加速度，速度和位移；c
fi
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体内液体的阻尼；k
fi
为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体的内液体刚度；为地震动加速度；g为重力加速度；A
Hi
和A
Vi
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体水平段和单侧竖直段的横截面积，H
i
和V
i
分别为所述多层单向调谐液柱阻尼器中第i个U型腔体水平段...

【专利技术属性】
技术研发人员：王进廷，丁昊，潘坚文，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：