專利名稱：一種液體調(diào)諧阻尼器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種固定建筑物的減振器，具體地說是一種抑制塔柱式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)水平振動的液體調(diào)諧阻尼器。
現(xiàn)有技術(shù)中，與本實用新型相近的一種圓筒形液體調(diào)諧阻尼器，僅由一個一定直徑的圓筒形容器，內(nèi)裝液體構(gòu)成。如日本東京大學(xué)研制的一種圓筒形液體調(diào)諧阻尼器，參見日本土木學(xué)會的《構(gòu)造工學(xué)論文集Vol.34A(1988年3月)》第603頁～616頁，這種液體調(diào)諧阻尼器的圓筒形容器內(nèi)液體深度，受構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)固有的自振頻率，以及液體與構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比的限制，僅在很淺的深度(液體深度h與容器內(nèi)半徑R之比小于0.2)時才能發(fā)揮較好抑制振動作用，當(dāng)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)固有的自振頻率較大(1Hz以上)，以及構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)質(zhì)量很大(如觀光塔、電視塔及高層建筑等)時，勢必采用較大半徑的圓筒形容器，此時，根據(jù)勢流理論計算所得的容器內(nèi)液體深度h，與容器內(nèi)半徑R之比將大于0.2，從而使振動時產(chǎn)生嚴(yán)重的能量反饋效果，即只是構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)與阻尼器之間一種反復(fù)的、簡單的能量交換過程，幾乎沒有能量的耗散，將不能達(dá)到理想的抑制振動效果。
本實用新型的目的在于克服上述圓筒形液體調(diào)諧阻尼器的缺陷，提供一種能夠在較高構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)自振頻率(1Hz以上)時，在多個方向上均具有良好抑制振動效果的液體調(diào)諧阻尼器。
本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的當(dāng)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)固有的自振頻率較大(fs＞1Hz)時，針對液體深度h與容器內(nèi)半徑R之比大于0.2的情況，本實用新型在現(xiàn)有技術(shù)所論述的液體調(diào)諧阻尼器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在其圓筒形容器內(nèi)的圓形底面上，設(shè)置了柱式阻塞器；當(dāng)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動時，固定于構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)上的液體調(diào)諧阻尼器也一同產(chǎn)生晃動，由于液體的滯后作用，使阻尼器內(nèi)液體的晃動與構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的振動產(chǎn)生相位差，構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)振動能量迅速向阻尼器中液體傳遞，此時，設(shè)置于圓筒形容器內(nèi)的液體被柱式阻塞器攪動，在柱部產(chǎn)生有規(guī)則、周期性的渦旋脫落，以此來耗散構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)傳來的振動能量，達(dá)到最佳抑制振動效果。
上述技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，針對于較高構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)自振頻率(1Hz以上)的情況，當(dāng)液體深度h與容器內(nèi)半徑R之比大于0.2時，通過所設(shè)柱式阻塞器產(chǎn)生渦旋脫落，合理地解決了現(xiàn)有技術(shù)尚未解決的振動能量耗散問題，將該液體調(diào)諧阻尼器安置于構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)的最大振幅處，可使結(jié)構(gòu)有效低階模態(tài)阻尼增大10～20倍，達(dá)到了最佳抑制振動效果。


圖1是本實用新型的一種液體調(diào)諧阻尼器的構(gòu)造示意圖；圖2是
圖1中的A向視圖；圖3是
圖1中的柱式阻塞器的斷面形狀圖；圖4是
圖1所示阻尼器產(chǎn)生渦旋脫落時的工作原理圖；圖5是圖4中的B向視圖；圖6是h／R≥0.2時設(shè)置現(xiàn)有技術(shù)中液體調(diào)諧阻尼器結(jié)構(gòu)物自由衰減時的情況；圖7是h／R≥0.2時設(shè)置
圖1所示阻尼器結(jié)構(gòu)物自由衰減時的情況。
下面結(jié)合實施例及附圖對本實用新型做進(jìn)一步詳述。
某鐵塔高103m，經(jīng)試驗測得該塔固有的自振頻率fs為1.25Hz，其有效質(zhì)量為200t。按有效質(zhì)量的1％～1.2％確定需安置所有液體調(diào)諧阻尼器的總質(zhì)量范圍為2～2.4t；并按鐵塔所能容納的阻尼器的安置空間確定一個阻尼器圓筒形容器的內(nèi)半徑R為175mm，該尺寸阻尼器的單個質(zhì)量范圍為5～6kg，則共需安置399個阻尼器；依據(jù)勢流理論，圓筒形容器內(nèi)液體小振幅晃動的頻率fL符合公式f2L＝［1.84·g·tanh(1.84h／R)］／(4π2R) 式中g(shù)為重力加速度，R為圓筒形容器內(nèi)半徑，h 為所求圓筒形容器內(nèi)液體深度，按照振動調(diào)諧的原則，液體晃動頻率應(yīng)與鐵塔固有的自振頻率相同，且液體晃動與鐵塔振動方向相反，使液體的振動響應(yīng)達(dá)到最大，即所謂共振，因此，有fL＝fs，進(jìn)而推算出圓筒形容器內(nèi)液體的深度h為66mm，則出現(xiàn)h／R＝0.377≥0.2的情況，此時，若安置現(xiàn)有技術(shù)中所述的液體調(diào)諧阻尼器，將不能起到理想的抑制振動效果，其結(jié)構(gòu)振動自由衰減情況如圖6所示。因此，如
圖1所示，本實用新型在圓筒形容器內(nèi)的圓形底面上，分別在圓心及軸線對稱位置上共設(shè)置了五個十字形柱式阻塞器1、2、3、4、5；當(dāng)鐵塔產(chǎn)生振動時，固定于鐵塔上的液體調(diào)諧阻尼器一同產(chǎn)生晃動，由于液體的滯后作用，使阻尼器內(nèi)液體的晃動與鐵塔振動產(chǎn)生相位差(90°～110°)，鐵塔振動能量迅速向阻尼器中液體傳遞，此時，如圖4所示，設(shè)置于圓筒形容器內(nèi)的十字形柱式阻塞器1、2、3、4、5被動地攪動，每一柱部均產(chǎn)生有規(guī)則、周期性的渦旋脫落，以此來耗散鐵塔傳來的振動能量，達(dá)到最佳抑制振動效果，其結(jié)構(gòu)振動自由衰減情況如圖7所示。如
圖1和圖3所示，十字形柱式阻塞器1、2、3、4、5的排列、形狀、寬度d及間距D的確定，是以產(chǎn)生有規(guī)則的、周期性的渦旋脫落為原則，即使得流動液體雷諾數(shù)Re的范圍在300～5×106之間，雷諾數(shù)Re＝V·d／γ，渦旋脫落頻率fv通常取值為構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)固有的自振頻率fs的3倍以上，且符合公式fv＝V·St／d，其中液體的流速為V＝4R·fs，式中R為圓筒形容器內(nèi)半徑，St為所裝阻塞器斷面形狀的斯脫羅哈數(shù)，fs為構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)固有的自振頻率，d為所求十字形柱式阻塞器的寬度，γ為液體動粘性系數(shù)(在15～20℃時，為0.15m2／S)。根據(jù)鐵塔固有的自振頻率fs及所裝十字形柱式阻塞器的斯脫羅哈數(shù)St(為0.14)，算出十字形柱式阻塞器1、2、3、4、5的寬度d為30mm，通過試驗，十字形柱式阻塞器的間距D通常在寬度d的4倍以上，則定出間距D為140mm，倒角的半徑r視加工工藝而定，應(yīng)盡量小，取值為3mm，厚度t視所選材料的強度而定，應(yīng)盡量薄，如采用鋁合金制作取值為1.5mm。經(jīng)過實測，安置本實用新型所述液體調(diào)諧阻尼器后，鐵塔的有效低階模態(tài)阻尼增大14倍。
權(quán)利要求一種液體調(diào)諧阻尼器，主要由圓筒形容器，以及內(nèi)裝液體構(gòu)成，其特征是在圓筒形容器內(nèi)的圓形底面上固定有柱式阻塞器。
專利摘要一種抑制塔柱式構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)水平振動的液體調(diào)諧阻尼器，在現(xiàn)有液體調(diào)諧阻尼器結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，在其圓筒形容器內(nèi)的圓形底面上增設(shè)了柱式阻塞器，當(dāng)構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生振動時，帶動結(jié)構(gòu)上的液體調(diào)諧阻尼器一同產(chǎn)生晃動，由于液體的滯后作用，使阻尼器內(nèi)液體的晃動與構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)振動產(chǎn)生相位差，此時，所設(shè)置的柱式阻塞器被動地攪動，在柱部產(chǎn)生有規(guī)則、周期性的渦旋脫落，以此來耗散構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)傳來的振動能量，達(dá)到最佳擬制振動效果。
文檔編號E04B1/98GK2198325SQ94213058
公開日1995年5月24日 申請日期1994年5月23日 優(yōu)先權(quán)日1994年5月23日
發(fā)明者杜亞凡, 汪正興, 劉蓬風(fēng), 顧金鈞 申請人:鐵道部大橋工程局橋梁科學(xué)研究所