[实用新型]一种新型的具有阻尼和频率双重调节功能的调谐气液柱阻尼器及结构振动控制系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于建筑、桥梁、海洋平台、输电塔等结构振动控制领域的具有阻尼和频率双重调节功能的新型调谐气液柱阻尼器及结构振动控制系统，通过对阻尼和频率的实时调节，实现对结构振动控制的最优效果。 

背景技术

高层建筑、大跨结构由于自身的柔度大、阻尼低等特点，容易在风、地震、使用荷载等外力作用下发生大幅振动，应用阻尼器进行结构的减振/震是行之有效的方法。 

调谐液柱阻尼器（Tuned Liquid Column Damper,TLCD）是在调谐液体阻尼器基础上发展而形成的有效的减振装置，TLCD装置通常做成U型，由两个竖直段和一个水平段组成，当结构受到外力作用时，U型管内的液体发生流动或者振荡，产生与结构振动方向相反的作用力，从而达到减振/震的目的。通过设计和调节U型管内液体长度等固有特性，可以实现对特定结构在特定振动模态下的最优减振效果。但这种传统的TLCD的系统参数相对固定，无法针对结构不同施工阶段和不同强度荷载作用做出方便快速的调节，从而无法实现最优减振/震效果。 

对传统的TLCD进行改善，或与其他新型耗能构件相结合，具有实际工程意义。这些改进的TLCD在本领域是公知的。如：陈永祥在2004年4月7日提交的名为“螺桨控制的主动式谐调液柱阻尼器”的中国专利CN 2610162Y及其Yung-Hsiang Chen在2004年4月9日提交的“Propeller-controlled active tuned-liquid-column damper（螺桨控制的主动调谐液柱阻尼器）”的美国专利US 2004/0201153A1；由王修勇于2007年6月4日提交的名为“磁流变式调谐液柱阻尼器”的中国专利CN 101070893A；Wang等用磁流变（MR）液代替传统TLCD 中的水做成MR-TLCD来提高阻尼器的性能，Shum等[2]采用增压的TLCD装置对大跨斜拉桥在风荷载作用下的振动进行控制。 

TLCD对被控结构的减振/震性能与其固有频率和阻尼有着密切的关系。通常，需要设计TLCD的固有频率与结构的某一阶频率接近，同时，TLCD的阻尼也需要按照不同的频率进行最优设计。二者相辅相成，对振动控制效果起着决定性的作用。已有的针对传统TLCD进行的改进和研究，都只是针对频率或者阻尼中的单一因素，未能具有双重调节的功能，对TLCD的应用范围和应用效果改善有限，不能实现对结构不同工况和不同荷载下的最优减振/震效果。同时，如Wang等提出的MR-TLCD对调节阻尼有良好的性能，但是其造价昂贵，而且不具备调节频率的功能，当结构振动频率远离阻尼器固有频率时，减振/震效果明显下降；王修勇提交的专利（CN 101070893A），只是在U型管水平段采用磁流变液，减少了磁流变液的用量，但由于磁流变阻尼器的强非线性特性，在实际建模和应用中具有限制，而且也不具备调节频率的功能。因而，工程中迫切需要一种具有阻尼和频率双重调节功能的TLCD。 

发明内容

本实用新型首先所要解决的技术问题是提供一种具有频率和阻尼双重可调功能的调谐气液柱阻尼器，并且具有耗能小、成本低、模型简单、易于控制和效率高的特点。为此，本实用新型采用以下技术方案： 

一种新型的具有阻尼和频率双重调节功能的调谐气液柱阻尼器，包括具有底部水平管段的U型管，其特征在于所述阻尼器还设有安置在U型管底部水平管段的阻尼力调节装置、位于U型管内的在阻尼力调节装置两侧的运动液柱以及分别作用于两侧运动液柱外端的用于改变阻尼器频率的两端封闭气柱；两端封闭气柱连接它们的气压调节装置。 

在采用上述技术方案的基础上，本实用新型还可采用以下进一步的技术方案： 

U型管底部水平管段的阻尼力调节装置采用摩擦型阻尼阀。 

U型管底部水平管段的阻尼力调节装置采用磁流变摩擦型阻尼阀或电磁铁摩擦型阻尼阀，通过调节磁流变摩擦型阻尼阀和电磁铁摩擦型阻尼阀的输入电压或电流改变阻尼阀的阻尼力的大小。 

两端封闭气柱分别处在U型管的两侧竖直段。 

封闭气柱还连接测量压强或压力的装置。 

两端封闭气柱通过第一导管和第二导管分别接气压调节装置，两端封闭气柱之间还通过连接导管连接；连接导管上设置第五阀来控制两端封闭气柱之间的导通和隔离；第一导管和第二导管上分别设置第1阀和第2阀来控制两端封闭气柱与其气压调节装置的导通和隔离。