[发明专利]一种多层单向调谐液柱阻尼器

说明书

本发明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。

技术领域

本发明属于土木结构振动控制装置技术领域，特别涉及一种多层单向调谐液柱阻尼器。

背景技术

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。

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。

发明内容

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，本发明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。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明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；

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。