[发明专利]一种多层圆环形调谐液柱阻尼器

说明书

本发明涉及一种多层圆环形调谐液柱阻尼器，包括多个共轴且由内至外层叠放置但不接触的圆柱形壳体，各圆柱形壳体的顶部均开敞且位于同一水平面上、底部封闭且位于不同的水平面上，各相邻的两个圆柱形壳体分别形成一腔体；各相邻的两圆柱形壳体之间均分别设有圆周均布的多个L型隔板，使得各腔体内分别形成连通的多个子腔体，各L型隔板固接于与其接触的圆柱形壳体上，各腔体内分别填充有液体；各隔板底部可设置具体特定开孔面积的孔洞。本发明在现有单向调谐液柱阻尼器的基础上，实现了多向减振消能，能扩大调谐频带宽度以同时控制结构的多阶振型，或增加阻尼器中液体的质量以提高某一阶振型的控制效率。

技术领域

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

背景技术

对于高层建筑结构，如摩天大楼、电视塔、风力发电塔等，其在地震或风荷载作用下的动力响应一直是土木结构设计的重要考虑因素。因此，各种振动控制技术在实际工程结构中得到了广泛的应用。调谐液柱减振器(Tuned Liquid Column Damper，TLCD)是一种相对经济、简单的结构控制装置，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，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。大量的实验、数值模拟和工程实践证明TLCD在振动控制方面具有广阔的应用前景。

一个特定体型的TLCD对应一个自振频率，因此其调谐频带控制的范围十分有限。通过设置多组不同体型的TLCD，可以扩大TLCD的调谐频带宽度，提高控制稳定性，同时控制结构的多阶振型。

一般的TLCD只能控制结构单一方向的振动响应，而对高层建筑结构影响最主要的风振荷载和地震荷载的输入方向具有不确定性，因此无法实现结构水平多向的减振耗能，对于不确定方向的振动荷载而言，减振效果并不理想。

发明内容

为克服现有的调谐液柱阻尼器(TLCD)只能控制结构单一方向的振动响应的局限性，同时扩大阻尼器的调谐频带宽度，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圆环形调谐液柱阻尼器，在传统调谐液柱阻尼器(TLCD)的基础上，通过圆柱体内壳、外壳、分区壳和隔板的设置，实现在较宽的调谐频带上高效地对结构多向减振耗能的效果。

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圆环形调谐液柱阻尼器，其特征在于，为整体呈圆柱体形状的箱体，该箱体包括M+2个共轴且由内至外层叠放置但不接触的圆柱形壳体，各圆柱形壳体的顶部均开敞且位于同一水平面上、底部封闭且位于不同的水平面上，各相邻的两个圆柱形壳体分别形成一腔体；各相邻的两圆柱形壳体之间均分别设有圆周均布的N个L型隔板，使得各腔体内分别形成连通的N个子腔体，各L型隔板固接于与其接触的圆柱形壳体上，各腔体内分别填充有液体；

对于第i个腔体，i＝1，2，...，M+1，沿受控结构的激励方向构建n_i条平行的分隔线，且各分隔线的两端位于相应的一个子腔体的竖直段液柱形心上，按照各分隔线的长度由大到小依次对第i个腔体内的各竖直段液柱进行分组编号，记为1，2，…，n_i，且除第一组中含有两个竖直段液柱外，其余分组中均分别含有四个竖直段液柱，则第i个腔体内的液体自振圆频率ω_fi通过下式计算得到：

α_ij＝H_ij/H_i1

η_i＝A_Vi/A_Hi

A_Vi＝π(R_i1²-R_i2²)/N