一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器制造技术

本发明专利技术公开了一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，包括管状水箱，管状水箱包括第一U型管状水箱、第二U型管状水箱、第一直线型管状水箱和第二直线型管状水箱，第一U型管状水箱、第二U型管状水箱分别与第一直线型管状水箱、第二直线型管状水箱固定连接，第一U型管状水箱、第二U型管状水箱与第一直线型管状水箱、第二直线型管状水箱的连接处均开孔并保证第一U型管状水箱、第二U型管状水箱、第一直线型管状水箱和第二直线型管状水箱的内部贯通，管状水箱内有水和可调节大小的过水孔。本发明专利技术在超高层建筑两个主轴方向均形成U型管状水箱，使得调谐液柱阻尼器能够同时减小超高层建筑两个主轴方向的振动。

【技术实现步骤摘要】
一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器
本专利技术属于土木工程结构振动控制装置，具体为一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器。
技术介绍
近年来，随着国民经济的发展和城镇化的推进，对超高层建筑结构的需求日益增加。与普通建筑结构相比，超高层建筑结构不仅高度高，还具有结构柔、阻尼小等特性，使得其对风荷载十分敏感。强风极易引起结构的剧烈振动，影响结构的舒适性，甚至可能造成结构关键部位的损伤和整体结构的倒塌。近几十年，世界各国关于超高层建筑结构由于振动而倒塌的案例不胜枚举。因此，如何控制超高层建筑在强风作用下的振动，避免发生损伤和倒塌，成为超高层建筑设计过程中的关键问题。调谐液柱阻尼器是一种成本低廉、安装方便、频率可调、维护简单的建筑结构振动控制装置，已经得到学术界和工程界的广泛认可。调谐液柱阻尼器的主体结构为一个内部充水的U型等截面管状刚性水箱和一个设置在管状刚性水箱水平段内的横隔板，横隔板上开设过水孔。使用时，U型等截面管状刚性水箱下部与结构固定，当结构由于外部荷载作用而产生振动时，带动调谐液柱阻尼器内部水体往复运动。水体在往复运动过程中频繁流经过水孔，由于过水截面突然变化而产生阻尼力，耗散结构的振动能量，减小结构的振动。不仅如此，水体运动还会产生与结构振动方向相反的惯性力，进一步减小结构振动。调谐液柱阻尼器减振控制的关键在于超高层建筑结构的振动是否能够带动水体产生最大程度的振荡并穿过过水孔。但是，目前已有的调谐液柱阻尼器内的水体只能沿一个方向运动，当结构的振动方向与调谐液柱阻尼器水平段纵向平行时，结构的振动会被最大程度的抑制，调谐液柱阻尼器减振效果良好。当结构的振动方向与调谐液柱阻尼器水平段纵向垂直时，调谐液柱阻尼器基本没有减振效果。然而，在实际工程中，超高层建筑结构由于风荷载作用而在一个主轴方向产生顺风向风振时，也会在另一主轴方向产生横风向风振。由于风荷载方向的随机性和频谱特征的随机性，两个主轴方向风振的强弱往往难以事先估计。因此，急需能够同时减小超高层建筑两个方向振动的二维调谐液柱阻尼器。不仅如此，目前已有的调谐液柱阻尼器过水孔的大小固定，其提供的阻尼力不变，无法根据结构振动情况进行实时调节，不能保证调谐液柱阻尼器对超高层建筑结构在不同风荷载作用下的振动均有最好的控制作用。
技术实现思路
专利技术目的：为了克服现有技术中存在的不足，本专利技术目的是提供一种对于超高层建筑在各种不同方向强风作用下的振动均有良好的控制效果的自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器。技术方案：本专利技术所述的一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，包括管状水箱，管状水箱包括第一U型管状水箱、第二U型管状水箱、第一直线型管状水箱和第二直线型管状水箱，第一U型管状水箱、第二U型管状水箱分别与第一直线型管状水箱、第二直线型管状水箱固定连接，第一U型管状水箱、第二U型管状水箱与第一直线型管状水箱、第二直线型管状水箱的连接处均开孔并保证第一U型管状水箱、第二U型管状水箱、第一直线型管状水箱和第二直线型管状水箱的内部贯通，管状水箱内有水和过水孔，实现对超高层建筑结构在不同风荷载作用下振动的最有效控制。第一U型管状水箱、第二U型管状水箱、第一直线型管状水箱、第二直线型管状水箱的水平段分别设置过水孔调节机构。过水孔调节机构包括第一固定横隔板、第二固定横隔板、活动横隔板、顶杆、步进电机和固定支架，第一固定横隔板和第二固定横隔板在靠近步进电机侧设置矩形缺口，活动横隔板从管状水箱的水平段外表面插入第一固定横隔板和第二固定横隔板之间，活动横隔板与管状水箱侧壁密封连接且可自由伸缩，第一固定横隔板和第二固定横隔板的矩形缺口与活动横隔板形成过水孔，步进电机通过顶杆与活动横隔板相连，步进电机外设置固定支架，固定支架固定于高层建筑结构以保证步进电机不会与管状水箱的水平段发生相对位移。步进电机内部有位移调节系统，包括信号接收器、步进电机芯片、位移控制器和电机电源，信号接收器接收控制指令并将控制指令传输至步进电机芯片，步进电机芯片通过处理控制指令得到位移控制值并将其传输至位移控制器，位移控制器根据位移控制值驱动步进电机，推动与顶杆相连的活动横隔板前进或后退，进而改变过水孔的大小，实现阻尼的实时、自动调节。第一U型管状水箱、第二U型管状水箱、第一直线型管状水箱、第二直线型管状水箱中的任一水平段顶部外侧设有振动监控系统。振动监控系统包括振动监测子系统和阻尼控制子系统。振动监测子系统包括二维加速度传感器、阈值开关、电源开关、信号开关和监控电源，二维加速度传感器用于实时测量超高层建筑两个水平主轴方向的振动并传输至阈值开关，阈值开关控制电源开关和信号开关的打开和关闭，监控电源为二维加速度传感器和阈值开关供电，监控电源通过电源开关为信号开关和阻尼控制子系统供电。阻尼控制子系统包括低通滤波器、增益放大器、A/D转换器、数据存储器、微处理器和信号发射器，低通滤波器将振动模拟信号去除高频噪声后传输至增益放大器，增益放大器将模拟信号放大并传输至A/D转换器，A/D转换器将模拟信号转换为数字信号，并传输至数据存储器，数据存储器将数字信号和预设的阻尼控制程序传输至微处理器，微处理器根据阻尼控制程序进行计算并输出控制指令至信号发射器，信号发射器将控制指令发送至位移调节系统。为了防止水在振荡过程中飞溅，第一U型管状水箱的竖直段液面位置设置能够上下活动的第一格栅、第二格栅，第二U型管状水箱的竖直段液面位置设置能够上下活动的第三格栅、第四格栅。工作原理：当任一方向的振动信号强度大于或等于阈值开关预设的阈值时，阈值开关打开并命令电源开关和信号开关打开，监控电源为阻尼控制子系统供电，信号开关将测量的振动信号传输至阻尼控制子系统；当两个主轴方向的振动信号强度均小于阈值开关预设的阈值时，阈值开关关闭，电源开关和信号开关也保持关闭，阻尼控制子系统不通电。有益效果：本专利技术能够有效减小超高层建筑在强风作用下的振动，有利于保证超高层建筑在强风作用下的安全性和舒适性；本专利技术两个相互平行的U型管状水箱通过两个直线型管状水箱贯通相连，在超高层建筑两个主轴方向均形成U型管状水箱，使得调谐液柱阻尼器能够同时减小超高层建筑两个主轴方向的振动；本专利技术的振动监控系统和位移调节系统根据结构振动的强弱实时改变过水孔的大小，具有实时、精准调节调谐液柱阻尼器阻尼大小的能力，保证调谐液柱阻尼器对超高层建筑在各种强风作用下的振动均有最优的控制效果；本专利技术的振动监控系统和位移调节系统集成于调谐液柱阻尼器，具有阻尼调节速度快、阻尼调节精度高、抗干扰能力强的优点，应用前景广阔。附图说明图1是本专利技术的立体图；图2是本专利技术的主视图；图3是本专利技术的左视图；图4是本专利技术的俯视图；图5是本专利技术的A-A三维剖视图；图6是本专利技术的B-B三维剖视图；图7是本专利技术的过水孔调节机构7的三维细节图；图8是本专利技术的第一固定横隔板8的立体图；图9是本专利技术的C-C剖视图；图10是本专利技术的D-D剖视图；图11是本专利技术的E-E剖视图；图12是本专利技术的振动监控系统的工作原理图；图13是本专利技术的阻尼调节系统的工作原理图。具体实施方式如图1-4，第一U型管状水箱1和第二U型管状水箱2平行布置并通过第一直线型管状水箱3和第二直线型管状水箱4固定连接，第一U型管状水箱1和第二U型管状水箱2与第一直线型本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，包括管状水箱，其特征在于：所述管状水箱包括第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)、第一直线型管状水箱(3)和第二直线型管状水箱(4)，所述第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)分别与第一直线型管状水箱(3)、第二直线型管状水箱(4)固定连接，所述第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)与第一直线型管状水箱(3)、第二直线型管状水箱(4)的连接处均开孔并保证第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)、第一直线型管状水箱(3)和第二直线型管状水箱(4)的内部贯通，所述管状水箱内有水(5)和过水孔(6)。

【技术特征摘要】
1.一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，包括管状水箱，其特征在于：所述管状水箱包括第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)、第一直线型管状水箱(3)和第二直线型管状水箱(4)，所述第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)分别与第一直线型管状水箱(3)、第二直线型管状水箱(4)固定连接，所述第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)与第一直线型管状水箱(3)、第二直线型管状水箱(4)的连接处均开孔并保证第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)、第一直线型管状水箱(3)和第二直线型管状水箱(4)的内部贯通，所述管状水箱内有水(5)和过水孔(6)。2.根据权利要求1所述的一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，其特征在于：所述第一U型管状水箱(1)、第二U型管状水箱(2)、第一直线型管状水箱(3)、第二直线型管状水箱(4)的水平段分别设置过水孔调节机构(7)。3.根据权利要求2所述的一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，其特征在于：所述过水孔调节机构(7)包括第一固定横隔板(8)、第二固定横隔板(9)、活动横隔板(10)、顶杆(11)、步进电机(12)和固定支架(13)，所述第一固定横隔板(8)和第二固定横隔板(9)在靠近步进电机(12)侧设置矩形缺口，所述活动横隔板(10)从管状水箱的水平段外表面插入第一固定横隔板(8)和第二固定横隔板(9)之间，所述活动横隔板(10)与管状水箱侧壁密封连接且可自由伸缩，所述第一固定横隔板(8)和第二固定横隔板(9)的矩形缺口与活动横隔板(10)形成过水孔(6)，所述步进电机(12)通过顶杆(11)与活动横隔板(10)相连，所述步进电机(12)外设置固定支架(13)。4.根据权利要求3所述的一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，其特征在于：所述步进电机(12)内部有位移调节系统。5.根据权利要求4所述的一种自动调节阻尼的二维调谐液柱阻尼器，其特征在于：所述位移调节系统包括信号接收器(14)、步进电机芯片(15)、位移控制器(16)和电机电源(17)，所述信号接收器(14)将控制指令传输至步进电机芯片(...

【专利技术属性】
技术研发人员：周广东，谢美希，操声浪，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32