塔式结构的减振装置制造方法及图纸

一种塔式结构的减振装置包括一任意形状的液柱管，该管有两相对的升起端部，在其中形成液面，在液柱管中部设有一小孔，该液柱管安装在塔式结构上。由于采用了小孔，该减振装置的减振性质可以定量地限定。另外，由于两相对的升起端部间的液柱管中部可以为任意形状，所以该减振装置的安装空间可自由设计。（*该技术在2009年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及抑制由风或地震所引起的塔式结构振动的减振装置。塔式结构如高层建筑，吊桥或悬索桥的塔因风或地震会引起振动。近来，依据动态减振器原理提出了各种减振装置以作为抑制这种振动的技术。一般来说，动态减振器原理就是通过提供一调谐到结构自然频率的自然频率，同时提供一适当的减振机构的方式来吸收结构的振动能量。这一原理已有各种实施形式。其中一种典型的形式是综合采用一质量，一弹簧和一减振器。但是这种动态减振装置有以下问题(1)自然频率难于调整;(2)弹簧和减振器等长期使用后性能会恶化，这需要加以维护和保养;(3)结构和机制复杂;(4)容纳减振装置的空间受到局限。近来，作为解决上述问题的装置之一，在日本专利公开号62-101764，62-292943以及63-172092中公开了一种动态减振装置，它所利用的是载液缸中自由液面的波动。在这种动态减振装置中，将自由液面波动的自然频率调谐至结构的自然频率，其减振机制是靠液体中的多孔件或等同物作为液体运动的障碍而形成的。但是，这种动态减振装置具有以下问题(1)响应于很大振幅的波动，自由液面波动作用十分复杂，因而难于根据自然频率和减振性能来计算减振效果;(2)多孔件或等同物的减振性能是不确定的，因而难于计算;(3)由于载液缸尺寸等因素，这种减振装置的安装空间受到局限。本专利技术的一个目的是提供一种可以精确显示所要求减振性能并增加在结构中安装空间自由度的减振装置。按照本专利技术的塔式结构的减振装置具有一液柱管，该液柱管有任意的形状并有两个相对的升起端部，在其中形成液面，在该液柱管中部还具有一个小孔，该液柱管安装于所述塔式结构上。当塔式结构受到振动时，液柱管中的液体沿管的纵向振荡从而引起液面的垂直振动。此时，这种液体振荡受到小孔的阻尼从而抑制结构的振动。由于这种液体运动是一维的，因而可以自由控制减振系数。参照以下附图进行的详细描述有助于充分理解本专利技术的其它目的和特征。附图说明图1是本专利技术减振装置的示意图;图2是表明塔式结构响应放大率和输入与自然频率比之间关系的图表;图3是表明液柱响应值RD和减振装置的减振系数hD之间关系的图表;图4a是表明结构的响应值Rs和减振装置的减振系数hD之间关系的图表;图4b是表明减振装置的响应值RD和减振装置的减振系数hD之间关系的图表;图5是按照本专利技术将减振装置应用于结构的示意图;图6是减振装置的立体图，其中液柱管是分路式的;图7a是按照本专利技术将减振装置的一推荐实施例应用于一球形结构的正视图;图7b是图7a的俯视图;图8是对图7a和图7b所示实施例加以改进后的另一实施例的正视图;图9是将减振装置应用于在建结构的又一推荐实施例;图10是将减振装置应用于履带式起重机的又一推荐实施例;图11是将减振装置的又一实施例应用于观察塔的正视图;图12a是按照本专利技术的可变小孔的正剖视图;图12b图12a的侧剖视图;图13a是可变小孔另一实施例的正剖视图;图13b是图13a的侧剖视图;图14和15是可变小孔又一实施例剖视图;图16a是综合两液柱管使其呈T形布置的立体图;图17是按照本专利技术的环形密闭液柱管的立体图;图18是具有可变长度液柱管的减振装置的一推荐实施例的正视图。现在参照附图描述本专利技术的一些推荐实施例。图1表示本专利技术的一推荐实施例，标号A代表塔式结构(以下简称结构)的减振装置(未画出)。减振装置A由以下部件组成一液柱管1位于结构的因振动而位移较大的部位，盛放在液柱管1中的液体2以及固定地设置于液柱管1中的一小孔3。液体2的两个液面2a存在于液柱管1的两个相对的升起的端部。液柱管1的截面形状可以是任意的，如圆形或矩形(方形，椭圆形等)。另外，液柱管1在其纵向上可以任意弯曲。当结构受到图1中双头箭头S所示方向的振动时，液面2a以双头箭头B的垂向振荡。虽然液体垂向运动被本身有阻尼能力的液体2所阻尼，但是主要是由小孔3阻尼。结构的振动能由在液柱管1中液体2的振荡运动所吸收从而使结构减振。适当地调整小孔的阻尼系数有助于提高振动能的吸收效率。可以设置一组小孔3。下面将这种减振装置称为TLCD(调谐液柱减振器)。令结构和液面2a的位移分别为S和B，则构成这种减振装置的液柱管内的液体2的运动方程可表示为 式中ρ为液体密度;g为重力加速度;A为液柱管1的横截面积;L为一液面2a沿液柱管1至另一液面2a的长度;C为两液面2a之间的水平距离;K为取决于小孔3的开度比的一个系数(压力损失系数); 是B相对于时间的一阶导数; 分别是B和S相对于时间的二阶导数。在上式中，右侧代表使液体2振动的项，该项也可作为抑制塔式结构振动的反应。上式左侧的第一和第三项分别代表质量效应和弹性效应。根据这两项，可按下式求出液柱管的自然振动周期T=2πL/2g]]>前一个方程的左侧第二项代表设在液柱管1中的小孔3对液体2的减振性质。这一减振性质在使结构减振的工作中发挥重要作用。也就是说，为了显示借助液柱振动的足够的阻尼效应从而使结构减振，上述减振性质必须定量地限定为一个最佳值。在具有多孔件或等同物的现有技术的减振装置中，这种减振性质难于定量地限定。与此相反，本专利技术的减振装置由于采用了小孔，而且压力损失系数K为一已知常量，所以这种减振性质的定量限定可以很容易，很可靠地实现。因此，按照本专利技术，通过设置液柱管中的小孔可以容易、可靠地计算阻尼效应并设计TLCD(调谐液柱减振器)。图2表示出响应曲线计算的一个实例，它表明塔式结构的振动因设置了TLCD而受到阻尼。在该图中纵坐标轴表示塔式结构的响应放大率，而横坐标轴表示输入与自然频率的比，该比值为(外力频率)/(塔式结构的自然频率)。这样就可以简单而可靠地定量限定运动方程。因此，作为减振装置的TLCD可以下述方式简单地进行设计。下面描述一种TLCD的简单设计方法。如上所述，求出液柱管振动的自然周期T。另一方面按照结构的设计数据可以求出结构的自然频率。相应地，在决定长度L时，要使结构自然频率和TLCD即液柱管的自然频率的比，即调谐比大约为1。图3是表明响应值RD(由纵坐标表示)和减振装置的减振系数HD(由横坐标表示)之间关系的图表，响应值RD表示液柱因振动而发生的位移。这种关系随小孔的开度比α的变化而改变。如图所示，开度比α1大于开度比α2，而开度比α2又大于开度比α3。从图中显然可见，RD基本上与HD成正比，开度比越小，则直线的斜度越小，即减振系数越大。图4a是表明结构响应值Rs和减振装置的减振系数HD之间关系的图表。在该图中，μ(μ1＜μ2＜μ3)代表(减振装置的有效质量)/(结构的总质量)。从图中清楚可见，响应值Rs随减振系数HD的增加而减少直至某一定限度，然而从该限度开始，随著减振系数Hd的进一步增加而增加。Rsl代表结构振幅的允许极限，位于允许极限Rsl且平行于横坐标轴的一条虚线可以和某些曲线相交。根据这种情况下的μ值，就可以决定减振装置的有效质量，即减振装置的尺寸。当μ＝μ2时，虚线与μ2的曲线相交于两点Hda和Hdb。因此，如果减振系数Hd落在Hda和Hdb之间的范围内，那么就可使结构的值不大于允许极限Rsl。减振系数Hd的最佳值由Hd opt代表，存在于Hda和Hdb之间的中点上。图4b是表示减振装置因振动而产生的响应值Rd(由纵坐标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种塔式结构的减振装置，包括一液柱管，该管具有两相对的升起的端部，在其中形成液面，在该液柱管中部设有一小孔，所述液柱管安装在该塔式结构上。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：坡井藤一，高枝新伍，玉木利裕，
申请(专利权)人：川崎重工业株式会社，
类型：发明
国别省市：JP[日本]