一种简易液体阻尼TMD.pdf

本实用新型公开了一种简易液体阻尼TMD，包括储液容器以及由金属摆块和钢线组成的单摆，金属摆块通过钢线悬挂在主结构上并自然下垂，主结构为中小型机械、房屋或临时建筑，储液容器置于金属摆块的下方，储液容器内装有液体，金属摆块与储液容器内的液体接触。针对现有常规TMD存在的只能单方向进行减振、成本高、应用范围狭隘等不足，提供一种新的思路，运用这种思路提供一种简易液体阻尼TMD，该液体阻尼TMD能够突破现有TMD应用范围的局限性，可广泛应用于中小型机械和房屋、临时建筑等一般建筑物，并克服常规粘滞阻尼器只能对TMD子结构施加单方向阻尼的弊端，极大地降低建设成本，实现经济环保的目标。

权利要求书
1.  一种简易液体阻尼TMD，其特征在于包括储液容器以及由金属摆块和钢线组成的单摆，所述的金属摆块通过所述的钢线悬挂在主结构上并自然下垂，所述的主结构为中小型机械、房屋或临时建筑，所述的储液容器置于所述的金属摆块的下方，所述的储液容器内装有液体，所述的金属摆块与所述的储液容器内的液体接触。

2.  根据权利要求1所述的一种简易液体阻尼TMD，其特征在于所述的储液容器为上部开口的水箱，所述的水箱放置在所述的主结构上。

3.  根据权利要求1所述的一种简易液体阻尼TMD，其特征在于所述的储液容器为设置在所述的主结构内的水槽，所述的主结构上固定有两根支杆，两根所述的支杆对称设置在所述的水槽的两侧，两根所述的支杆通过连杆连接，所述的钢线的一端固定于所述的连杆的中部，所述的钢线的另一端栓有所述的金属摆块。

4.  根据权利要求3所述的一种简易液体阻尼TMD，其特征在于所述的两根支杆均为角钢，所述的连杆为钢板。

5.  根据权利要求1-4中任一项所述的一种简易液体阻尼TMD，其特征在于所述的金属摆块在液体中的浸没深度为其高度的1/3-2/3。

6.  根据权利要求5所述的一种简易液体阻尼TMD，其特征在于所述的金属摆块在液体中的浸没深度为其高度的1/2。

7.  根据权利要求1-4中任一项所述的一种简易液体阻尼TMD，其特征在于所述的金属摆块为金属球或形状对称的金属块。

说明书一种简易液体阻尼TMD
技术领域
本实用新型涉及一种减振系统，具体是一种简易液体阻尼TMD，可取代以粘滞阻尼器作为组成部分的常规TMD，大范围推广应用于各类环境激励下的中小型机械及房屋、临时建筑等一般建筑物，在减振方面发挥巨大作用。
背景技术
随着建筑技术的不断发展，越来越多的大跨度结构及高耸结构拔地而起，这些结构在横向荷载的作用下，容易产生较大的振动，不仅影响室内舒适度，还可导致结构发生疲劳破坏，威胁结构的安全性。因此，对结构的振动控制是非常重要的。
调谐质量阻尼器(TMD)广泛应用于高耸结构的风振和地震响应控制，以及大跨度楼盖和人行天桥等的舒适度提升，是经检验最为可靠的减振控制措施之一。传统的TMD减振装置由弹簧、质量块和粘滞阻尼器组成。其作用原理为：当外力作用于主体结构时，质量块上的惯性力反向施加于主体结构之上，抑制主体结构的振动。其中，粘滞阻尼器主要用于耗散质量块的振动能量，但其具有单方向减振的弊端，且其阻尼系数在产品生产时即已固定，不可更改。而且当粘滞阻尼器的体量较大时，生产工艺会相对复杂，导致安装难度和工程造价等大幅增加，这使得TMD减振措施目前仅适用于部分大型和重要的工程结构，限制了其在中小型机械及一般建筑物中的大范围推广和应用。调谐液体阻尼器(TLD)是另外一种有效的减振控制装置，通过固定水箱中的液体在晃动过程中产生的动侧压力来提供减振力。相较于TMD，TLD经济环保的多，但减振效果不明显，也就限制了其应用前景。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是：针对现有常规TMD存在的只能单方向进行减振、成本高、应用范围狭隘等不足，提供一种新的思路，运用这种思路提供一种简易液体阻尼TMD，该液体阻尼TMD能够突破现有TMD应用范围的局限性，可广泛应用于中小型机械和房屋、临时建筑等一般建筑物，并克服常规粘滞阻尼器只能对TMD子结构施加单方向阻 尼的弊端，极大地降低建设成本，实现经济环保的目标。
本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种简易液体阻尼TMD，包括储液容器以及由金属摆块和钢线组成的单摆，所述的金属摆块通过所述的钢线悬挂在主结构上并自然下垂，所述的主结构为中小型机械、房屋或临时建筑，所述的储液容器置于所述的金属摆块的下方，所述的储液容器内装有液体，所述的金属摆块与所述的储液容器内的液体接触。本实用新型液体阻尼TMD应用于中小型机械、房屋、临时建筑等主结构的减振时，该液体阻尼TMD与主结构即构成TMD减振系统，主结构即为TMD减振系统中的主结构，而由钢线悬挂的金属摆块即为TMD减振系统中的子结构，用装有适量液体的储液容器来代替造价昂贵的粘滞阻尼器，将金属摆块放入储液容器中。当主结构因横向载荷的作用而产生振动时，金属摆块也会随之产生振动，并且金属摆块在储液容器中左右振动时会受到液体提供的阻力，从而加速振动反应的衰减，达到提高减振效果的目的。
储液容器内装的液体可以为水或其他粘稠液体。
所述的储液容器为上部开口的水箱，所述的水箱放置在所述的主结构上。直接采用水箱作为储液容器并放置在主结构上，安装和维护方便，成本低。
所述的储液容器为设置在所述的主结构内的水槽，所述的主结构上固定有两根支杆，两根所述的支杆对称设置在所述的水槽的两侧，两根所述的支杆通过连杆连接，所述的钢线的一端固定于所述的连杆的中部，所述的钢线的另一端栓有所述的金属摆块。储液容器为设置在主结构内的水槽时，在水槽中加入液体的实质是在主结构中引入TLD减振系统，当主结构受到外界激励产生振动时，引起水槽中液体的晃动，并在液面形成波浪，晃动的液体和波浪对水槽壁产生动压力差，再加上液体运动引起的惯性力，即形成了TLD的减振作用；此外，金属摆块与水槽中的液体接触，水槽同时起到了液体阻尼器的作用，最终形成了一个完整的TMD-TLD组合减振系统，可进一步提高减振效果。
所述的两根支杆均为角钢，所述的连杆为钢板。角钢和钢板廉价易得，成本低。
所述的金属摆块在液体中的浸没深度为其高度的1/3-2/3。
所述的金属摆块在液体中的浸没深度为其高度的1/2。
所述的金属摆块为金属球或形状对称的金属块。金属球或金属块可以由铁、铅、不锈钢、铜或合金以及其他金属制成，只要其形状对称、材质均匀即可。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型公开的简易液体阻尼TMD以一种更为经济的方法保证中小型机械、房屋、临时建筑等主结构的安全，延长主结构的使用寿命。本实用新型液体阻尼TMD应用于中小型机械、房屋、临时建筑等主结构的减振时，该液体阻 尼TMD与主结构即构成TMD减振系统，主结构即为TMD减振系统中的主结构，而由钢线悬挂的金属摆块即为TMD减振系统中的子结构。用装有适量液体的储液容器来代替造价昂贵的粘滞阻尼器，将金属摆块放入储液容器中。当主结构因横向载荷的作用而产生振动时，金属摆块也会随之产生振动，并且金属摆块在储液容器中左右振动时会受到液体提供的阻力，从而加速振动反应的衰减，达到提高减振效果的目的。本实用新型液体阻尼TMD极大地降低了建设成本，实现了经济环保的目标，并克服了常规粘滞阻尼器只能对TMD子结构施加单方向阻尼的弊端，突破了现有TMD应用范围的局限性，可广泛应用于中小型机械和房屋、临时建筑等一般建筑物。
附图说明
图1为实施例一的液体阻尼TMD减振模型的结构示意图；
图2为实施例二的液体阻尼TMD减振模型的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
实施例一：自制如图1所示的简易液体阻尼TMD减振模型，该模型包括上部开口的水箱2以及由铁球1和钢线3组成的单摆，铁球1通过钢线3悬挂在主结构4上并自然下垂，主结构4置于支撑平板5上，支撑平板5上放有垫块41，水箱2放置在垫块41上，水箱2置于铁球1的下方，水箱2内装有水，铁球1与水箱2内的水接触。主结构4由钢材加工制成，水箱2即为一个塑料水缸，主结构长40cm、宽6cm、高55cm，水箱长27cm、宽17cm、高20cm，铁球重50g。
实施例二：实施例二为自制的另一种形式的简易液体阻尼TMD减振模型，如图2所示，该模型包括设置在主结构4内的水槽2以及由铁球1和钢线3组成的单摆，铁球1通过钢线3悬挂在主结构4上并自然下垂，主结构4置于支撑平板5上，主结构4上固定有两根角钢41，两根角钢41对称设置在水槽2的两侧，两根角钢41通过钢板42连接，钢线3的一端固定于钢板42的中部，钢线3的另一端栓有铁球1，水槽2置于铁球1的下方，水槽2内装有水，铁球1与水槽2内的水接触。
对于实施例一自制的减振模型，在减振模型上连接KD1100LC型加速度传感器和东华5920型数据采集仪，检测其阻尼比，考查其减振效果。测试过程为：
步骤1：选择无风的室内作为试验地点，不在模型上附加任何物品，然后给主结构施加一个初位移，激发结构的振动，并同时进行数据采集，采样频率为20Hz，固定采集时长51.2s，共采集1024个数据点，得到相应的加速度时程图和频谱图，经检测数据可知主结构的频率为1.19Hz，接近于设计值1.27，整体结构的阻尼比为0.92％；
步骤2：将铁球通过钢线系于模型的中间位置，重复步骤1的测试，得到相应的加速度时程图和频谱图，经检测数据可知无阻尼TMD仅给主结构增加了0.56％的阻尼比，减振效果不明显；
步骤3：将水箱置于铁球下方，使铁球在水中的浸没深度为其直径的1/2，重复步骤1的测试，得到相应的加速度时程图和频谱图，经检测数据可知实施例一的液体阻尼TMD给主结构增加了6.07％的阻尼比，具有较好的减振效果。
保持其他条件不变，改变水箱中液面高度，使铁球在水中的浸没深度分别为其直径的1/3、1/2、2/3、1，重复步骤1，考查铁球的浸没程度与阻尼比之间的关系，结果如下：
铅球浸没程度1/31/22/31阻尼比5.26％6.99％5.18％2.38％
可见，当铁球在水中的浸没深度为其直径的1/2时，减振系统的阻尼比最大，减振效果最明显。
对于实施例二自制的减振模型，也同样类似测试，经检测数据可知实施例二的液体阻尼TMD给主结构增加了11.10％的阻尼比，减振效果明显。