本發(fā)明是一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法，主要針對(duì)鐵塔、橋塔、多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋等高聳結(jié)構(gòu)的一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法。

背景技術(shù)：

隨著社會(huì)的發(fā)展，工程結(jié)構(gòu)形式日益多樣化、柔性化，在強(qiáng)風(fēng)或強(qiáng)烈地震作用下，建筑物的動(dòng)力反應(yīng)強(qiáng)烈，很難滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)舒適性和安全性的要求。進(jìn)入新世紀(jì)以來(lái)，高聳結(jié)構(gòu)進(jìn)入了快速發(fā)展時(shí)期，特別是城市的地標(biāo)性建筑已經(jīng)成為城市經(jīng)濟(jì)實(shí)力的象征，例如廣州塔。隨著技術(shù)的進(jìn)步，橋梁的跨度也越來(lái)越大，橋塔的高度也在不斷刷新。如何保證這些高聳結(jié)構(gòu)的地震作用下的安全性以及強(qiáng)風(fēng)作用下的舒適性和安全性已經(jīng)成為需要迫切解決的關(guān)鍵問(wèn)題，受到越來(lái)越多的關(guān)注，結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制已經(jīng)成為減小結(jié)構(gòu)振動(dòng)響應(yīng)的重要方法。

傳統(tǒng)的抗風(fēng)抗震設(shè)計(jì)方法，是通過(guò)提高結(jié)構(gòu)本身的強(qiáng)度和剛度來(lái)抵御風(fēng)荷載或地震作用，依靠構(gòu)件的彈塑性變形來(lái)耗能的，是一種“硬碰硬”式的抗震方法。它既不經(jīng)濟(jì)，又存在一定的安全隱患，并且高強(qiáng)材料自身的優(yōu)勢(shì)也難以得到充分的發(fā)揮。結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制可以有效地減輕結(jié)構(gòu)在風(fēng)和地震等動(dòng)力作用下的反應(yīng)和損傷，提高結(jié)構(gòu)的抗震能力和抗災(zāi)性能。

結(jié)構(gòu)控制的概念可以簡(jiǎn)單表述為：通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)附加控制裝置，由控制裝置與結(jié)構(gòu)共同承受振動(dòng)作用，以調(diào)諧和減輕結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，消耗外部荷載傳遞給結(jié)構(gòu)的能量，使它在外界干擾作用下的響應(yīng)被控制在允許范圍內(nèi)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是提供一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法，旨在減小鐵塔、橋塔、多高層鋼結(jié)構(gòu)房屋等高聳結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，達(dá)到減振耗能的效果。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法，包括一個(gè)安裝在建筑物頂部的水箱，所述的水箱頂部中央安置一個(gè)壓力泵，所述的壓力泵頂部中央安置傳感器及電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，所述的水箱底部沿多個(gè)方向連接外伸的水管，每個(gè)所述的水管穿過(guò)電子閥門(mén)伸出結(jié)構(gòu)物一定距離，所述的水管端部安裝噴嘴；所述的傳感器用于感應(yīng)結(jié)構(gòu)頂端的偏移，并將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，所述的電子閥門(mén)控制系統(tǒng)根據(jù)信號(hào)控制不同電子閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述的水箱形狀趨于球體，有利于承受超高壓，內(nèi)部裝一定體積的水。

進(jìn)一步的，所述的壓力泵位于水箱頂部，向水箱內(nèi)部提供壓力。

進(jìn)一步的，所述的傳感器及電子閥門(mén)控制系統(tǒng)位于所述的壓力泵上結(jié)構(gòu)水平面中心，所述的傳感器用于感應(yīng)結(jié)構(gòu)頂端的偏移，并將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，所述的電子閥門(mén)控制系統(tǒng)可根據(jù)信號(hào)控制不同電子閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

進(jìn)一步的，所述的電子閥門(mén)用于控制水束的噴射。

進(jìn)一步的，所述的水管的設(shè)置方向至少包括四個(gè)，即建筑物的東、南、西、北四個(gè)方向。

利用所述的裝置進(jìn)行減振的方法，如下：

當(dāng)傳感器感應(yīng)到結(jié)構(gòu)偏移時(shí)，將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，電子閥門(mén)控制系統(tǒng)根據(jù)水平儀發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行判斷，判斷出是哪個(gè)位置發(fā)生了傾斜，然后開(kāi)啟相應(yīng)的電子閥門(mén)，向偏移方向噴射水束，抵消使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏移的能量，使結(jié)構(gòu)復(fù)位；在此過(guò)程中，當(dāng)水平儀檢測(cè)到結(jié)構(gòu)復(fù)位時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，電子閥門(mén)控制系統(tǒng)控制相應(yīng)的閥門(mén)關(guān)閉。

使用時(shí)，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)固定于高聳結(jié)構(gòu)頂部。水箱與結(jié)構(gòu)物有可靠的連接，水管端部處進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)造措施處理，減少薄弱部位。當(dāng)傳感器感應(yīng)到結(jié)構(gòu)偏移時(shí)，將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，電子閥門(mén)控制系統(tǒng)立即做出判斷，開(kāi)啟相應(yīng)的電子閥門(mén)，向偏移方向噴射水束，抵消使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏移的能量，使結(jié)構(gòu)復(fù)位，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大偏移，達(dá)到減振效果，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明的有益效果是：

該減振控制裝置及方法可以減小結(jié)構(gòu)在地震或風(fēng)荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)，可以有效的彌補(bǔ)荷載發(fā)生時(shí)方向不確定所帶來(lái)的隱患；該減振控制裝置及方法可以實(shí)現(xiàn)噴射高速水束，主動(dòng)進(jìn)行水平方向的減振，具有較強(qiáng)的實(shí)用性；該減振控制裝置及方法造價(jià)低、易安裝、維護(hù)少、自動(dòng)激活性能好、容易匹配調(diào)頻、構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、性?xún)r(jià)比高、靈活性高、便于安裝、環(huán)保安全；該減振控制裝置及方法可以有效減輕“鞭稍效應(yīng)”帶來(lái)的不利影響；該裝置中的水還可以用做消防用水，安全可靠。

附圖說(shuō)明

構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。

圖1是一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法的主視圖。

圖2是一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法的側(cè)視圖。

圖中：1傳感器及電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，2壓力泵，3水箱，4水，5水管，6電子閥門(mén)，7噴嘴。

具體實(shí)施方式

應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。

需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。

正如背景技術(shù)所介紹的，目前的高聳結(jié)構(gòu)增多，高聳結(jié)構(gòu)的地震作用下的安全性以及強(qiáng)風(fēng)作用下的舒適性和安全性已經(jīng)成為需要迫切解決的關(guān)鍵問(wèn)題；本專(zhuān)利中利用高速水束的噴射，主動(dòng)進(jìn)行水平方向的減振，使主體結(jié)構(gòu)更加安全可靠。為了解決如上的技術(shù)問(wèn)題，本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N主動(dòng)排水減振控制裝置及方法。

本專(zhuān)利將運(yùn)用“水刀”的原理、動(dòng)量定理，利用超高壓下噴射高速水束的反力，作用于結(jié)構(gòu)頂部抵消結(jié)構(gòu)頂部產(chǎn)生偏移時(shí)的能量，研制出一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法。當(dāng)1噸水束(水束可以有多條組成)以近1000m/s的速度噴射后(高速水束在空氣阻力下分散，不會(huì)造成公共安全)，其效果可以抵消1萬(wàn)噸建筑質(zhì)量以0.1m/s的速度偏移時(shí)的動(dòng)量。對(duì)于自重小的高聳結(jié)構(gòu)，在地震或風(fēng)荷載作用時(shí)，隨著結(jié)構(gòu)受力和變形的增大，該減振控制裝置率先產(chǎn)生較大阻尼，大量抵消輸入結(jié)構(gòu)的能量及有效控制主體結(jié)構(gòu)頂部的偏移，從而使主體結(jié)構(gòu)避免進(jìn)入明顯的非彈性狀態(tài)并迅速減小結(jié)構(gòu)的振動(dòng)響應(yīng)，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明提出的一種主動(dòng)排水減振控制裝置及方法如圖1，圖2所示。

水箱3安置于結(jié)構(gòu)物頂部，所述的水箱3頂部中央安置一個(gè)壓力泵2，用于向水箱內(nèi)部加壓，所述的壓力泵2頂部中央安置傳感器及電子閥門(mén)控制系統(tǒng)1，用于感應(yīng)結(jié)構(gòu)物的偏移以及控制電子閥門(mén)，所述的水箱3底部連接外伸的水管5，所述的水管穿過(guò)電子閥門(mén)6伸出結(jié)構(gòu)物一定距離，所述的水管端部安裝噴嘴7，所述的水箱3內(nèi)部裝一定體積的水4。

水箱形狀趨于球體，有利于承受超高壓，內(nèi)部裝一定體積的水。

壓力泵位于水箱頂部，向水箱內(nèi)部提供壓力。

水平儀及電子閥門(mén)控制系統(tǒng)位于所述的壓力泵上結(jié)構(gòu)水平面中心，所述的水平儀用于感應(yīng)結(jié)構(gòu)頂端的偏移，并將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，所述的電子閥門(mén)控制系統(tǒng)可根據(jù)信號(hào)控制不同電子閥門(mén)的開(kāi)啟與關(guān)閉。

所述的電子閥門(mén)用于控制水束的噴射。

所述的水管的設(shè)置方向至少包括四個(gè)，即建筑物的東、南、西、北四個(gè)方向；如果為了提高控制的精度，可以在此基礎(chǔ)之上增加水管的個(gè)數(shù)。

利用所述的裝置進(jìn)行減振的方法，如下：

當(dāng)傳感器感應(yīng)到結(jié)構(gòu)偏移時(shí)，將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，電子閥門(mén)控制系統(tǒng)根據(jù)水平儀發(fā)出的信號(hào)進(jìn)行判斷，判斷出是哪個(gè)位置發(fā)生了傾斜，然后開(kāi)啟相應(yīng)的電子閥門(mén)，向偏移方向噴射水束，抵消使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏移的能量，使結(jié)構(gòu)復(fù)位；在此過(guò)程中，當(dāng)水平儀檢測(cè)到結(jié)構(gòu)復(fù)位時(shí)，發(fā)送控制信號(hào)給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，電子閥門(mén)控制系統(tǒng)控制相應(yīng)的閥門(mén)關(guān)閉。

使用時(shí)，本發(fā)明應(yīng)當(dāng)固定于高聳結(jié)構(gòu)頂部。水箱與結(jié)構(gòu)物有可靠的連接，水管端部處進(jìn)行相應(yīng)構(gòu)造措施處理，減少薄弱部位。當(dāng)傳感器感應(yīng)到結(jié)構(gòu)偏移時(shí)，將信號(hào)傳給電子閥門(mén)控制系統(tǒng)，電子閥門(mén)控制系統(tǒng)立即做出判斷，開(kāi)啟相應(yīng)的電子閥門(mén)，向偏移方向噴射水束，抵消使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏移的能量，使結(jié)構(gòu)復(fù)位，避免結(jié)構(gòu)產(chǎn)生巨大偏移，達(dá)到減振效果，保護(hù)主體結(jié)構(gòu)。

本實(shí)施方案中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的具體工程實(shí)際確定水箱的容積、水管及噴嘴的安裝位置和數(shù)量，以達(dá)到最佳的減振效果。

本專(zhuān)利的上述實(shí)施方案并不是對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定，本專(zhuān)利的實(shí)施方式不限于此，凡此種種根據(jù)本專(zhuān)利的上述內(nèi)容，按照本領(lǐng)域的普通技術(shù)知識(shí)和慣用手段，在不脫離本專(zhuān)利上述基本技術(shù)思想前提下，對(duì)本專(zhuān)利上述結(jié)構(gòu)做出的其它多種形式的修改、替換或變更，均應(yīng)落在本專(zhuān)利的保護(hù)范圍之內(nèi)。