本發(fā)明涉及防振動(dòng)或震動(dòng)的一般建筑物構(gòu)造領(lǐng)域，具體為一種雙向控制的調(diào)諧液柱阻尼器及其使用方法。

背景技術(shù)：

1、自然災(zāi)害如地震、臺風(fēng)等會(huì)對建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施造成巨大破壞，導(dǎo)致生命和財(cái)產(chǎn)的損失。在振動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域，減小或消除結(jié)構(gòu)振動(dòng)的目標(biāo)之一就是提高結(jié)構(gòu)的抗災(zāi)性能，使其能夠更好地抵御自然災(zāi)害的力量。如何能夠保證建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的振動(dòng)得到更好的控制，需要的是多災(zāi)害耦合下穩(wěn)定工作；多方向的振動(dòng)控制；可調(diào)頻率、阻尼比、剛度等性能的振動(dòng)控制裝置。

2、傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器是一種造價(jià)低、安裝簡便、頻率可調(diào)的建筑結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制裝置，通常只能控制單一方向的結(jié)構(gòu)振動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)多方向的振動(dòng)控制，在不確定性高的外界荷載作用下，難以調(diào)節(jié)阻尼與剛度比，達(dá)到理想的振動(dòng)控制效果；一些添加半主動(dòng)、主動(dòng)控制裝置的調(diào)諧液柱阻尼器難以保證極端環(huán)境下的供能與工作穩(wěn)定性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種減振效果好的建筑物構(gòu)造，本發(fā)明公開了一種雙向控制的調(diào)諧液柱阻尼器及其使用方法。

2、本發(fā)明通過如下技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的：

3、一種雙向控制的調(diào)諧液柱阻尼器，包括輸液管、控制系統(tǒng)、x向振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)、y向振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)，其特征是：

4、所述的x向振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)和所述的y向振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)通過輸液管連接，輸液管的作用是調(diào)節(jié)阻尼器平面內(nèi)x向和y向的自振頻率；

5、所述控制系統(tǒng)包括：控制中樞、第一位移計(jì)、第二位移計(jì)、第三位移計(jì)、液位計(jì)、液壓計(jì)、氣壓計(jì)、電磁閥和泵，

6、第一位移計(jì)和第三位移計(jì)分別設(shè)于需阻尼減振的主結(jié)構(gòu)的y向和x向，第二位移計(jì)固定在u型液柱阻尼器和箱體之間，第一位移計(jì)、第二位移計(jì)和第三位移計(jì)這三者都通過信號線連接所述控制系統(tǒng)的信號輸入端，液位計(jì)設(shè)于u型液柱阻尼器兩豎直管段的底部，液壓計(jì)設(shè)于箱體內(nèi)的液體中，氣壓計(jì)設(shè)于箱體內(nèi)的液體上方的空氣中，電磁閥和泵都作為執(zhí)行機(jī)構(gòu)通過信號線連接所述控制系統(tǒng)的信號輸出端；

7、所述x向振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括u型液柱阻尼器，u型液柱阻尼器內(nèi)設(shè)有液柱，所述液柱內(nèi)設(shè)有泵，通過所述液柱沿平面內(nèi)x方向晃動(dòng)消耗能量，以控制結(jié)構(gòu)的x向振動(dòng)；

8、所述y向振動(dòng)控制機(jī)構(gòu)包括：滑軌、彈簧、活塞桿、箱體、筒式半主動(dòng)阻尼器、限位槽、壓電陶瓷、滑塊和卡塊，

9、箱體焊接固定在滑軌上，活塞桿的橫截面為工字型，活塞桿的內(nèi)端嵌在箱體內(nèi)，活塞桿的外端伸出箱體外，活塞桿和箱體的貼合處都涂有密封涂層以確保箱體的封閉性，卡塊設(shè)于箱體內(nèi)，卡塊用于限制所述活塞桿在所述箱體內(nèi)的運(yùn)動(dòng)，彈簧的一端通過卡接連接固定至活塞桿的外端，彈簧的另一端通過卡接連接固定至u型液柱阻尼器，第二位移計(jì)固定在u型液柱阻尼器和箱體之間，滑塊為t型，滑塊固定在u型液柱阻尼器的底部，限位槽連接滑軌，壓電陶瓷均勻鋪設(shè)在滑軌上；

10、筒式半主動(dòng)阻尼器包括導(dǎo)體棒、電磁鐵和筒體，導(dǎo)體棒的固定端固定在活塞桿的外端上，導(dǎo)體棒的活動(dòng)端設(shè)于筒體內(nèi)，電磁鐵通過螺栓連接均勻設(shè)于筒體的內(nèi)壁上；

11、壓電陶瓷設(shè)置于滑塊上，壓電陶瓷將滑塊與壓電陶瓷間發(fā)生壓力接觸的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自供能，壓電陶瓷通過導(dǎo)線分別連接控制中樞、電磁閥、泵和筒式半主動(dòng)阻尼器以向這四者供電；壓電陶瓷是一類具有壓電特性的電子陶瓷材料，可將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。在有外接電源為所述調(diào)諧液柱阻尼器供電時(shí)，由壓電陶瓷產(chǎn)生的電能可由蓄電池存儲(chǔ)，以實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保；在極端災(zāi)害下沒有外接電源時(shí)，儲(chǔ)存的電源及在災(zāi)害引起的振動(dòng)過程中產(chǎn)生的電能可為所述調(diào)諧液柱阻尼器供電；

12、輸液管的一端連接箱體，輸液管的另一端連接u型液柱阻尼器底部的泵。

13、所述的雙向控制的調(diào)諧液柱阻尼器，其特征是：

14、箱體內(nèi)的液體選用水或油；

15、密封涂層的厚度為2cm～5cm；

16、電磁鐵的數(shù)量為8～16個(gè)。

17、所述的雙向控制的調(diào)諧液柱阻尼器的使用方法，其特征是：按如下步驟依次實(shí)施：

18、u型液柱阻尼器的自振頻率與內(nèi)部的液柱高度有關(guān)，當(dāng)u型液柱阻尼器的自振頻率與結(jié)構(gòu)的瞬時(shí)振動(dòng)頻率一致時(shí)具有最佳的x向減振性能，因此，通過控制中樞利用小波變化識別布置在主結(jié)構(gòu)x方向的第三位移計(jì)的位移信號ux(t)得到主結(jié)構(gòu)x向的振動(dòng)頻率；

19、s.?x向控制：

20、控制中樞利用u型液柱阻尼器內(nèi)部液體沿平面內(nèi)x方向晃動(dòng)消耗能量，以控制主結(jié)構(gòu)的x向振動(dòng)，具體步驟如下

21、設(shè)于u型液柱阻尼器底部的液位計(jì)實(shí)時(shí)測量u型液柱阻尼器內(nèi)的液柱的高度h(t)并反饋給控制中樞，控制中樞根據(jù)實(shí)時(shí)的液柱高度得到u型液柱阻尼器x向的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率；

22、若u型液柱阻尼器x向的振動(dòng)頻率大于主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率，電磁閥打開，泵通過輸液管向u型液柱阻尼器泵送液體，使得u型液柱阻尼器的振動(dòng)頻率匹配主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率；

23、若u型液柱阻尼器x向的振動(dòng)頻率小于主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率，電磁閥打開，泵通過輸液管從u型液柱阻尼器抽取液體并泵送至箱體，使得u型液柱阻尼器的振動(dòng)頻率匹配主結(jié)構(gòu)的振動(dòng)頻率；

24、u型液柱阻尼器以此實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)自身x向的振動(dòng)頻率，提高x向的振動(dòng)控制性能；

25、s.?y向控制：

26、控制中樞還利用u型液柱阻尼器沿著滑軌在平面內(nèi)y向滑動(dòng)，與彈簧、筒式半主動(dòng)阻尼器和箱體共同作用，以控制主結(jié)構(gòu)的y向振動(dòng)，具體步驟如下：

27、u型液柱阻尼器沿滑軌在y方向運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)筒式半主動(dòng)阻尼器和彈簧從而帶動(dòng)活塞桿運(yùn)動(dòng)，引起箱體內(nèi)封閉體積變化，改變箱體內(nèi)液壓與氣壓，壓力反作用給u型液柱阻尼器y向的時(shí)變的控制力，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)調(diào)諧u型液柱阻尼器在y向的恢復(fù)力，即實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)u型液柱阻尼器y向的剛度，從而實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)u型液柱阻尼器y向的振動(dòng)頻率，箱體液體內(nèi)的液壓計(jì)和氣體中的氣壓計(jì)實(shí)時(shí)將箱體內(nèi)的液壓pl(t)與氣壓pg(t)傳輸至控制中樞，控制中樞由此計(jì)算得到u型液柱阻尼器在y向的恢復(fù)力，獲得u型液柱阻尼器y向的實(shí)時(shí)剛度和振動(dòng)頻率；

28、設(shè)于主結(jié)構(gòu)y向上的第一位移計(jì)采集主結(jié)構(gòu)y方向上的位移信號uy(t)，控制中樞通過小波變換得到主結(jié)構(gòu)y方向的振動(dòng)頻率；設(shè)于u型液柱阻尼器和箱體之間的第二位移計(jì)采集u型液柱阻尼器y方向上的位移信號uyc(t)；

29、在保證u型液柱阻尼器內(nèi)液體的體積不變的前提下，若u型液柱阻尼器y向的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率超過主結(jié)構(gòu)y方向振動(dòng)頻率%，控制中樞打開電磁閥，利用泵將位于u型液柱阻尼器y向運(yùn)動(dòng)方向的兩個(gè)箱體內(nèi)的液體泵送至另外兩個(gè)箱體內(nèi)，減小非線性恢復(fù)力從而降低u型液柱阻尼器y方向的振動(dòng)頻率；

30、若u型液柱阻尼器y向的實(shí)時(shí)振動(dòng)頻率低于主結(jié)構(gòu)y方向振動(dòng)頻率%，控制中樞打開電磁閥，利用泵將另外兩個(gè)箱體內(nèi)的液體泵送至位于u型液柱阻尼器y向運(yùn)動(dòng)方向的兩個(gè)箱體內(nèi)，增大非線性恢復(fù)力從而提高u型液柱阻尼器y方向的振動(dòng)頻率；

31、所述的雙向控制的調(diào)諧液柱阻尼器的使用方法，其特征是：步驟s時(shí)，筒式半主動(dòng)阻尼器通過改變電磁鐵的電流實(shí)現(xiàn)自身阻尼的調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)y向振動(dòng)控制部分的阻尼調(diào)節(jié)，具體步驟如下：

32、導(dǎo)體棒與電磁鐵間沿著y向的相對運(yùn)動(dòng)會(huì)由于電磁感應(yīng)效應(yīng)在導(dǎo)體棒內(nèi)產(chǎn)生渦流電使導(dǎo)體棒發(fā)熱，即將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能耗散，

33、由于外界災(zāi)害的復(fù)雜性，為實(shí)現(xiàn)最佳的減振效果，不同時(shí)刻的最優(yōu)阻尼力不同，具體而言：

34、控制中樞接收設(shè)于u型液柱阻尼器和箱體之間的第二位移計(jì)的位移信號uyc(t)，結(jié)合主結(jié)構(gòu)y向位移響應(yīng)信號uy(t)，通過希爾伯特-黃變換得到u型液柱阻尼器和主結(jié)構(gòu)y方向上的運(yùn)動(dòng)相位；

35、當(dāng)u型液柱阻尼器的y向運(yùn)動(dòng)相位與主結(jié)構(gòu)y向運(yùn)動(dòng)相位相同時(shí)（即所述u型液柱阻尼器在y方向的位移方向與主結(jié)構(gòu)在y方向的位移方向相同），增大通電量從而增大u型液柱阻尼器y向阻尼；

36、當(dāng)u型液柱阻尼器的y向運(yùn)動(dòng)相位與主結(jié)構(gòu)y向運(yùn)動(dòng)相位相反時(shí)（即所述u型液柱阻尼器在y方向的位移方向與主結(jié)構(gòu)在y方向的位移方向相反），減小通電量從而減小u型液柱阻尼器y向阻尼；

37、因此，通過所述控制中樞實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁鐵的通電量以改變其磁場強(qiáng)度與電渦流阻尼力，從而提高減振作用。

38、本發(fā)明具有如下有益效果：

39、第一、本發(fā)明調(diào)諧液柱阻尼器能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)雙向振動(dòng)頻率與剛度，同時(shí)控制結(jié)構(gòu)平面內(nèi)的雙向振動(dòng)，相比傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器具有更強(qiáng)的自適應(yīng)性與振動(dòng)控制性能。

40、第二、本發(fā)明調(diào)諧液柱阻尼器能夠?qū)崟r(shí)調(diào)節(jié)自身阻尼，相比傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器具有更好的消能減振性能。

41、第三、本發(fā)明調(diào)諧液柱阻尼器能夠控制平面內(nèi)x向與y向的振動(dòng)，相比傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器能夠提高結(jié)構(gòu)的安全性與舒適性。

42、第四、本發(fā)明調(diào)諧液柱阻尼器能夠?qū)崿F(xiàn)，相比傳統(tǒng)的調(diào)諧液柱阻尼器保證了極端災(zāi)害下的供能穩(wěn)定性。