专利名称：一种消减塔型建筑物涡激振动的方法
技术领域：
本发明涉及建筑消振技术领域，尤其涉及的是一种消减塔型建筑物涡激振动的方法。
背景技术：
流体以一定速度绕过非流线型建筑物时，会产生流动分离，在建筑物两侧形成交替的旋涡脱落，造成建筑物表面的压力分布发生周期性改变，从而形成交变力作用于建筑物，引起建筑物振动，造成建筑结构的疲劳损伤以及常驻工作人员身体不适等。交变力的变化频率与来流速度成正比，与建筑物横向尺度成反比。当交变力频率与建筑物固有频率相近时，会形成共振，对建筑物的安全造成威胁。对于电视塔、电厂冷却塔等圆柱形建筑，和摩天大楼等矩形建筑物，当大风绕过时，风载荷大，振动强烈，需要采取措施消振。工程上解决圆形建筑物涡激振动问题的方法可分为两类:第一类是改变结构本身的振动性质，如增大结构刚度，改变其固有频率以避免共振；设水箱、加配重、设摆锤系统等，以增强阻尼；采用主动和被动控制系统控制结构振动等。第二类是改变结构的流体动力特性，如流线型设计、采用流动分离控制装置、采用旋涡脱落控制方法等，以消除或减弱建筑物下游旋涡的形成，从而消除或减弱涡激振动。现有旋涡脱落控制方法，也可分为两类:I)主动控制,需要外加能量驱动控制装置,如喷气、柱体本身微幅振动、柱体表面加热等,2)被动控制，不需要外加能量驱动，如图1所示的隔离板、肋条等等方法1。现有的被动控制方法中，控制装置都附着在柱体上，或与柱体连接。最近文献记载了一种小控制件方法[2]，也属于被动控制，其控制件与柱体相隔一定距离，两者高度相近，且相互平行放置，控制件可以是圆形截面，也可以是方形或矩形截面，控制件横向尺度远小于圆柱体直径。这种控制件方法也分为两类:a)控制件位于圆柱体上游，b)控制件位于圆柱体下游`。控制件位于上游时，控制件只能放置在圆柱正前方附近，即控制件与柱体正前方的偏差不能大于3°。否则效果不佳。控制件位于下游，目前只有圆形控制件的研究结果。这些结果证明，只有当雷诺数低于150时，才有控制旋涡脱落的效果。而电视塔等建筑物的雷诺数往往达到IO6 IO7量级，不能采用。参考文献:[I]Kumar RA, Sohn CH, Gowda BHL,2008.Passive Control of Vortex-1nducedVibrations:An Overview, Recent Patents on Mechanical Engineering，1:1-11.
[2]Prasad A, williamson CHK，1997.A method for the reduction of bluffbody drag，Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，69—71:155-167.
[3]Strykowski PJ, Sreenivasan KR，1990.0n the formation and suppressionof vortex shedding at low Reynolds numbers， Journal of Fluid Mechanics，218:71-107.
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足提供一种消减塔型建筑物涡激振动的方法。本发明的技术方案如下:一种消减塔型建筑物涡激振动的方法，塔型建筑物的上、下两端设置八对可旋转的支杆和八个布条，上端的八根支杆(2)成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，下端的八根支杆(2)也成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，每一对上下两根支杆⑵位于同一个竖直面内；每一对上、下对应的支杆⑵起着升、降和支撑布条⑶的作用；有风时选择与风向夹角为-45度至+45度之间的一至三根支杆上的布条升起；上端的支杆⑵由电机驱动旋转，支杆上绕牵引绳(6)，牵引绳(6)用于牵引布条(3)升降；每个布条(3)的面与支撑它的支杆所指方向平行；布条平面与塔型建筑物轴线平行；布条宽度为b，塔型建筑物的平均直径为D，布条中心线与塔型建筑物轴线之间的距离为G，布条与电视塔轴线的间距G/D应选择在0.75-1.35之间；布条宽度选择b/D = 0.15-0.25之间。采用本发明的方法，在不改变结构基本形状的前提下，采用简单、易行，而且有效的方法控制制旋涡脱落，达到消减涡激振动的目的。
图1为消减涡激振动的布条及其安装示意图(正视图)，图2为消减润激振动的布条及其安装意图(俯视图)图3为图1中的A-A剖面图；图4为消减涡激振动的布条的升降示意图；图5为布条对旋涡脱落的控制效果；图6为在各种雷诺数情况下能够有效抑制旋涡脱落的布条位置区域(有效区)，布条宽度为b/D = 0.18 ；图7为在各种布条宽度下能够有效抑制旋涡脱落的布条位置区域(有效区)，Re=8X104:图8为三种控制件(小方柱、窄布条、小圆柱，具有相同的尺度比b/D = 0.24)位于圆柱体下游时，圆柱体平均和脉动升、阻力随方位角P的变化；a、对脉动升力系数均方根值的影响山、对脉动阻力系数均方根值的影响；c、对平均阻力系数的影响；d对平均升力系数的影响。I旋转餐厅，2支杆，3布条，4电视塔主体，5固定托盘，6牵引绳；
具体实施例方式以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。如图1-3所示，塔型建筑物本实施例中为电视塔，电视塔主体4的上、下两端设置八对可旋转的支杆和八个布条(条状物)，八根支杆2上均设置布条3及其升降装置，上端的八根支杆2成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，下端的八根支杆2也成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，每一对上下两根支杆2位于同一个竖直面内。每一对上、下对应的支杆2起着升、降和支撑布条3的作用。有风时选择与风向夹角为-45度至+45度之间的一至三根支杆上的布条升起。如图4，上端的支杆2由电机驱动旋转，支杆上绕牵引绳6，牵引绳6用于牵引布条3升降。每个布条3的面与支撑它的支杆所指方向平行。下端的支杆2裹着成卷的布条。当电机开动时，牵引绳6带动布条3升起或落下。对涡激振动起消减作用的是布条，其长度与电视塔主体高度相同，宽度b与电视塔平均直径D的比值b/D由实验确定。布条中心线与电视塔轴线之间的距离G与直径D的比值G/D，由实验确定。电视塔与控制件的空气动力学模型如图3所示，我们进行了实验研究，图5为流动显示实验结果:布条宽度b/D = 0.18，布条与柱体轴线距离G/D = 1.2，雷诺数Re = V00D/V = 104，其中V00为来流速度，D为柱体直径，V为空气运动粘度；a，无布条时的旋涡强烈；b，布条与来流夹角30度，无旋涡；c，布条与来流夹角45度，无旋涡；d，布条与来流夹角55度，无旋涡；表明当没有布条时旋涡脱落强烈，而当放置布条于一个有效区内时，可以抑制旋涡脱落的产生。图6是实验得到的宽度为b/D = 0.18的布条在不同雷诺数下的有效区。图7是实验得到的不同宽度布条的有效区。图8是布条和其他控制件(间距G固定，位置角3变化时)抑制脉动和时均气动力的效果比较；可以看出，窄布条的抑制效果最佳。根据以上实验，确定:1)布条平面与电视塔轴线平行；2)当有风时，每次仅悬挂一个布条，该悬挂布条表面与来流夹角应在+45度或-45度附近，如:当吹正南风时，要悬挂西北方向的布条3 (布条平面与来流成45度夹角)或东北方向的布条3(布条平面与来流成-45度夹角)，或同时悬挂这两个布条3 ;当北风吹时，悬挂东南(与来流成45度夹角)或西南方向(与来流成-45度夹角)的布条3;3)同时悬挂三个布条3,效果更佳,如北风时，可悬挂南(与来流成0度夹角)、东南(与来流成45度夹角)、西南(与来流成-45度夹角)三个布条3，其中与来流成0度夹角的布条本身对减少涡激振动没有贡献，但是它起着稳定抑制振动效果的作用，当风向有变化，但变化范围在-45度至+45度之内时，可不用更换所悬挂的布条，同样有抑制振动的效果，省去布条升降操作的麻烦而且避免了布条更换升降期间抑制失效的风险；4)布条与电视塔轴线的间距G/D应选择在0.75-1.35之间；5)布条宽度选择b/D = 0.15-0.25之间。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种消减塔型建筑物涡激振动的方法，其特征在于，塔型建筑物的上、下两端设置八对可旋转的支杆和八个布条，上端的八根支杆(2)成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，下端的八根支杆(2)也成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，每一对上下两根支杆⑵位于同一个竖直面内；每一对上、下对应的支杆⑵起着升、降和支撑布条(3)的作用；有风时选择与风向夹角为-45度至+45度之间的一至三根支杆上的布条升起；上端的支杆(2)由电机驱动旋转，支杆上绕牵引绳￠)，牵引绳(6)用于牵引布条(3)升降；每个布条(3)的面与支撑它的支杆所指方向平行；布条平面与塔型建筑物轴线平行； 布条宽度为b，塔型建筑物的平均直径为D，布条中心线与塔型建筑物轴线之间的距离为G，布条与电视塔轴线的间距G/D应选择在0.75-1.35之间；布条宽度选择b/D = 0.15-0.25之间。
全文摘要
本发明公开了一种消减塔型建筑物涡激振动的方法，塔型建筑物的上、下两端设置八对可旋转的支杆和八个布条，上端的八根支杆(2)成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，下端的八根支杆(2)也成米字型布置，即相邻两支杆之间的夹角为45度，每一对上下两根支杆(2)位于同一个竖直面内；有风时选择与风向夹角为-45度至+45度之间的一至三根支杆上的布条升起；采用本发明的方法，在不改变结构基本形状的前提下，采用简单、易行，而且有效的方法控制制旋涡脱落，达到消减涡激振动的目的。
文档编号E04B1/98GK103114659SQ20131005160
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月29日 优先权日2013年1月29日
发明者邵传平 申请人:中国计量学院