风阻尼器:抵御强风不晃动的秘诀
作为一名资深科普小编,当被问到风阻尼器时,我的内心只有一个念头:见识太少啦,还是我来科普科普吧!
(上文参考:简介)
什么风阻尼器?
风阻尼器,顾名思义,就是抵御风力的装置。它就像一位钢铁巨臂,默默地矗立在摩天大楼的高层位置,时刻准备着与狂风战斗。它的内部藏着一个数百吨重的混凝土块,四边用弹簧连接。一旦建筑物受到风力的冲击,摆动时会将能量传递给阻尼器,阻尼器会利用弹簧产生相反的摆动,从而抵消建筑物的晃动。
风阻尼器如何工作?
(上文参考:【风阻尼器(Wind Damper)是一种】,【风阻尼器,顾名思义,是用来抵御】,【风阻尼器,顾名思义,是用来抵御风力的一种装置】)
风阻尼器的工作原理,可以用一句物理术语来解释:共振。
共振,就是当作用在物体上的频率与物体固有频率相平时,物体振动幅度最大的现象。打个比方,如果你让一个小朋友坐秋千,一开始你轻轻推她,她只会在一个很小的幅度内晃动。但是,如果你不断地推她,并且每次推的频率都跟秋千的固有频率相同,那么秋千就会越来越高。
建筑物也是一样的,当风力作用在建筑物上的频率与建筑物的固有频率相建筑物就会发生共振,产生巨大的晃动。风阻尼器就是利用这个原理来减振的。当建筑物共振时,风阻尼器会产生与建筑物相反的晃动,从而抵消建筑物的振动幅度。
不同类型的风阻尼器
(上文参考:【风阻尼器,顾名思义,是用来抵御风力的一种装置】)
风阻尼器有很多种类型,最常见的三种分别是:
1. 调谐质块阻尼器(TMD)(详见上文参考:简介)
2. 粘性阻尼器
3. 质量阻尼器
调谐质块阻尼器(TMD)是我们前面讲到的那种,里面有一个混凝土块,通过弹簧悬挂起来。粘性阻尼器是在建筑物内部安装一个充有液体或气体的容器,当建筑物受到风力作用而晃动时,容器内的液体或气体就会流向相反的方向,产生阻尼效应。质量阻尼器则是直接在建筑物顶端或者高层加装一个重物,增加建筑物的质量,使共振频率降低,避免与风力作用频率产生共振。
摩天大楼的“定海神针”
(詳見上文參考:【大樓晃動與風速】,【台風來襲,對於上海中信大廈這種就像一根根筷子一樣插在地上“反重力建築”來說,如果面對強勁的颱風】,【實地看台灣101大廈風阻尼器長什麼樣?如何抵禦強風不晃動的】)
在摩天大楼的建设中,风阻尼器就像一颗“定海神针”,保证着大楼在狂风巨浪中的岿然不动。没有风阻尼器的保护,高楼大厦在强风面前就像风中的一根芦苇,随时可能被吹得摇摇欲坠。
以世界闻名的台北101大楼为例,它的内部就安装着调谐质块阻尼器。这个阻尼器的重量相当于2000辆小汽车,安装在87~92层楼之间。当强风袭来时,这个巨型“摆锤”就会在风阻尼器的作用下产生与建筑物相反的摆动,从而抵消建筑物的晃动。
未来的风阻尼器
(上文参考:【综述人類建造】)
随着人类建筑技术的不断进步,风阻尼器也在不断发展和创新。未来的风阻尼器将朝着更轻、更灵活的方向发展。
一种正在研究中的新型风阻尼器是电磁阻尼器。这种阻尼器不使用机械结构,而是利用电磁铁和磁流变流体来产生阻尼效应。电磁阻尼器的优点是可以根据风力的变化实时调整阻尼参数,实现更有效的减振效果。
另一种未来的风阻尼器是智能风阻尼器。这种阻尼器内置传感器,可以实时监测建筑物的晃动和风力状况,并根据收集到的数据自动调整阻尼器的工作参数。智能风阻尼器可以更好地适应不同强度的风力,提高减振效率。
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