CN103452202A - 悬挂式防振结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及建筑物及其内部设施防振（震），尤其是属于一种悬挂式防振结构。本发明所采取的技术方案是：它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。本发明的有益效果在于：1、完全无磨损、无污染，可长期使用；2、完全无机械摩擦，功耗小、噪声低、效率高，不需润滑和密封；3、电磁力可控可调，可保证子结构处于平衡状态，不会发生振动，且便于振动的主动控制；4、悬浮体的全部运动特性可由位置传感器获得，便于实现运行状态诊断和监测。

Description

悬挂式防振结构

 

技术领域

本发明涉及建筑物及其内部设施防振（震），尤其是属于一种悬挂式防振结构。

背景技术

工程振动可分为有害振动和无害振动两种。控制工程的受迫振动（如房屋结构、仪器设备等由风作用、地震作用以及其它外力激励产生的振动）和隔绝振动（如机械设备运行产生的振动）对外界的不利影响始终是工程技术研究的热点。现有房屋建筑的夹层橡胶垫隔震技术仅能部分消除地震、风以及可能的其他振动对建筑物及其内部设施的影响，现有的橡胶垫、空气垫隔振技术也无法彻底消除机械设备振动对周边环境造成的困扰。而在高层或超高层建筑领域，不仅风、地震作用的不利影响更为严重，而且上述减、隔振（震）技术运用也因技术限制很难实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种悬挂式防振结构，使得人们可以杜绝振动危害，达到防治地震、风振、机械振动的目的。

本发明所采取的技术方案是：它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。

本发明的具体原理和方法是：在工程结构内制一个或若干个子结构，子结构悬挂在工程结构上，在悬挂点工程结构、子结构对应位置设置磁体（包括永磁体、电磁体），利用磁性材料同性相斥、异性相吸的原理，将子结构悬浮，脱离工程结构，从而保证了外界作用（地震、风、振动）仅作用于工程结构而无法传递至子结构；同样，发生在子结构内的机械设备振动亦无法传递出子结构。使用永磁体，可使上述悬浮机构永久悬浮，达到时刻保护的要求；使用电磁体，则可在需要时刻实现子结构悬浮，利用振动传感器控制电源，设定振动控制阀值，适时启动电源，实现悬浮隔振。

本发明的有益效果在于：1、由于磁悬浮技术具有不存在机械接触的特点，因此它可以保证做到：（1）完全无磨损、无污染，可长期使用；（2）完全无机械摩擦，功耗小、噪声低、效率高，不需润滑和密封；（3）电磁力可控可调，可保证子结构处于平衡状态，不会发生振动，且便于振动的主动控制；（4）悬浮体的全部运动特性可由位移传感器获得，便于实现运行状态诊断和监测。2、工程内部的子结构完全隔绝了振动影响，子结构安全、舒适。3、子结构不因地震作用产生惯性力，工程结构所受地震力也大为减小，结构安全度提高。4、本发明可以很方便的进行检验和换修。5、采用悬挂式子结构，重心低，结构稳定，便于控制。

附图说明

图1为本发明斥力型悬浮结构原理图

图2为本发明斥力型多子结构悬浮结构原理图

图3为本发明斥力型悬浮结构实施例2原理图

图4为本发明吸力型悬浮结构原理图

图5为本发明吸力型多子结构悬浮结构原理图

图6为本发明采用永磁体时悬浮结构原理图

其中：1、工程结构   11、结构梁或板   2、子结构   21、顶部   3、磁体   31、连接件    4、子结构磁体   41、连接杆  5、地面   61、振动传感器   62、信号接受装置   7、子结构感应装置   8、电源控制装置   9、位移传感器   10、限位电磁装置。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明

如图1--图6所示，本发明它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。

本发明中所述的工程结构（1）是指单层、多层、高层或超高层建筑，工业建筑，公共建筑，大跨度空间结构，高耸塔架，海洋平台，核电站结构，特种结构。

本发明中所述的子结构（2）是指在工程结构（1）内部，且与工程结构（1）之间存有间隙的独立的建筑结构单元或置放仪器设备的结构单元。

本发明中所述的若干个子结构（2）是指一个、二个、三个或三个以上的子结构（2）。

本发明中当所述的子结构磁体（4）和磁体（3）为电磁体时，所述的控制装置是指电源控制装置（8）分别与磁体（3）、子结构磁体（4）、振动传感器（61）、信号接受装置（62）、子结构感应装置（7）、位移传感器（9）相连，所述的位移传感器（9）与磁体（3）和子结构磁体（4）相连；以及子结构（2）的周边设置的若干个限位电磁装置（10）。

所述的限位电磁装置（10）由限位位移传感器、限位电源和限位电磁体组成，并以限位位移传感器感知工程结构（1）和子结构（2）之间间距，适时调节电流，控制两者间间隙，避免两者碰撞。

本发明中所述的电磁体是指常导电磁体或超导电磁体。

本发明中当所述的子结构磁体（4）和磁体（3）为永磁体时，本发明中所述的控制装置是指限位电磁装置（10）。

以下结合实施例对本发明的技术应用设想和前景作一描述，该描述有助于对本发明全面的了解。

实施例1：如图1所示为本发明斥力型悬浮结构原理图。

本实施例中子结构磁体（4）和磁体（3）采用电磁体，它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。其中，所述的子结构磁体（4）是通过穿过结构梁或板（11）的连接杆（41）与子结构（2）的顶部（21）相连，并放置于磁体（3）的上方；所述的磁体（3）是制作在结构梁或板（11）的上方；并且子结构磁体（4）和磁体（3）在通电时其相对面的电磁极性相同。本实施例中所述的控制装置是指电源控制装置（8）分别与磁体（3）、子结构磁体（4）、振动传感器（61）、信号接受装置（62）、子结构感应装置（7）、位移传感器（9）相连，所述的位移传感器（9）与磁体（3）和子结构磁体（4）相连；以及子结构（2）的周边设置的若干个限位电磁装置（10）。

本发明的原理是，当子结构磁体（4）、磁体（3）未通电时，子结构磁体（4）搁置于磁体（3）上，通电时同性相对的子结构磁体（4）、磁体（3）之间产生斥力，子结构磁体（4）、磁体（3）之间产生间隙，则子结构2和工程结构1之间即隔绝了振动。

在该实施例中，设置于子结构2内的振动传感器7在子结构内部机械振动超阀值时打开电源控制装置8，从而实现悬浮隔振；设置于工程结构1外的振动传感器61在工程结构受外力激励如地震、风作用时打开电源控制装置8，从而实现悬浮隔振；设置于工程结构1外的信号接受装置62可以接受远程地震预警信号而启动电源控制装置8，从而实现悬浮隔震。

在该实施例中，通过设置位移传感器9来精确控制子结构磁体（4）、磁体（3）之间的间隙，达到实时控制电流，确保间隙大小满足隔振要求，同时节约电能。通过设置限位电磁装置10来控制子结构2与工程结构1的间隙，使两者避免碰撞。

如图2所示为本发明斥力型多子结构悬浮结构原理图。

工程结构1中可以根据需要设置多个子结构2，每一个子结构2均采用实施例1中悬挂式防振结构设计，从而实现悬浮隔振。因地震时子结构2悬浮，该部分质量不产生水平力，因此，工程结构1主体所受的地震力大为减小，工程结构也将比传统抗震设计更经济更安全。

实施例2：如图3所示为本发明斥力型悬浮结构另一实施例原理图。

本实施例中子结构磁体（4）和磁体（3）采用电磁体，它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。其中，子结构磁体（4）是通过连接杆（41）与子结构（2）的顶部（21）相连，并放置于磁体（3）上方，所述的磁体（3）是通过连接件（31）与结构梁或板（11）的下方相连；并且子结构磁体（4）和磁体（3）在通电时其相对面的电磁极性相同。本实施例中的其他部分与实施例1相同。

实施例3、如图4所示为本发明吸力型悬浮结构原理图。

本实施例中子结构磁体（4）和磁体（3）采用电磁体，它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。其中，子结构磁体（4）是直接制作在子结构（2）的顶部（21），并置于磁体（3）的下方，所述的磁体（3）也是直接制作在结构梁或板（11）下方；并且子结构磁体（4）和磁体（3）在通电时其相对面的电磁极性相反。本实施例中的其他部分与实施例1相同。

如图5所示为本发明吸力型多子结构悬浮结构原理图。

工程结构1中可以根据需要设置多个子结构2，每一个子结构2均采用实施例3中悬挂式防振结构设计，从而实现悬浮隔振。因地震时子结构2悬浮，该部分质量不产生水平力，因此，工程结构1主体所受的地震力大为减小，工程结构也将比传统抗震设计更经济更安全。

实施例4、如图6所示为本发明采用永磁体时悬浮结构原理图

本实施例中子结构磁体（4）和磁体（3）采用永磁体，它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。其中，子结构磁体（4）是通过穿过结构梁或板（11）的连接杆（41）与子结构（2）的顶部（21）相连，并放置于磁体（3）的上方；所述的磁体（3）是制作在结构梁或板（11）的上方；并且子结构磁体（4）和磁体（3）其相对面的电磁极性相同。本实施例中所述的控制装置是指限位电磁装置（10）。

悬挂式防振结构在工程结构领域中的技术应用前景：磁悬浮技术特别是振动的主动控制技术发展到今天，已成为集控制、电磁振动等科学于一身的科学技术高度密集型机电一体化智能型技术，有着广泛的应用范围和发展前景，悬挂式防振结构是磁悬浮技术在土木工程领域中突破性运用，可涵盖包括一般房屋建筑、多层、高层和超高层建筑、工业建筑、公共建筑、大跨度空间结构、高耸塔架、海洋平台、核电站结构及各种重要结构或特种结构、重要设备仪器等几乎一切工程。随着能使电磁力大大提高的超导材料的突破性进展，必将给磁悬浮技术带来更大的发展。

Claims (11)

1.一种悬挂式防振结构，其特征在于：它是指在工程结构（1）内制有若干个子结构（2），在子结构（2）的顶部（21）上方制有子结构磁体（4），在子结构磁体（4）对应的工程结构（1）的结构梁或板（11）的上方或下方制有磁体（3）；并且在工程结构（1）与子结构（2）之间制有控制装置。

2.根据权利要求1所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的工程结构（1）是指单层、多层、高层或超高层建筑，工业建筑，公共建筑，大跨度空间结构，高耸塔架，海洋平台，核电站结构，特种结构。

3.根据权利要求1所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的子结构（2）是指在工程结构（1）内部，且与工程结构（1）之间存有间隙的独立的建筑结构单元或置放仪器设备的结构单元。

4.根据权利要求1所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的若干个子结构（2）是指一个、二个、三个或三个以上的子结构（2）。

5.根据权利要求1所述的悬挂式防振结构，其特征在于：当所述的子结构磁体（4）和磁体（3）为电磁体时，所述的控制装置是指电源控制装置（8）分别与磁体（3）、子结构磁体（4）、振动传感器（61）、信号接受装置（62）、子结构感应装置（7）、位移传感器（9）相连，所述的位移传感器（9）与磁体（3）和子结构磁体（4）相连；以及子结构（2）的周边设置的若干个限位电磁装置（10）。

6.根据权利要求5所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的电磁体是指常导电磁体或超导电磁体。

7.根据权利要求5所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的子结构磁体（4）是通过穿过结构梁或板（11）的连接杆（41）与子结构（2）的顶部（21）相连，并放置于磁体（3）的上方；所述的磁体（3）是制作在结构梁或板（11）的上方；并且子结构磁体（4）和磁体（3）在通电时其相对面的电磁极性相同。

8.根据权利要求5所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的子结构磁体（4）是通过连接杆（41）与子结构（2）的顶部（21）相连，并放置于磁体（3）上方，所述的磁体（3）是通过连接件（31）与结构梁或板（11）的下方相连；并且子结构磁体（4）和磁体（3）在通电时其相对面的电磁极性相同。

9.根据权利要求5所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的子结构磁体（4）是直接制作在子结构（2）的顶部（21），并置于磁体（3）的下方，所述的磁体（3）也是直接制作在结构梁或板（11）下方；并且子结构磁体（4）和磁体（3）在通电时其相对面的电磁极性相反。

10.根据权利要求1所述的悬挂式防振结构，其特征在于：当所述的子结构磁体（4）和磁体（3）为永磁体时，所述的控制装置是指子结构（2）的周边设置的若干个限位电磁装置（10）。

11.根据权利要求10所述的悬挂式防振结构，其特征在于：所述的子结构磁体（4）是通过穿过结构梁或板（11）的连接杆（41）与子结构（2）的顶部（21）相连，并放置于磁体（3）的上方；所述的磁体（3）是制作在结构梁或板（11）的上方；并且子结构磁体（4）和磁体（3）相对面的电磁极性相同。

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