CN107816134B - 一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座 - Google Patents
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Abstract
一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座，属于隔震技术领域，本发明为了解决传统隔震体系具有自复位能力差，大震时变形明显、冲击性强，抗侧移效果差，受其他能源(如电能)限制较大的问题。上支撑平台的底端与上层永磁体相连接，上层永磁体与杆式阻尼器滚动连接，杆式阻尼器的底端与下层永磁体相连接，所述下层永磁体安装在底部弹性层上，且与上层永磁体同极对正。本发明的一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座悬浮力大，耗能能力强，磨损小，自复位性能好，采用永磁装置，无需考虑对电能等其他能源的依赖性。
Description
技术领域
本发明涉及一种隔震支座，具体涉及一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座，属于隔震技术领域。
背景技术
隔震技术是一类正在研究中逐步成熟的工程结构减震控制技术，它在上部结构与下部基础或支承之间设置某种隔震装置，把上部结构同下部基础或支承隔离开来，以此来消耗地震能量，避免或减少地震能量向上部传输，能够更有效地保障上部结构与内部人员、设备的安全。由于构造成本低、可靠性高、原理简单、易于实施、隔震效果好，适用于结构减震、特别是高烈度地区重要建筑和桥梁减震，是工程结构减震控制实践应用最广泛的技术之一。目前我国有3000多栋房屋、100多座桥梁应用了隔震技术。
电磁悬浮隔震是一种新型的主动式隔震方法,它在震源与结构体之间用主动控制的磁场来支撑,使得震源与结构体之间完全脱离机械接触,达到隔绝震动的目的。磁悬浮隔震技术已成功的运用于航天、航海、铁路运输、风能发电等领域,但在土木工程界尚未见运用。
经过近40年的发展，形成了以摩擦摆隔震、滑移摩擦隔震、叠层橡胶隔震、滚珠及滚轴隔震、电磁悬浮等为代表的隔震体系。尽管隔震技术易于实施、隔震效果好，但目前仍存在一些不足，主要表现在：1、摩擦摆隔震体系易引起结构附加震动，且并不能完全自动复位； 2、滑移摩擦隔震体系由于没有自复位能力，在大震时可能产生过大的位移，并且长期静止难以保证支座的摩擦系数；3、叠层橡胶隔震体系会放大地震波中长周期成分，在配置限位装置条件下承受地震作用“ 硬”冲击，而且其自身材料的长期稳定性能也存在问题；4、滚珠及滚轴隔震体系是一种较为理想的隔震系统，但结构在震动过程中会产生较大的侧移；5、电磁悬浮隔震体系在一定程度上受电力资源影响较大，而在大震时极易发生断电等情况，导致电磁系统紊乱情况的发生。
综上可见，传统隔震体系具有自复位能力差，大震时变形明显、冲击性强，抗侧移效果差，受其他能源如电能等限制较大等问题，亟待解决。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座，以解决传统隔震体系具有自复位能力差，大震时变形明显、 冲击性强，抗侧移效果差，受其他能源如电能限制较大的问题。
所述一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座包括上支撑平台、上层永磁体、下层永磁体、杆式阻尼器和底部弹性层；
所述上支撑平台的底端与上层永磁体相连接，上层永磁体与杆式阻尼器滚动连接，杆式阻尼器的底端与下层永磁体相连接，所述下层永磁体安装在底部弹性层上，且与上层永磁体同极对正。
优选的：所述杆式阻尼器的顶端安装有橡胶垫片以限制上层永磁体的位置。
优选的：所述上层永磁体的内壁上开有环形凹槽轨道，环形凹槽轨道中安装有摩擦阻尼球，上层永磁体通过摩擦阻尼球与杆式阻尼器滚动连接。
优选的：所述下层永磁体为实心圆盘式钕铁硼永磁体。
优选的：所述上层永磁体为圆环式钕铁硼永磁体。
优选的：所述摩擦阻尼球的数量为8个。
优选的：所述的摩擦阻尼球的外表面敷设有高摩擦系数的材料层和组分层。
优选的：所述上层永磁体和下层永磁体均为最大磁能积大于10且抗氧化和抗腐蚀的烧结钕铁硼永磁体。
优选的：所述底部弹性层为橡胶垫层。
本发明与现有产品相比具有以下效果：
1.隔震能力强：由于上、下两层永磁体均采用钕铁硼等磁能积很大的材料，能提供较大的悬浮力，创造有效隔震层空间，使上层平台与底部支座不接触，隔震效果好；
2.冲击作用小：阻尼器顶端橡胶垫既可以在上部支撑平台晃动过程中接触到阻尼器时产生缓冲作用，又保证在装置上下晃动过程中，上层永磁铁不会脱离杆式阻尼器的限制，同时底层橡胶垫层也为整个装置提供了缓冲作用；
3.耗能能力强：本装置采用阻尼球和阻尼器双向耗能机制，阻尼球通过与上层永磁体及杆式阻尼器的摩擦作用，消耗能量，而阻尼器在上部支撑平台落到阻尼器平面时发挥作用，开始耗能；
4.自复位能力强：上、下层永磁体相互作用，支座具有自复位能力，突破传统平面滑移系统不能自动复位的限制，同时，阻尼球的耗能，保证了永磁体之间的相对稳定；
5.抗拉性能良好：上、下层磁体相互作用使得支座具有足够的抗拉性能。
6.本支座内采用永磁体隔震装置，解决了现有电磁隔震支座对电力能源的依赖性问题。
附图说明
图1是本发明所述的一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座的结构示意图；
图2是图1的A-A剖视图。
图中：1-上支撑平台、2-上层永磁体、3-下层永磁体、4-杆式阻尼器、5-橡胶垫片、6-摩擦阻尼球、7-底部弹性层。
具体实施方式
下面根据附图详细阐述本发明优选的实施方式。
如图1和图2所示，本发明所述的一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座包括上支撑平台1、上层永磁体2、下层永磁体3、杆式阻尼器4、橡胶垫片5、摩擦阻尼球6和底部弹性层7；
所述上支撑平台1的底端与上层永磁体2相连接，上层永磁体2通过多个摩擦阻尼球6套在杆式阻尼器4的外壁上，杆式阻尼器4的底端与下层永磁体3相连接，杆式阻尼器4的顶端安装有橡胶垫片5以限制上层永磁体2的位置；所述下层永磁体3安装在底部弹性层7上，且与上层永磁体2同极对正。
进一步：上支撑平台1由四根圆柱和一个平台搭接而成，圆柱底端与上层永磁体2的上端面固定连接，下层永磁体3镶嵌在底部弹性层7上，以增大受力面积，上层永磁体2通过与下层永磁体3之间的相互作用力停落在杆式阻尼器4的上半高度处。
进一步：所述上层永磁体2为圆环式钕铁硼永磁体，其内径与杆式阻尼器4的外径相配合，可环套在杆式阻尼器4上。
进一步：所述下层永磁体3为实心圆盘式钕铁硼永磁体。
进一步：所述上层永磁体2的内壁上开有环形凹槽轨道，摩擦阻尼球6安装在环形凹槽轨道中，上层永磁体2通过摩擦阻尼球6与杆式阻尼器4转动连接。
进一步：所述摩擦阻尼球6的数量为8个。
进一步：所述的摩擦阻尼球6的外表面敷设有高摩擦系数的材料层和组分层，球形颗粒的粒径根据支座设计中上层永磁体2的重力和隔震频率要求设定，材料层和组分层优选为聚丙烯酸酯、聚氨酯、环氧树脂、丁基橡胶及丁腈橡胶等高分子阻尼材料。
进一步：所述上层永磁体2和下层永磁体3优选采用烧结钕铁硼、钐钴或铝镍钴材料，需满足最大磁能积大于10、抗氧化和腐蚀性能好的条件，其尺寸应满足支座承载力上限的要求，磁极同极相对而置。
进一步：所述底部弹性层7为橡胶垫层。
现将本发明提供的基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座使用方法阐述如下：
本发明提供的基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座主要用于竖向隔震，特别适用于保护文物及易碎结构底部通过隔离地震动提高结构的稳定性，保证内部物品的安全性。当地震来临时，该永磁阻尼隔震支座会有限感受到震感发生震动，当震动方向向上时，下层永磁体随橡胶底座向上运动，上、下层永磁铁间距离缩短，磁力增大，使上层永磁体连带上支承平台产生向上运动的趋势，同时上层永磁铁内轨中的摩擦阻尼球通过与磁铁和杆式阻尼器外表面的摩擦耗能，根据能量守恒原理，永磁阻尼隔震支座震动产生的动能转化成了摩擦阻尼球与上层永磁铁及杆式阻尼器间摩擦产生的热能，从而使传到上层结构中的震感变弱，达到了减隔震的效果；此时阻尼器顶部橡胶垫层起到约束上层永磁铁，保证其不会脱离杆式阻尼器提供的轨道，避免出现滑脱以致磁极不相对，磁力紊乱的现象。当震动方向向下时，下层永磁体随橡胶底座向下运动，上、下层永磁铁间距离拉大，磁力减弱小于上层永磁铁重力，使上层永磁体连带上支承平台产生向下运动的趋势，此时摩擦阻尼球依旧起到摩擦耗能的作用，当上支承平台下降到一定高度时，与橡胶垫层接触，向杆式阻尼器传力，此时发挥阻尼器的双重耗能作用，使隔震效果更加明显；此时橡胶垫层起到传力以及缓冲的作用。
本发明提供的基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座，可以以并联的方式运用，即在一个需保护结构下，视力大小同时设置多个支座。
本发明中阐述的震动，其震动原因不仅仅受限于地震产生，还可以是但不限于风等自然外力、外力冲击或内部工程结构的相互作用。
本实施方式只是对本专利的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本专利的精神实质，都在本专利的保护范围内。
Claims (1)
1.一种基于杆式阻尼器的永磁体磁悬浮隔震支座，其特征在于：包括上支撑平台(1)、上层永磁体(2)、下层永磁体(3)、杆式阻尼器(4)和底部弹性层(7)；
所述上支撑平台(1)的底端与上层永磁体(2)相连接，上层永磁体(2)与杆式阻尼器(4)滚动连接，杆式阻尼器(4)的底端与下层永磁体(3)相连接，所述下层永磁体(3)安装在底部弹性层(7)上，且与上层永磁体(2)同极对正；
所述杆式阻尼器(4)的顶端安装有橡胶垫片(5)以限制上层永磁体(2)的位置；
所述上层永磁体(2)的内壁上开有环形凹槽轨道，环形凹槽轨道中安装有摩擦阻尼球(6)，上层永磁体(2)通过摩擦阻尼球(6)与杆式阻尼器(4)滚动连接；
所述下层永磁体(3)为实心圆盘式钕铁硼永磁体；
所述上层永磁体(2)为圆环式钕铁硼永磁体；
所述摩擦阻尼球(6)的数量为8个；
所述的摩擦阻尼球(6)的外表面敷设有高摩擦系数的材料层和组分层；
所述上层永磁体(2)和下层永磁体(3)均为最大磁能积大于10且抗氧化和抗腐蚀的烧结钕铁硼永磁体；
所述底部弹性层(7)为橡胶垫层。
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