CN114110292B - 一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，属于建筑机电的振动控制领域。一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，包括承重吊杆、减振吊杆、承重横梁、弹簧元件、支撑管、导磁板、纤维增强复合材料板、导体管和永磁体。所述承重吊杆与承重横梁、建筑主体结构固接。减振吊杆、弹簧元件、支撑管、导磁板、导体管和永磁体构成的减振系统可通过调节减振吊杆与主体结构及支撑管连接方式、减振系统的刚度系数、电涡流阻尼系数和质量实现电涡流阻尼减振方式，形成多种减振方式于一体，提高特定抗振需求下的性能，抑制整体结构不良振动，同时构件所采用纤维增强复合材料可增强其耐久性，减小构件重量并加速安装进程。

Description

一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架

技术领域

本发明涉及于建筑机电的振动控制领域，尤其涉及用于电缆桥架、管道等的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，主要用于提高建筑机电工程抗震能力。

背景技术

现有抗震支吊架为限制非结构构件振动响应起到了关键作用，但仍存在以下问题：

在满足抗侧力需求情况下，往往需要较密的抗震支吊架布置间距，且斜撑需占据过大额外的安装空间，同时抗震支吊架截面尺寸主要受长细比控制，材料强度特性难以充分发挥，材料性能利用率较低；

管道及电缆桥架等自身非结构构件及连接部位在加入抗震支撑后，未进行充分的抗震核算，抗震支撑的加入虽能有效的减小非结构构件的整体振动响应，但改变了原有结构体系的振动模态，往往造成结构局部刚度突变，引起非结构构件自身破坏；

在盐雾、湿度较大环境中原先钢制构件易出现腐蚀、导电现象。

为了解决以上问题，需根据实际工作工况需采用阻尼、刚度可调节的混合型减振装置，同时考虑到减振装置的耐久性和经济性需求，本发明提出了一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，通过改变内置刚度系统、阻尼系统和重量系统的参数，实现电涡流阻尼减振方式、调谐质量阻尼减振方式及隔振间转换，以此根据实际需求，降低整体非结构构件振动响应，避免局部刚度突变引起的非构件自身破坏。

发明内容

本发明的目的在于：提出一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架。通过调节内置刚度系统、阻尼系统和重量系统参数，实现多种振动控制形式于一体的承重、减振支吊架，从而实现承重的同时减小所承载电缆桥架、管道等非结构构件振动响应，避免非结构构件间、非结构与主体结构间碰撞，及非结构构件自身破坏。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

本发明是一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，主要组成构件包括承重吊杆、减振吊杆、承重组件、弹簧元件、支撑管、导磁板、纤维增强复合材料板、导体管组件、永磁体、传动组件以及调节组件。

作为上述技术方案的进一步描述：

减振吊杆和弹簧元件构成刚度系统。

作为上述技术方案的进一步描述：

导磁板、导体管组件和永磁体构成阻尼系统。

作为上述技术方案的进一步描述：

导磁板固定于支撑管内侧。

作为上述技术方案的进一步描述：

承重吊杆、减振吊杆、承重组件、支撑管均采用纤维增强复合材料，减小构件自身重量、加速安装进程，并增强其耐久特性，避免环境盐雾、湿气影响，其截面形式通常采用螺纹杆或槽型。

作为上述技术方案的进一步描述：

承重吊杆与承重组件及主体结构间，采用螺栓或焊接固定连接。

作为上述技术方案的进一步描述：

减振吊杆可穿过腰槽与支撑管连接，其连接方式可在销接和固定连结中转换。

作为上述技术方案的进一步描述：

纤维增强复合材料板、导体管组件从上至下依次置于承重组件之上，上导体管、下导体管与导磁板和永磁体形成磁场闭环，纤维增强复合材料板用于隔绝磁场和传热。

作为上述技术方案的进一步描述：

承重吊杆、减振吊杆、上导体管、下导体管、支撑管的截面形式和尺寸无需固定，但需保证在极限工作状态下仍处于弹性工作状态。

综上，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明可以实现多种电涡流阻尼减振、调谐质量阻尼减振、隔振方式于一体，再通过调节组件，即可简便调节减振方式。

2、本发明改变了原有抗震支吊架所采用斜撑抗震导致占用额外使用空间问题，提升空间利用率。

3、本发明所采用纤维增强复合材料构件，具有轻质、高强、耐腐、耐久等优点，纤维增强复合材料板可有效避免所承载电缆与周边环境的电磁干扰及热传导。

4、本发明可以改善以往因抗震支吊架的增设，所导致的非结构构件自身刚度突变，从而过早破坏的问题。

5、本发明可有效的减小非结构构件振动响应，避免非结构构件间或与主体结构间相互碰撞。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例提供的可调节混合式减振支吊架示意图；

图2示出了根据本发明实施例提供的承重横梁剖视图；

图3示出了根据本发明实施例提供的图2中的A处局部放大图；

图4示出了根据本发明实施例提供的导体管组件示意图；

图5示出了根据本发明实施例提供的导体管组件部分结构示意图；

图6示出了根据本发明实施例提供的导体管组件电性连接示意图。

图例说明：1、承重吊杆；2、减振吊杆；3、承重组件；301、承重横梁；302、腰槽；303、电磁铁；304、磁吸部；4、弹簧元件；5、支撑管；6、导磁板；7、纤维增强复合材料板；8、导体管组件；801、上导体管；802、安装板；803、下导体管；804、伸缩杆；9、永磁体；10、传动组件；1001、动力杆；1002、从动齿轮；1003、顶杆；1004、楔形部；11、调节组件；1101、一号竖杆；1102、驱动齿轮；1103、二号竖杆；1104、气箱；1105、气腔；1106、活塞；1107、出气口；1108、气管；1109、密闭管；1110、进气口；1111、受力活塞；1112、推杆；12、导电片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1-图6，本发明提供三种技术方案：

一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，承重吊杆1、减振吊杆2、承重组件3、弹簧元件4、支撑管5、导磁板6、纤维增强复合材料板7、导体管组件8、永磁体9、传动组件10、调节组件11和导电片12；导磁板6、导体管组件8、永磁体9形成磁路闭环，通过切割磁感性可形成磁流变阻尼器；承重吊杆1通过焊接或螺栓连接于承重组件3，构成刚接；导磁板6固定于支撑管5内侧；承重吊杆1、减振吊杆2、承重组件3、支撑管5采用纤维增强复合材料增强其耐久性，避免环境盐雾、湿气影响；纤维增强复合材料板7覆于导体管组件8之上，用于隔绝电磁干扰及热传递。

实施例一，实现本发明的第一种方案：

进一步，当处于平稳随即激励环境中时，去除安装板802、传动组件10和调节组件11，并使得上导体管801与下导体管803合并为一组导体管，使导磁板6、导体管和永磁体9组成电涡流阻尼系统，减振吊杆2和弹簧元件4组成刚度系统，减振吊杆2、支撑管5、导磁板6和永磁体9自重组成的重量系统构成调谐质量阻尼装置，导体管与电磁铁303形成闭合电路系统，电磁铁303与磁吸部304形成磁力阻尼系统；

进一步，减振吊杆2通过弹簧元件4与承重吊杆1及建筑主体结构销轴连接，通过调节弹簧元件4刚度系数，使得承重吊杆1、承重组件3及其负载振动调谐，从而实现承重吊杆1、承重组件3振动抑制。

工作原理：在风荷载、人致振动下，主体结构传至承重吊杆1、承重组件3激励，在水平摆动过程中，会首先通过弹簧元件4转移并吸收承重吊杆1、承重组件3振动能量，一定程度减小振动，同时在重量系统自身摆动过程中通过导体管的移动切割磁感线产生的阻尼，耗散输入能量，从而实现宽频的调谐质量阻尼系统振动抑制效果，导体管切割磁感线产生的感应电动势通过导电片12与电磁铁303形成的闭合电路产生电流，以此启动电磁铁303，电磁铁303启动后，其磁性增强，因而当自重系统向靠近电磁铁303的一侧摆动时，电磁铁303对自重系统一侧磁吸部304产生排斥力，从而起到对摆动的更进一步抑制效果。

实施例二，实现本发明的第二种方案：

进一步，当处于非平稳随机激励环境中时，在第一实施例的方案上加装传动组件10和调节组件11，使导磁板6、导体管组件8和永磁体9组成的电涡流阻尼系统，减振吊杆2和弹簧元件4组成刚度系统，导磁板6和永磁体9、传动组件10和调节组件11构成电涡流阻尼调节系统。

进一步，将导体管更换为上导体管801、安装板802、下导体管803构成的导体管组件8，同时减振吊杆2与支撑管5及主体结构刚接。

工作原理：在风荷载、地震作用、人致振动作用下，主体结构传至承重吊杆1、承重组件3激励，通过弹簧元件4，一定程度减小振动，通过电磁铁303与磁吸部304之间的排斥力，进一步减小振动，最后通过重量系统自身摆动过程中上导体管801切割磁感线产生的阻尼，耗散输入能量，大幅减小振动；

并且在上述摆动过程中，减振吊杆2的移动会推动动力杆1001移动，动力杆1001移动则会通过齿轮啮合作用驱动从动齿轮1002转动，进而使得从动齿轮1002带动顶杆1003向上导体管801和安装板802之间顶入，随着顶杆1003的顶入，上导体管801与下导体管803之间的间距增大，从而增强了其切割磁感线产生的阻尼；

此外，在上导体管801向上移动的同时，上导体管801会带动一号竖杆1101向上移动，一号竖杆1101移动驱使驱动齿轮1102转动，驱动齿轮1102转动会带动二号竖杆1103向下移动挤压活塞1106，使得活塞1106挤压气腔1105中的空气，使得气体经由出气口1107流动至气管1108中，并最终流动至密闭管1109中，通过气体在密闭管1109中挤压产生的高压驱使受力活塞1111在密闭管1109内壁向下移动，进而推动推杆1112向下移动即推杆1112会推动下导体管803向靠近永磁体9的方向移动，提升了下导体管803切割磁感线产生的阻尼，从而进一步的提高了对振动能量的吸收。

实施例三，实现本发明的第三种方案：

进一步，去掉永磁体9、传动组件10、调节组件11、导电片12以及磁吸部304，减振吊杆2通过弹簧元件4与承重吊杆1及建筑主体结构销轴连接，减振吊杆2与支撑管5及主体结构刚接，通过调节弹簧元件4减小结构振动响应；

工作原理：对弹簧元件4的弹性系数进行适当的调节，可使得承重吊杆1、承重横梁301构成的承重体系避免风荷载、地震作用、人致振动激励的卓越周期，通过隔振原理，实现振动抑制。

Claims (9)

1.一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，包括两组承重吊杆（1）、两组减振吊杆（2）、承重组件（3）、承重横梁（301）、支撑管（5）以及连接于承重吊杆（1）和减振吊杆（2）之间的弹簧元件（4），其特征在于；所述承重组件（3）包括有承重横梁（301），且承重横梁（301）的端面开设有用于减振吊杆（2）贯穿并与支撑管（5）连接的腰槽（302），所述承重横梁（301）的内部位于承重横梁（301）的侧壁安装有电磁铁（303），且电磁铁（303）的一侧位于支撑管（5）的侧壁安装有磁性与电磁铁（303）磁性相同的磁吸部（304），所述支撑管（5）的内侧固定有导磁板（6），两组所述承重吊杆（1）的内侧设置有纤维增强复合材料板（7），且纤维增强复合材料板（7）的内侧固定有导体管组件（8），所述导体管组件（8）包括有与承重吊杆（1）内壁滑动连接的上导体管（801）和与承重横梁（301）内壁滑动连接的下导体管（803），且上导体管（801）、下导体管（803）之间设置有绝缘材料制成的安装板（802），所述安装板（802）与上导体管（801）、下导体管（803）之间均连接有伸缩杆（804），上述伸缩杆（804）的内部设置有调节组件（11），且调节组件（11）包括有与上导体管（801）底端固定连接同时与安装板（802）内部滑动连接的一号竖杆（1101），所述一号竖杆（1101）的一侧通过齿轮啮合连接有驱动齿轮（1102），且驱动齿轮（1102）的一侧通过齿轮啮合连接有与安装板（802）内壁滑动连接的二号竖杆（1103），所述二号竖杆（1103）的底端固定有由橡胶制成的活塞（1106），且活塞（1106）的外侧设置有安装于安装板（802）的气箱（1104），所述气箱（1104）内部形成有气腔（1105），且气箱（1104）的底端开设有出气口（1107），所述出气口（1107）的底端连接有气管（1108），且气管（1108）的底端连接有开口与下导体管（803）底端密闭连接的密闭管（1109），所述密闭管（1109）的内壁设置有受力活塞（1111），且受力活塞（1111）的底端固定有与下导体管（803）端面固定连接的推杆（1112），所述气箱（1104）的两侧外壁还设置有用于进气的进气口（1110），所述承重横梁（301）的内部位于导磁板（6）的顶端端面安装有多组永磁体（9），所述承重吊杆（1）与减振吊杆（2）之间设置有传动组件（10），且传动组件（10）包括有均安装于承重吊杆（1）与减振吊杆（2）之间的动力杆（1001）和顶杆（1003），所述动力杆（1001）通过伸缩限位杆与承重吊杆（1）的外壁连接，所述顶杆（1003）通过伸缩限位杆与减振吊杆（2）的外壁连接，且顶杆（1003）的上方安装有与动力杆（1001）和顶杆（1003）均通过齿轮啮合连接的从动齿轮（1002）。

2.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，承重吊杆（1）、减振吊杆（2）、承重横梁（301）、支撑管（5）均采用纤维增强复合材料加工制得，其截面形式采用螺纹杆或槽型。

3.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，所述顶杆（1003）靠近导体管组件（8）的一侧设置有楔形部（1004），同时上导体管（801）、安装板（802）靠近楔形部（1004）的端面均开设有与楔形部（1004）外壁相契合的斜面，此外，上导体管（801）与下导体管（803）的侧壁之间连接有导电片（12），因此使得上导体管（801）与下导体管（803）形成闭合电路，进而通过导电片（12）与电磁铁（303）电性连接。

4.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，所述纤维增强复合材料板（7）覆盖于上导体管（801）之上，可有效避免所承载电缆与周边环境的电磁干扰及热传导。

5.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，通过改变上导体管（801）与下导体管（803）间距以及改变下导体管（803）与永磁体（9）间距使得阻尼系数发生改变，此外阻尼系数通过改变导体管组件（8）及永磁体（9）的厚度、间距也可以实现。

6.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，弹簧元件（4）刚度系数可调节。

7.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，承重吊杆（1）和承重组件（3）采用螺栓或焊接固定。

8.据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，减振吊杆（2）和支撑管（5）及减振吊杆（2）与主体结构间可在销接和固定连接中切换。

9.根据权利要求1的一种可调节混合式减振纤维增强复合材料支吊架，其特征在于，承重吊杆（1）、减振吊杆（2）、上导体管（801）、下导体管（803）、支撑管（5）的截面形式和尺寸均无需固定，需保证在极限工作状态下仍处于弹性工作状态。

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