CN116290565A - 一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，属于建筑技术领域，该支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱具有柱体，柱体包括活动柱、活动块以及固定柱，活动柱的一端与屋顶固定连接，另一端与活动块的顶部活动连接，固定柱的一端与活动块固定连接，另一端与地面固定连接；活动块内部设置有球入式复位装置，活动块的顶部还设置有耗能装置，耗能装置用于尽快使得活动柱停止晃动活动柱的底部设置有阻尼器，阻尼器用于阻止活动柱倾斜；活动柱的顶部固定设置有倾斜传感装置，倾斜传感装置用于检测屋盖的倾斜程度；该摇摆柱能够解决现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握的问题；同时能够及时将已倾斜的屋盖复位。

Description

一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱

技术领域

本发明属于建筑技术领域，具体而言，涉及一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱。

背景技术

多跨刚架中采用的上下两端均铰接不能抵抗侧向荷载的柱称为摇摆柱。摇摆柱自身的稳定性依赖刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱中的内力将起促进刚架失稳的作用。大跨度钢结构屋盖为满足大跨度、大空间设计需要，常常需要在房屋结构中设置摇摆柱，用于支撑屋盖，防止其发生倾斜，同时由于我国位于世界两大地震带――环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，房屋更需要摇摆柱来减轻房屋震动。

但是现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握，很难阻止危险的发生；同时现有摇摆柱不能及时将已倾斜的屋盖复位，难以达到较好的减震效果。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，能够解决现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握，很难阻止危险的发生的问题；同时能够解决现有摇摆柱不能及时将已倾斜的屋盖复位，难以达到较好的减震效果。

本发明是这样实现的：

本发明提供一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其中，具有柱体，所述柱体包括活动柱、活动块以及固定柱，所述活动柱的一端与屋顶固定连接，另一端与所述活动块的顶部活动连接，所述固定柱的一端与所述活动块固定连接，另一端与地面固定连接；所述活动块内部设置有球入式复位装置，所述球入式复位装置包括承台、凸台以及翼板，所述翼板固定在所述活动柱的底部，所述凸台与所述翼板固定连接，所述活动块的顶部设置有所述承台，所述承台为挖空半球状，所述承台与所述凸台相适配；

所述活动块的顶部还设置有耗能装置，所述耗能装置用于尽快使得活动柱停止晃动；所述耗能装置包括钢筋混凝土墩，所述钢筋混凝土墩的底部固定在所述活动块的顶部位置，所述钢筋混凝土墩为凹槽形，底部为中空结构，所述活动柱穿过所述钢筋混凝土墩与所述活动块固定连接，所述钢筋混凝土墩的左右两侧内壁上分别固定有耗能构件，所述耗能构件还与所述活动柱连接；所述耗能构件包括钢板、第一端板、第二端板、第一螺杆组以及第二螺杆组，所述第一螺杆组与所述第二螺杆组中均包含若干螺杆；所述第二螺杆组中的螺杆依次穿过所述钢筋混凝土墩侧壁上的所述第二端板、所述第一端板和所述活动柱，所述钢板的端部固定在所述活动柱上，所述第一螺杆组的一端设置有限位件，所述第一螺杆组的另一段穿过所述钢筋混凝土墩的底部与所述钢板后设置有另一限位件；所述第一螺杆组和所述第二螺杆组上均设置有弹簧，所述弹簧分别位于所述限位件与所述钢筋混凝土墩之间、所述限位件与所述钢板之间以及所述第一端板与所述第二端板之间；

所述活动柱的底部设置有阻尼器，所述阻尼器用于阻止所述活动柱倾斜；所述活动柱的顶部固定设置有倾斜传感装置，所述倾斜传感装置用于检测屋盖的倾斜程度。

本发明提供的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的技术效果如下：通过设置柱体，用于固定屋盖，防止屋盖发生位移；通过设置球入式复位装置，使得活动柱和活动块分离，减少震动，阻止活动柱移动；通过设置承台、凸台以及翼板，在屋盖受外界影响发生位移时，及时带动活动柱连带屋盖复位，减轻震动，保护房屋安全；通过设置耗能装置，来回滞回耗能，使得受外力影响的屋盖以及活动柱及时复位，防止活动柱发生位移；通过设置阻尼器，保护活动柱以及固定在活动柱上的屋盖，消耗移动的能量，阻止活动柱和屋盖发生位移，性能稳定，不依靠外部能量，有效控制残余变形，结构简单，稳定可靠；通过设置倾斜传感装置，结构紧凑、体积小，抗振动能力强，采集数据直接以数字信号型式输出，抗电磁干扰能力强，可同时测试两个正交方向的倾角，实现对屋盖以及活动柱倾斜的实时监测。

在上述技术方案的基础上，本发明的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱还可以做如下改进:

其中，所述倾斜传感装置包括壳体、安装底座、变送电路板、传感器电路板以及电缆，所述安装底座固定在所述活动柱的顶部，所述壳体与所述安装底座固定连接；将所述电缆的一端穿过所述壳体与所述变送电路板以及所述传感器电路板焊接，所述电缆的另一端连接有数据采集器，所述电缆包括电源线和通讯线；所述变送电路板与所述传感器电路板固定设置在所述壳体的内部，所述变送电路板安装在变送电路板安装座上，所述传感器电路板固定设置在传感器安装座内，在传感器安装座上旋紧变送电路板安装座，所述壳体与所述传感器安装座之间采用O型圈密封。

壳体采用不锈钢材料，并进行防水设计，密封性好；电缆选用四芯屏蔽电缆以提高其抗电磁干扰能力；安装传感器电路板后向传感器安装座内注满703硅橡胶，待干后，变送电路板及电缆接头处都用聚四氟乙烯薄膜包裹，用透明胶带粘紧；通过设置壳体、安装底座、变送电路板、传感器电路板以及电缆，结构紧凑、体积小，抗振动能力强，采集数据直接以数字信号型式输出，抗电磁干扰能力强，可同时测试两个正交方向的倾角，实现对屋盖以及活动柱倾斜的实时监测。

进一步的，所述变送电路板包括微控制器、温度补偿电路、电源电路、通信电路、保护电路以及传感器接口电路；所述微控制器用于暂存测量数据，并实现掉电保护；所述温度补偿电路对所述传感器电路板的输出信号进行温度补偿，同于减少温度对测量精度的影响；所述电源电路用于给整个电路供电；所述通信电路用于传递信号；所述保护电路包含防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；所述传感器接口电路用于对所述传感器电路板传递的信号进行调理；

所述传感器电路板包括倾斜传感器、电源电路、保护电路、电源接口端子、传感器信号端子、保护电路以及信号调理电路；所述倾斜传感器用于对所述屋盖与所述活动柱倾斜度进行实时监测；所述电源电路对输出电压进行二次稳压；保护电路包括防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；信号调理电路用于对倾斜传感器的输出信号进行滤波、放大，经保护电路后接入传感器信号端子。

变送电路板中微控制器选用STC12LE5A32S2单片机，内含28K字节EEPROM存贮空间；电源电路采用低压差线性稳压器件，对输入电压进行二次稳压，并使用DC-DC电源变换技术给整个电路供电；通信电路采用MAX3483芯片；传感器电路板中倾斜传感器选用双轴伺服加速度MEMS器件，具有精度高、交叉轴影响小的特点，满足对屋盖倾斜度进行在线监测的要求；电源电路采用低压差线性稳压器件，对输入电压进行二次稳压，将12V电压变化到双轴倾斜传感器所需的3.3V；通过设置变送电路板和传感器电路板，消除了温度对测量精度的影响，能适应复杂气候条件的影响。

其中，所述阻尼器包括外管、副缸、内管、挡板、永磁环、导磁环以及隔磁环，所述外管固定在所述活动柱上，所述外管的两端设置有副缸，中间有一密闭腔体，所述密闭腔体由所述挡板与所述内管组成，所述密闭腔体中充满磁流变液；所述副缸的正上方固定设置有所述挡板，所述内管固定在所述挡板之间；所述内管包括内管上端板、内管挡板以及内管下端板，所述内管上端板、所述内管挡板以及所述内管下端板依次套设在所述内管上；所述内管穿过所述挡板并将所述内管下端板设置在副缸内，所述内管下端板底部设置有副缸碟簧；所述外管的顶部以及所述副缸的侧壁上均设置有开孔，所述内管上端板以及所述内管下端板的直径均小于或等于开孔的直径，所述内管挡板的直径大于所述开孔的直径；所述内管挡板与所述挡板之间还设置有碟簧；所述内管上还固定设置有活塞，所述活塞由中间的所述永磁环以及两侧的所述导磁环构成，所述永磁环的外周、两侧所述导磁环之间还设置有所述隔磁环。

内管上设置有凹槽，活塞与内管之间的空隙的宽度是变化的；活塞的两侧套设有内管挡板，阻止活塞与内管之间的相对运动；永磁环的材质为永久磁铁；流变液作为一种智能材料，可以在毫秒时间内由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的Bingham粘塑性体，制成的自复位磁流变阻尼器具有出力大、能耗低、响应快的优点；碟簧具有极好的弹性，相比较形状记忆合金而言基本不受温度影响，变形后不需要加热即可实现自复位；相比较预应力筋有较大的弹性变形，可以满足大变形的结构的需求；由于磁流变液在磁场作用下固化产生的剪切屈服强度与磁场强度成正比，而磁场强度又与阻尼通道的宽度成反比，因此改变阻尼通道的宽度，可以调节磁流变液的在磁场作用下的固化产生的剪切屈服强度的大小，使得密封腔体内的磁流变液阻尼连续可变，且位移越大，密封腔体内的活塞挤压阻尼通道内的“固化”磁流变液所需克服的阻尼力也越大，耗能越多，能够提供连续可变的阻尼力且不需要外部电源供应；通过设置外管、副缸、内管、挡板、永磁环、导磁环以及隔磁环，保护活动柱以及固定在活动柱上的屋盖，消耗移动的能量，阻止活动柱和屋盖发生位移，性能稳定，不依靠外部能量，有效控制残余变形，结构简单，稳定可靠。

其中，所述承台与所述翼板之间通过剪力螺栓锚固连接，所述的剪力螺栓两端设置有螺栓套筒，所述螺栓套筒用于给所述剪力螺栓定位，所述剪力螺栓的两端通过锚固钢板进行锚固。

剪力螺栓在活动柱翼板上均匀分布，能够提供拉拔力和抗剪力，帮助活动柱带动屋盖复位；通过设置剪力螺栓，使得屋盖带动活动柱产生位移时能够及时复位。

其中，所述耗能构件还包括折板，所述折板为两个，分别固定与所述第一端板和所述第二端板的顶部，所述折板位于所述第二螺杆组之间；所述第二螺杆组之间还设置有波形钢板，所述波形钢板的一端固定有所述第一端板上，另一端固定与所述第二端板上。

采用上述改进方案的有益效果为：通过设置折板，保证活动柱侧面刚度。

其中，所述活动柱与所述固定柱通过复位筋连接，所述承台与所述凸台中间开设有通孔，所述定位筋设置在所述通孔中，所述定位筋的一端与所述阻尼器的顶部固定连接，所述定位筋的另一端与所述活动块的底部固定连接。

外管的底部设置有通孔，用于供复位筋穿过；复位筋具有自复位功能，可选为无粘结预应力筋、形状记忆合金绞线，其截面面积略小于通孔大小；复位筋的强度与刚度大于阻尼器的刚度和强度，用于保证复位筋屈服；通过设置复位筋，使得屋盖带动活动柱产生位移时能够及时复位。

其中，所述承台的四周设置有挡块，所述挡块用于限制所述活动柱晃动过大，保护柱体以及固定在所述柱体顶部的屋顶的安全；所述挡块由混凝土、泡沫隔离块以及防粘结薄层从内到外组成，所述混凝土的内部还设置有多根竖向钢筋和水平钢筋，多根所述竖向钢筋和水平钢筋在所述混凝土内部纵横交错。

泡沫隔离块可选用聚苯乙烯材料，具有可复位性和易修复性；通过设置挡块，提供屋盖防位移的二次防线。

其中，所述凸台与所述承台以及所述翼板与所述挡块之间设置有摩擦隔离层，所述摩擦隔离层用于增大摩擦。

摩擦隔离层的材料可选用石棉摩擦材料、半金属摩擦材料、NAO摩擦材料、粉末冶金摩擦材料或碳纤维摩擦材料；通过设置摩擦隔离层，用于增大活动柱与活动块之间的摩擦力，阻止屋盖移动。

其中，所述固定柱与地面固定连接的位置通过螺栓固定有加劲肋。

采用上述改进方案的有益效果为：通过在固定柱底部位置设置加劲肋，加固固定柱的稳定性，避免危险的发生。

与现有技术相比较，本发明提供的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的有益效果是：通过设置柱体，用于固定屋盖，防止屋盖发生位移；通过设置球入式复位装置，使得活动柱和活动块分离，减少震动，阻止活动柱移动；通过设置承台、凸台以及翼板，在屋盖受外界影响发生位移时，及时带动活动柱连带屋盖复位，减轻震动，保护房屋安全；通过设置耗能装置，来回滞回耗能，使得受外力影响的屋盖以及活动柱及时复位，防止活动柱发生位移，能够解决现有摇摆柱不能及时将已倾斜的屋盖复位，难以达到较好的减震效果；通过设置阻尼器，保护活动柱以及固定在活动柱上的屋盖，消耗移动的能量，阻止活动柱和屋盖发生位移，性能稳定，不依靠外部能量，有效控制残余变形，结构简单，稳定可靠；通过设置倾斜传感装置，结构紧凑、体积小，抗振动能力强，采集数据直接以数字信号型式输出，抗电磁干扰能力强，可同时测试两个正交方向的倾角，实现对屋盖以及活动柱倾斜的实时监测，能够解决现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握，很难阻止危险的发生的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例的描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的结构示意图；

图2为耗能构件的结构示意图；

图3为阻尼器的结构示意图；

图4为球入式复位装置的结构示意图；

图5为挡块的结构示意图；

图6为倾斜传感装置的结构示意图；

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、柱体；11、活动柱；12、活动块；13、固定柱；20、球入式复位装置；21、承台；211、挡块；2111、混凝土；2112、竖向钢筋；2113、水平钢筋；2114、泡沫隔离块；2115、防粘结薄层；22、凸台；23、翼板；24、摩擦隔离层；25、剪力螺栓；30、耗能装置；31、钢筋混凝土墩；32、耗能构件；321、钢板；322、第一端板；323、第二端板；324、第一螺杆组；325、第二螺杆组；40、阻尼器；41、外管；42、副缸；43、内管；431、内管上端板；432、内管挡板；433、内管下端板；44、挡板；45、永磁环；46、导磁环；47、隔磁环；50、倾斜传感装置；51、壳体；52、安装底座；53、变送电路板；54、传感器电路板；55、电缆。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”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设备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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

如图1-6所示，是本发明提供的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的第一实施例，在本实施例中，具有柱体10，柱体10包括活动柱11、活动块12以及固定柱13，活动柱11的一端与屋顶固定连接，另一端与活动块12的顶部活动连接，固定柱13的一端与活动块12固定连接，另一端与地面固定连接；活动块12内部设置有球入式复位装置20，球入式复位装置20包括承台21、凸台22以及翼板23，翼板23固定在活动柱11的底部，凸台22与翼板23固定连接，活动块12的顶部设置有承台21，承台21为挖空半球状，承台21与凸台22相适配；

活动块12的顶部还设置有耗能装置30，耗能装置30用于尽快使得活动柱11停止晃动；耗能装置30包括钢筋混凝土墩31，钢筋混凝土墩31的底部固定在活动块12的顶部位置，钢筋混凝土墩31为凹槽形，底部为中空结构，活动柱11穿过钢筋混凝土墩31与活动块12固定连接，钢筋混凝土墩31的左右两侧内壁上分别固定有耗能构件32，耗能构件32还与活动柱11连接；耗能构件32包括钢板321、第一端板322、第二端板323、第一螺杆组324以及第二螺杆组325，第一螺杆组324与第二螺杆组325中均包含若干螺杆；第二螺杆组325中的螺杆依次穿过钢筋混凝土墩31侧壁上的第二端板323、第一端板322和活动柱11，钢板321的端部固定在活动柱11上，第一螺杆组324的一端设置有限位件，第一螺杆组324的另一段穿过钢筋混凝土墩31的底部与钢板321后设置有另一限位件；第一螺杆组324和第二螺杆组325上均设置有弹簧，弹簧分别位于限位件与钢筋混凝土墩31之间、限位件与钢板321之间以及第一端板322与第二端板323之间；

活动柱11的底部设置有阻尼器40，阻尼器40用于阻止活动柱11倾斜；活动柱11的顶部固定设置有倾斜传感装置50，倾斜传感装置50用于检测屋盖的倾斜程度。

使用时，当屋盖受外力影响有倾斜或位移的趋势，将力施加给活动柱11，通过设置在活动柱11上的倾斜传感装置50对活动柱11的倾斜角度进行实时监测，并将倾斜数据传递到数据采集器；同时当发生倾斜或位移时，球入式复位装置20带动活动柱11及时复位，耗能装置30持续通过摇摆消耗活动柱11以及屋盖倾斜或者移动的能量，阻尼器40阻止活动柱11摇晃并使其复位。

其中，在上述技术方案中，倾斜传感装置50包括壳体51、安装底座52、变送电路板53、传感器电路板54以及电缆55，安装底座52固定在活动柱11的顶部，壳体51与安装底座52固定连接；将电缆55的一端穿过壳体51与变送电路板53以及传感器电路板54焊接，电缆55的另一端连接有数据采集器，电缆55包括电源线和通讯线；变送电路板53与传感器电路板54固定设置在壳体51的内部，变送电路板53安装在变送电路板安装座上，传感器电路板54固定设置在传感器安装座内，在传感器安装座上旋紧变送电路板安装座，壳体51与传感器安装座之间采用O型圈密封。

壳体51采用不锈钢材料，并进行防水设计，密封性好；电缆55选用四芯屏蔽电缆以提高其抗电磁干扰能力；安装传感器电路板54后向传感器安装座内注满703硅橡胶，待干后，变送电路板及电缆接头处都用聚四氟乙烯薄膜包裹，用透明胶带粘紧。

使用时，传感器电路板54对屋盖以及活动柱11的倾斜角度进行实时监测，通过电缆55将数据传递到变送电路板53，再通过变送电路板53将数据传递到数据采集器。

进一步的，在上述技术方案中，变送电路板53包括微控制器、温度补偿电路、电源电路、通信电路、保护电路以及传感器接口电路；微控制器用于暂存测量数据，并实现掉电保护；温度补偿电路对传感器电路板54的输出信号进行温度补偿，同于减少温度对测量精度的影响；电源电路用于给整个电路供电；通信电路用于传递信号；保护电路包含防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；传感器接口电路用于对传感器电路板54传递的信号进行调理；

传感器电路板54包括倾斜传感器、电源电路、保护电路、电源接口端子、传感器信号端子、保护电路以及信号调理电路；倾斜传感器用于对屋盖与活动柱11倾斜度进行实时监测；电源电路对输出电压进行二次稳压；保护电路包括防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；信号调理电路用于对倾斜传感器的输出信号进行滤波、放大，经保护电路后接入传感器信号端子。

变送电路板53中微控制器选用STC12LE5A32S2单片机，内含28K字节EEPROM存贮空间；电源电路采用低压差线性稳压器件，对输入电压进行二次稳压，并使用DC-DC电源变换技术给整个电路供电；通信电路采用MAX3483芯片；传感器电路板54中倾斜传感器选用双轴伺服加速度MEMS器件，具有精度高、交叉轴影响小的特点，满足对屋盖倾斜度进行在线监测的要求；电源电路采用低压差线性稳压器件，对输入电压进行二次稳压，将12V电压变化到双轴倾斜传感器所需的3.3V；通过设置变送电路板53和传感器电路板54，消除了温度对测量精度的影响，能适应复杂气候条件的影响。

使用时，微处理器通过通信电路与数据采集器通信，接收到其测量指令后，对传感器信号进行采集，再对采集数据进行换算，接收到数据采集器的测量指令后，再接受其取数据指令，将换算后的得到的倾角值数据传送到数据采集器。

其中，在上述技术方案中，阻尼器40包括外管41、副缸42、内管43、挡板44、永磁环45、导磁环46以及隔磁环47，外管41固定在活动柱11上，外管41的两端设置有副缸42，中间有一密闭腔体，密闭腔体由挡板44与内管43组成，密闭腔体中充满磁流变液；副缸42的正上方固定设置有挡板44，内管43固定在挡板44之间；内管43包括内管上端板431、内管挡板432以及内管下端板433，内管上端板431、内管挡板432以及内管下端板433依次套设在内管43上；内管43穿过挡板44并将内管下端板433设置在副缸42内，内管下端板433底部设置有副缸碟簧；外管41的顶部以及副缸42的侧壁上均设置有开孔，内管上端板431以及内管下端板433的直径均小于或等于开孔的直径，内管挡板432的直径大于开孔的直径；内管挡板432与挡板44之间还设置有碟簧；内管43上还固定设置有活塞，活塞由中间的永磁环45以及两侧的导磁环46构成，永磁环45的外周、两侧导磁环46之间还设置有隔磁环47。

内管43上设置有凹槽，活塞与内管43之间的空隙的宽度是变化的；活塞的两侧套设有内管挡板432，阻止活塞与内管43之间的相对运动；永磁环45的材质为永久磁铁；流变液作为一种智能材料，可以在毫秒时间内由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的Bingham粘塑性体，制成的自复位磁流变阻尼器具有出力大、能耗低、响应快等优点；碟簧具有极好的弹性，相比较形状记忆合金而言基本不受温度影响，变形后不需要加热即可实现自复位；相比较预应力筋有较大的弹性变形，可以满足大变形的结构的需求；由于磁流变液在磁场作用下固化产生的剪切屈服强度与磁场强度成正比，而磁场强度又与阻尼通道的宽度成反比，因此改变阻尼通道的宽度，可以调节磁流变液的在磁场作用下的固化产生的剪切屈服强度的大小，使得密封腔体内的磁流变液阻尼连续可变，且位移越大，密封腔体内的活塞挤压阻尼通道内的“固化”磁流变液所需克服的阻尼力也越大，耗能越多，能够提供连续可变的阻尼力且不需要外部电源供应。

使用时，内管43相对于外管41移动时，即内管43受压时，碟簧与副缸碟簧均受压，受压碟簧提供恢复力；同时，内管43上固定的活塞随之挤压磁流变液，消耗能量。

其中，在上述技术方案中，承台21与翼板23之间通过剪力螺栓25锚固连接，的剪力螺栓25两端设置有螺栓套筒，螺栓套筒用于给剪力螺栓25定位，剪力螺栓25的两端通过锚固钢板进行锚固。

剪力螺栓25在活动柱11翼板上均匀分布，能够提供拉拔力和抗剪力，帮助活动柱11带动屋盖复位；通过设置剪力螺栓25，使得屋盖带动活动柱11产生位移时能够及时复位。

其中，在上述技术方案中，耗能构件32还包括折板，折板为两个，分别固定与第一端板322和第二端板323的顶部，折板位于第二螺杆组325之间；第二螺杆组325之间还设置有波形钢板，波形钢板的一端固定有第一端板322上，另一端固定与第二端板323上。

其中，在上述技术方案中，活动柱11与固定柱13通过复位筋连接，承台21与凸台22中间开设有通孔，定位筋设置在通孔中，定位筋的一端与阻尼器40的顶部固定连接，定位筋的另一端与活动块12的底部固定连接。

使用时，当复位筋受拉时，由于复位筋发生弹性变形，内管43相对于外管41移动时，即内管43受压时，碟簧与副缸碟簧均受压，受压碟簧和复位筋共同提供恢复力；同时，内管43上固定的活塞随之挤压磁流变液，消耗能量。

其中，在上述技术方案中，承台21的四周设置有挡块211，挡块211用于限制活动柱11晃动过大，保护柱体10以及固定在柱体10顶部的屋顶的安全；挡块211由混凝土2111、泡沫隔离块2114以及防粘结薄层2115从内到外组成，混凝土2111的内部还设置有多根竖向钢筋2112和水平钢筋2113，多根竖向钢筋2112和水平钢筋2113在混凝土2111内部纵横交错。

当复位筋(17)受拉时，由于复位筋(17)发生弹性变形，带动内管(6)相对外管移动时，即内管(6)受压时，阻尼器内部的碟簧(15)与副缸碟簧(16)均受压，受压碟簧与复位筋(17)共同提供恢复力；同时，内管(6)上固定的活塞随之挤压磁流变液，消耗地震能量；墩柱(20)与附加承台(21)整体发生摇摆，且最终恢复到原有位置没有永久残余变形，有效的保护墩柱(20)避免其发生损伤。

其中，在上述技术方案中，凸台22与承台21以及翼板23与挡块211之间设置有摩擦隔离层24，摩擦隔离层24用于增大摩擦。

其中，在上述技术方案中，固定柱13与地面固定连接的位置通过螺栓固定有加劲肋。

具体的，本发明的原理是：当屋盖受外力影响有倾斜或位移的趋势，将力施加给活动柱11，微处理器通过通信电路与数据采集器通信，接收到其测量指令后，对传感器信号进行采集，再对采集数据进行换算，接收到数据采集器的测量指令后，再接受其取数据指令，将换算后的得到的倾角值数据传送到数据采集器；同时当发生倾斜或位移时，球入式复位装置20带动活动柱11及时复位，耗能装置30持续通过摇摆消耗活动柱11以及屋盖倾斜或者移动的能量；当复位筋受拉时，由于复位筋发生弹性变形，内管43相对于外管41移动时，即内管43受压时，碟簧与副缸碟簧均受压，受压碟簧和复位筋共同提供恢复力；同时，内管43上固定的活塞随之挤压磁流变液，消耗能量。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，具有柱体(10)，所述柱体(10)包括活动柱(11)、活动块(12)以及固定柱(13)，所述活动柱(11)的一端与屋顶固定连接，另一端与所述活动块(12)的顶部活动连接，所述固定柱(13)的一端与所述活动块(12)固定连接，另一端与地面固定连接；所述活动块(12)内部设置有球入式复位装置(20)，所述球入式复位装置(20)包括承台(21)、凸台(22)以及翼板(23)，所述翼板(23)固定在所述活动柱(11)的底部，所述凸台(22)与所述翼板(23)固定连接，所述活动块(12)的顶部设置有所述承台(21)，所述承台(21)为挖空半球状，所述承台(21)与所述凸台(22)相适配；

所述活动块(12)的顶部还设置有耗能装置(30)，所述耗能装置(30)用于尽快使得活动柱(11)停止晃动；所述耗能装置(30)包括钢筋混凝土墩(31)，所述钢筋混凝土墩(31)的底部固定在所述活动块(12)的顶部位置，所述钢筋混凝土墩(31)为凹槽形，底部为中空结构，所述活动柱(11)穿过所述钢筋混凝土墩(31)与所述活动块(12)固定连接，所述钢筋混凝土墩(31)的左右两侧内壁上分别固定有耗能构件(32)，所述耗能构件(32)还与所述活动柱(11)连接；所述耗能构件(32)包括钢板(321)、第一端板(322)、第二端板(323)、第一螺杆组(324)以及第二螺杆组(325)，所述第一螺杆组(324)与所述第二螺杆组(325)中均包含若干螺杆；所述第二螺杆组(325)中的螺杆依次穿过所述钢筋混凝土墩(31)侧壁上的所述第二端板(323)、所述第一端板(322)和所述活动柱(11)，所述钢板(321)的端部固定在所述活动柱(11)上，所述第一螺杆组(324)的一端设置有限位件，所述第一螺杆组(324)的另一段穿过所述钢筋混凝土墩(31)的底部与所述钢板(321)后设置有另一限位件；所述第一螺杆组(324)和所述第二螺杆组(325)上均设置有弹簧，所述弹簧分别位于所述限位件与所述钢筋混凝土墩(31)之间、所述限位件与所述钢板(321)之间以及所述第一端板(322)与所述第二端板(323)之间；

所述活动柱(11)的底部设置有阻尼器(40)，所述阻尼器(40)用于阻止所述活动柱(11)倾斜；所述活动柱(11)的顶部固定设置有倾斜传感装置(50)，所述倾斜传感装置(50)用于检测屋盖的倾斜程度。

2.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述倾斜传感装置(50)包括壳体(51)、安装底座(52)、变送电路板(53)、传感器电路板(54)以及电缆(55)，所述安装底座(52)固定在所述活动柱(11)的顶部，所述壳体(51)与所述安装底座(52)固定连接；将所述电缆(55)的一端穿过所述壳体(51)与所述变送电路板(53)以及所述传感器电路板(54)焊接，所述电缆(55)的另一端连接有数据采集器，所述电缆(55)包括电源线和通讯线；所述变送电路板(53)与所述传感器电路板(54)固定设置在所述壳体(51)的内部，所述变送电路板(53)安装在变送电路板安装座上，所述传感器电路板(54)固定设置在传感器安装座内，在传感器安装座上旋紧变送电路板安装座，所述壳体(51)与所述传感器安装座之间采用O型圈密封。

3.根据权利要求2所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述变送电路板(53)包括微控制器、温度补偿电路、电源电路、通信电路、保护电路以及传感器接口电路；所述微控制器用于暂存测量数据，并实现掉电保护；所述温度补偿电路对所述传感器电路板(54)的输出信号进行温度补偿，同于减少温度对测量精度的影响；所述电源电路用于给整个电路供电；所述通信电路用于传递信号；所述保护电路包含防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；所述传感器接口电路用于对所述传感器电路板(54)传递的信号进行调理；

所述传感器电路板(54)包括倾斜传感器、电源电路、保护电路、电源接口端子、传感器信号端子、保护电路以及信号调理电路；所述倾斜传感器用于对所述屋盖与所述活动柱(11)倾斜度进行实时监测；所述电源电路对输出电压进行二次稳压；保护电路包括防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；信号调理电路用于对倾斜传感器的输出信号进行滤波、放大，经保护电路后接入传感器信号端子。

4.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述阻尼器(40)包括外管(41)、副缸(42)、内管(43)、挡板(44)、永磁环(45)、导磁环(46)以及隔磁环(47)，所述外管(41)固定在所述活动柱(11)上，所述外管(41)的两端设置有副缸(42)，中间有一密闭腔体，所述密闭腔体由所述挡板(44)与所述内管(43)组成，所述密闭腔体中充满磁流变液；所述副缸(42)的正上方固定设置有所述挡板(44)，所述内管(43)固定在所述挡板(44)之间；所述内管(43)包括内管上端板(431)、内管挡板(432)以及内管下端板(433)，所述内管上端板(431)、所述内管挡板(432)以及所述内管下端板(433)依次套设在所述内管(43)上；所述内管(43)穿过所述挡板(44)并将所述内管下端板(433)设置在副缸(42)内，所述内管下端板(433)底部设置有副缸碟簧；所述外管(41)的顶部以及所述副缸(42)的侧壁上均设置有开孔，所述内管上端板(431)以及所述内管下端板(433)的直径均小于或等于开孔的直径，所述内管挡板(432)的直径大于所述开孔的直径；所述内管挡板(432)与所述挡板(44)之间还设置有碟簧；所述内管(43)上还固定设置有活塞，所述活塞由中间的所述永磁环(45)以及两侧的所述导磁环(46)构成，所述永磁环(45)的外周、两侧所述导磁环(46)之间还设置有所述隔磁环(47)。

5.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述承台(21)与所述翼板(23)之间通过剪力螺栓(25)锚固连接，所述的剪力螺栓(25)两端设置有螺栓套筒，所述螺栓套筒用于给所述剪力螺栓(25)定位，所述剪力螺栓(25)的两端通过锚固钢板进行锚固。

6.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述耗能构件(32)还包括折板，所述折板为两个，分别固定与所述第一端板(322)和所述第二端板(323)的顶部，所述折板位于所述第二螺杆组(325)之间；所述第二螺杆组(325)之间还设置有波形钢板，所述波形钢板的一端固定有所述第一端板(322)上，另一端固定与所述第二端板(323)上。

7.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述活动柱(11)与所述固定柱(13)通过复位筋连接，所述承台(21)与所述凸台(22)中间开设有通孔，所述定位筋设置在所述通孔中，所述定位筋的一端与所述阻尼器(40)的顶部固定连接，所述定位筋的另一端与所述活动块(12)的底部固定连接。

8.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述承台(21)的四周设置有挡块(211)，所述挡块(211)用于限制所述活动柱(11)晃动过大，保护柱体(10)以及固定在所述柱体(10)顶部的屋顶的安全；所述挡块(211)由混凝土(2111)、泡沫隔离块(2114)以及防粘结薄层(2115)从内到外组成，所述混凝土(2111)的内部还设置有多根竖向钢筋(2112)和水平钢筋(2113)，多根所述竖向钢筋(2112)和水平钢筋(2113)在所述混凝土(2111)内部纵横交错。

9.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述凸台(22)与所述承台(21)以及所述翼板(23)与所述挡块(211)之间设置有摩擦隔离层(24)，所述摩擦隔离层(24)用于增大摩擦。

10.根据权利要求1所述的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其特征在于，所述固定柱(13)与地面固定连接的位置通过螺栓固定有加劲肋。

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