CN206279840U - 一种电磁悬浮隔震装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电磁悬浮隔震装置，固定连接在一基座上，包括固定在所述基座上的一工字型钢及搁置在所述工字型钢上、用于承载竖向承重构件的一框架，所述框架对工字型钢的上翼形成包围且具有朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂，在所述框架的悬臂上固定有缠绕线圈的铁芯，所述缠绕线圈的铁芯与工字型钢的上翼相向设置；所述框架具有相对工字型钢的水平方向及竖向运动自由度。通过磁悬浮技术对水平地震作用及竖向地震作用进行隔绝或者控制，利用工字型钢防止受力不均匀的倾覆危险，设置弹性限位构件防止竖向地震作用过大而出现吸死状态，实现了建筑结构的三维隔震，减少地震带来的损失。

Description

一种电磁悬浮隔震装置

技术领域

本实用新型涉及建筑结构隔震及防护技术领域，具体涉及一种电磁悬浮隔震装置。

背景技术

地震是常见的自然灾害之一，强烈的地震会严重破坏建筑结构，造成大量人员伤亡。在建筑结构隔震方面，摩擦摆支座、叠层橡胶支座、碟形弹簧支座已经比较成熟且应用比较广泛。但是摩擦摆支座、叠层橡胶支座等一般只考虑水平地震作用，对于竖向地震作用考虑甚少，因此仅能减弱水平地震作用，碟形弹簧支座通过吸收能量在一定程度上能减少竖向地震作用对建筑结构的威胁。上述被动控制的隔震支座只能单方向减弱地震作用，且无法完全隔绝地震作用，无法达到良好的隔震效果。现有的三维隔震装置无非是将传统隔震支座采用并联、串联的组合形式来实现三维隔震，此种组合方式势必造成隔震装置的隔震效果较差、造价较高、尺寸较大。

磁悬浮隔振是一种新型的主动式隔振方法。电磁场理论表明：电磁体与衔铁之间的磁力作用与两者之间的距离平方成反比，与电流的平方、匝数的平方以及气隙面积成正比。对于建筑结构隔震，采取磁悬浮技术半主动控制简单、方便、实用。目前，磁悬浮隔振技术已经成功运用到航天、精密仪器、交通运输等领域，但是其技术是隔振而非隔震，且在土木工程中的隔震设备尚未见运用。

申请公布号为CN103953128A，申请公布日为2014.07.30的中国发明专利申请公开了一种“电磁悬浮隔震装置”，该装置利用电磁体的吸力使迫使衔体带动结构上升，脱离结构基础，悬浮于空中，通过控制电流，隔绝震源向建筑结构物传递。但是，该装置将电磁体安置在悬臂梁支架上，悬臂梁支架承受所有的结构重力容易导致支架受力不均衡而倾覆，且其主动防吸死方式在较大震级下存在安全隐患，不便于半主动控制。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种电磁悬浮隔震装置，能够有效地利用磁悬浮技术对水平地震作用和竖向地震作用进行隔绝或者控制，能够保证结构的受力合理均匀且能达到三维隔震的效果。

为实现上述目的，本实用新型所提供的一种电磁悬浮隔震装置，固定连接在一基座上，包括固定在所述基座上的一工字型钢及搁置在所述工字型钢上、用于承载竖向承重构件的一框架，所述框架对工字型钢的上翼形成包围且具有朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂，在所述框架的悬臂上固定有缠绕线圈的铁芯，所述缠绕线圈的铁芯与工字型钢的上翼相向设置；所述框架具有相对工字型钢的水平方向及竖向运动自由度。

优选地，所述框架为底部中间开口的口字型结构，所述框架套接于工字型钢的上翼并于底部开口处形成朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂。

优选地，在所述框架底部的转角内侧设置加劲肋。

优选地，所述电磁悬浮隔震装置还包括一限制所述框架竖向运动行程的弹性限位构件。

优选地，所述弹性限位构件包括一橡胶垫片，所述橡胶垫片粘接在工字型钢上翼与所述缠绕线圈的铁芯相向的一侧。

优选地，所述弹性限位构件包括一弹簧构件，所述弹簧构件连接于所述框架的悬臂与工字型钢的下翼顶面之间。

优选地，所述弹性限位构件包括一弹簧构件，所述弹簧构件连接于所述框架与工字型钢的上翼顶面之间，所述框架与工字型钢的上翼顶面之间还设置一竖向支撑梁。

优选地，所述工字型钢焊接固定于所述基座上。

优选地，所述缠绕线圈的铁芯焊接固定于所述框架的悬臂上。

优选地，所述缠绕线圈的铁芯采用U型或者E型铁芯。

上述技术方案所提供的一种电磁悬浮隔震装置，具有以下有益效果：1、设计了承受结构重力的工字型钢，工字型钢两端受力较为均衡，不易出现倾覆现象；2、具有良好的水平方向隔震作用，当接收到地震信号时，线圈自动通电，缠绕线圈的铁芯由于对工字型钢的吸引作用而缓慢上升，保证竖向承重构件脱离地面接触，利用磁悬浮技术隔绝水平地震作用影响；3、具有良好的竖向隔震作用，在竖向地震作用下，实时调整线圈的电流，改变悬浮间距，减小竖向地震作用影响；4、通过弹性限位构件防止在竖向地震作用过大时工字型钢的竖向位移过大，电磁铁突然吸死工字型钢的现象，便于半主动控制，使建筑结构更安全。通过上述有效措施实现建筑结构的三维隔震，减少地震给人类带来的损伤。

附图说明

图1是本实用新型的实施例1的电磁悬浮隔震装置的结构示意图；

图2是图1中的A-A剖面图；

图3是本实用新型的实施例1的电磁悬浮隔震装置的工作状态示意图；

图4是本实用新型的实施例2的电磁悬浮隔震装置的结构示意图；

图5是图4中的B-B剖面图；

图6是本实用新型的实施例2的电磁悬浮隔震装置的工作状态示意图；

图7是本实用新型的实施例3的电磁悬浮隔震装置的结构示意图；

图8是图7中的C-C剖面图。

其中，1-基座，2-工字型钢，3-框架，4-悬臂，5-线圈，6-铁芯，7-竖向承重构件，8-弹性限位构件，9-竖向支撑梁。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

本实用新型所提供的一种电磁悬浮隔震装置为吸力型半主动控制电磁悬浮三维隔震装置，是直接利用半主动控制的隔震方法，在竖向地震作用下，震源与设备或结构之间半主动地控制隔绝；在水平地震作用下，利用电磁场吸力来使设备或结构脱离与地面接触，达到隔绝水平震动的目的。当遭遇较大地震时，竖向地震作用会使结构基础竖向位移达到10厘米甚至更大，采取弹簧等弹性限位构件防止电磁铁吸死，便于半主动控制。本实用新型可适用于建筑结构隔震，对保护建筑结构具有重大保护作用。

实施例1

请参阅附图1、2，一种电磁悬浮隔震装置，固定连接在一基座1上，包括固定在所述基座1上的一工字型钢2及搁置在所述工字型钢2上、用于承载竖向承重构件7的一框架3。在本实施例中，电磁悬浮隔震装置应用于建筑结构隔震，所述基座1为建筑结构基础，所述竖向承重构件7属于建筑结构的一部分。所述框架3对工字型钢2的上翼形成包围且具有朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂4，在所述框架的悬臂4上固定有缠绕线圈5的铁芯6，所述缠绕线圈5的铁芯6与工字型钢2的上翼相向设置；所述框架3具有相对工字型钢2的水平方向及竖向运动自由度。

在本实施例中，所述框架3为底部中间开口的口字型结构，所述框架3套接于工字型钢2的上翼并于底部开口处形成朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂4。较佳地，在所述框架3底部的转角内侧设置加劲肋。

所述电磁悬浮隔震装置还包括一限制所述框架3竖向运动行程的弹性限位构件8。在本实施例中，所述弹性限位构件8为一橡胶垫片，所述橡胶垫片粘接在工字型钢2上翼的与所述缠绕线圈的铁芯6相向的一侧。所述工字型钢2的上翼底面可设置定位槽，用于固定橡胶垫片。

在实际应用中，本实用新型的电磁悬浮隔震装置的设计需要根据建筑结构自重与上部构件自重，计算使竖向承重构件7悬浮适当距离所需要的吸力，根据吸力大小按电磁场理论设计线圈5、铁芯6，较佳地，所述缠绕线圈5的铁芯6采用U型或者E型铁芯，所述适当距离需要保证悬浮距离为10厘米以上；根据建筑结构自重与上部构件自重，计算工字型钢2需要承受的竖向作用力，保证工字型钢在在重力作用下不会被破坏；根据建筑结构自重与上部构件自重以及电磁力大小，设计悬臂4的尺寸，并将悬臂4与框架3的其他部分焊接，根据需要可在焊接处设置加劲肋；根据建筑结构自重，可以采取多个电磁悬浮隔震装置并联的方式，共同支撑建筑结构自重。需要指出的是，在实施例中所提及的上部构件包括框架3以及带线圈5的铁芯6。

所述电磁悬浮隔震装置在施工时，将工字型钢2焊接在留有螺栓的结构基础1上；在工字型钢2上翼的底部粘接橡胶垫片作为弹性限位构件8；将框架3搁置在工字型钢2上，焊接固定框架3的悬臂4；将缠绕线圈5的铁芯6焊接在悬臂4的自由端上；安装加速度监测器以及位移传感器等；接通电源。

请参阅附图3，为本实施例的电磁悬浮隔震装置的工作状态示意图。当加速度监测器检测到水平方向震动信号时，控制开启电源，线圈5通电，铁芯6与工字型钢2上翼之间立刻产生较大的吸力，使框架3带动竖向承重构件7整体脱离与地面接触，隔绝水平地震作用。而对于竖向地震作用，根据地震运动加速度以及竖向位移适时调整电流大小，改变悬浮间距，隔绝竖向地震作用；当由于竖向地震作用，使悬浮间距变大或者具有变大趋势时，需要增大线圈的电流，使铁芯6与工字型钢2上翼之间的吸引力足够大以使得竖向承重构件7的竖向位移极小，反之，则需要减小线圈的电流，如此则可实现竖向隔震的半自动控制。为保证铁芯6与工字型钢2上翼产生足够的吸力，通入电流为常导直流电。当遭遇较大震级时，橡胶垫片发挥防止吸死的的作用。通过半主动控制与三维隔震，实现竖向承重构件7在水平向和竖向只有极小甚至零加速度。当地震停止时，缓慢减小线圈5中的电流，使得铁芯6产生的电磁力逐渐减小，竖向承重构件7缓慢回到初始状态，至此隔震工作状态结束。

实施例2

请参阅附图4、5，一种电磁悬浮隔震装置，固定连接在一基座1上，包括固定在所述基座1上的一工字型钢2及搁置在所述工字型钢2上、用于承载竖向承重构件7的一框架3。在本实施例中，电磁悬浮隔震装置应用于建筑结构隔震，所述基座1为建筑结构基础，所述竖向承重构件7属于建筑结构的一部分。所述框架3对工字型钢2的上翼形成包围且具有朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂4，在所述框架的悬臂4上固定有缠绕线圈5的铁芯6，所述缠绕线圈5的铁芯6与工字型钢2的上翼相向设置；所述框架3具有相对工字型钢2的水平方向及竖向运动自由度。

在本实施例中，所述框架3为底部中间开口的口字型结构，所述框架3套接于工字型钢2的上翼并于底部开口处形成朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂4。较佳地，在所述框架3底部的转角内侧设置加劲肋。

所述弹性限位构件8包括一弹簧构件，所述弹簧构件连接于所述框架的悬臂4与工字型钢2的下翼顶面之间，优选地，所述弹簧构件连接于所述框架3底部的转角外侧与工字型钢2的下翼顶面之间。当遭受较大震级，竖向位移过大时，弹簧构件防止铁芯6与工字型钢2上翼吸死。

在实际应用中，本实用新型的电磁悬浮隔震装置的设计需要根据建筑结构自重与上部构件自重，计算使竖向承重构件7悬浮适当距离所需要的吸力，根据吸力大小按电磁场理论设计线圈5、铁芯6，较佳地，所述缠绕线圈5的铁芯6采用U型或者E型铁芯，所述适当距离需要保证悬浮距离为10厘米以上；根据建筑结构自重与上部构件自重，计算工字型钢2需要承受的竖向作用力，保证工字型钢2在在重力作用下不会被破坏；根据建筑结构自重与上部构件自重以及电磁力大小，设计悬臂4的尺寸，并将悬臂4与框架3的其他部分焊接，根据需要可在焊接处，尤其是在所述框架的悬臂根部设置加劲肋；根据建筑结构自重以及最大悬浮间距或根据考虑的地震竖向位移设计弹簧构件，弹簧构件在地震发生之前的初始时刻处于压缩状态，需要保证弹性构件的形变可恢复；根据建筑结构自重，可以采取多个电磁悬浮隔震装置并联的方式，共同支撑建筑结构自重。需要指出的是，在实施例中所提及的上部构件包括框架3以及带线圈5的铁芯6。

所述电磁悬浮隔震装置在施工时，将工字型钢2焊接在留有螺栓的结构基础1上；将弹簧构件的两端分别焊接在所述框架的悬臂4及工字型钢2的下翼顶面上，作为弹性限位构件8；将框架3搁置在工字型钢2上，焊接固定框架3的悬臂4；将缠绕线圈5的铁芯6焊接在悬臂4的自由端上；安装触发装置、加速度监测器以及位移传感器等；接通电源。

请参阅附图6，为本实施例的电磁悬浮隔震装置的工作状态示意图。当加速度监测器检测到水平方向震动信号时，当加速度监测器检测到水平方向震动信号时，控制开启电源，线圈5通电，铁芯6与工字型钢2上翼之间立刻产生较大的吸力，使框架3带动竖向承重构件7整体脱离与工字型钢2接触(弹簧构件接触除外)，隔绝水平地震作用。同时根据地震运动加速度以及竖向位移适时调整电流大小，改变悬浮间距，隔绝竖向地震作用。为保证铁芯6与工字型钢2上翼产生足够的吸力，通入电流为常导直流电。当遭遇较大震级时，弹簧构件从压缩状态发展至拉伸状态，发挥防止铁芯6与工字型钢2上翼吸死的的作用。通过半主动控制与三维隔震，实现竖向承重构件7在水平向和竖向只有极小甚至零加速度。当地震停止时，缓慢减小线圈5中的电流，使得铁芯6产生的电磁力逐渐减小，竖向承重构件7缓慢回到初始状态，至此隔震工作状态结束。

实施例3

请参阅附图7、8，本实施例与实施例2的区别之处在于：所述弹性限位构件8包括一弹簧构件，所述弹簧构件连接于所述框架3与工字型钢2的上翼顶面之间，所述框架与工字型钢的上翼顶面之间还设置一竖向支撑9梁。与实施例2相比，本实施例的电磁悬浮隔震装置改变了弹簧构件8的安装位置，并且在框架与工字型钢的上翼顶面之间增加了一竖向支撑梁9。

所述电磁悬浮隔震装置在施工时，将弹簧构件的两端分别焊接在所述框架与工字型钢的上翼顶面上，作为弹性限位构件8。

在地震发生之前的初始时刻，所述竖向支撑梁9作为承重构件，弹簧构件处于压缩状态。当加速度监测器检测到水平方向震动信号时，控制开启电源，线圈5通电，铁芯6与工字型钢2上翼之间立刻产生较大的吸力，使框架3带动竖向承重构件7整体脱离与竖向支撑梁9接触，隔绝水平地震作用。当遭遇较大震级时，弹簧构件从压缩状态发展至拉伸状态，发挥防止铁芯6与工字型钢2上翼吸死的的作用。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种电磁悬浮隔震装置，固定连接在一基座上，其特征在于，包括固定在所述基座上的一工字型钢及搁置在所述工字型钢上、用于承载竖向承重构件的一框架，所述框架对工字型钢的上翼形成包围且具有朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂，在所述框架的悬臂上固定有缠绕线圈的铁芯，所述缠绕线圈的铁芯与工字型钢的上翼相向设置；所述框架具有相对工字型钢的水平方向及竖向运动自由度。

2.如权利要求1所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述框架为底部中间开口的口字型结构，所述框架套接于工字型钢的上翼并于底部开口处形成朝向工字型钢中轴延伸的两悬臂。

3.如权利要求2所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，在所述框架底部的转角内侧设置加劲肋。

4.如权利要求1所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述电磁悬浮隔震装置还包括一限制所述框架竖向运动行程的弹性限位构件。

5.如权利要求4所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述弹性限位构件包括一橡胶垫片，所述橡胶垫片粘接在工字型钢上翼与所述缠绕线圈的铁芯相向的一侧。

6.如权利要求4所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述弹性限位构件包括一弹簧构件，所述弹簧构件连接于所述框架的悬臂与工字型钢的下翼顶面之间。

7.如权利要求4所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述弹性限位构件包括一弹簧构件，所述弹簧构件连接于所述框架与工字型钢的上翼顶面之间，所述框架与工字型钢的上翼顶面之间还设置一竖向支撑梁。

8.如权利要求1-7中任一项所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述工字型钢焊接固定于所述基座上。

9.如权利要求1-7中任一项所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述缠绕线圈的铁芯焊接固定于所述框架的悬臂上。

10.如权利要求1-7中任一项所述的电磁悬浮隔震装置，其特征在于，所述缠绕线圈的铁芯采用U型或者E型铁芯。