WO2019029197A1 - 一种电涡流摩擦摆减隔震支座 - Google Patents

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Abstract

一种电涡流摩擦摆减隔震支座,该减隔震支座包括上支座板(1)、铰结滑块(2)、球面滑板(3)、下支座板(4)、永磁铁(5)、铜板(6)、竖向减震弹簧(7)、限位板(8)、减震层(9)、防尘圈(10)、螺栓孔(11)、滑块容腔(12)、摩擦垫(13)、耗能垫(14);下支座板(4)的中部设有一个圆形盲孔,在该盲孔的底部自下至上依次设有竖向减震弹簧(7)、球面滑板(3)、摩擦垫(13)、铰结滑块(2),上支座板(1)中部的滑块容腔(12)与铰结滑块(2)相吻合,在上支座板(1)下表面的滑块容腔(12)外周设置有永磁铁(5),相邻永磁铁(5)的磁极相反。该减隔震支座采用电涡流减震技术与新型磁性橡胶材料减震层提高摩擦摆隔震支座的耗能能力,提高耐久性,实现结构在地震、台风等极端荷载作用下的结构三维减隔震。

Description

一种电涡流摩擦摆减隔震支座 技术领域
本发明涉及一种电涡流摩擦摆减隔震支座,属于土木工程领域的桥梁、房屋等结构的减隔震控制技术,尤其涉及一种电涡流摩擦摆减隔震支座。
背景技术
近年来,地震(如唐山地震、汶川地震、雅安地震等)、台风(海葵、麦莎、桑美等)等极端荷载的频繁发生给人们的生命与财产造成了难以承受的损失,我国位于环太平洋地震带-欧亚地震带,地震频发,且东南沿海城市常经历台风困扰。为减小强震、强风作用下土木工程结构的损伤所引起的经济、损失,研发新型减隔震装置,增强建筑、桥梁结构的抗震性能,是保证结构、人民生命、财产安全的重要技术手段。
随着超高、超大跨建筑、大跨度桥梁的不断涌现,结构减隔震装置得到了充分的研发与应用,并取得了良好的减隔震效果,为保障工程结构的安全可靠,减隔震装置在实际工程结构中发挥着重要作用,如铅芯橡胶隔震支座、高阻尼橡胶支座、摩擦摆隔震支座等。然而,传统的减隔震支座主要以减小水平刚度为主要指标来实现减隔震的目的,支座的阻尼耗能能力相对较弱,且强震、强风等极端荷载作用下,采用传统的隔震措施及减隔震装置常不能满足减隔震要求。国内外学者关于减隔震装置做了诸多研究,提出多种新型的减隔震装置,如既有的新型减隔震支座有钢铅组合芯减隔震橡胶支座、软钢芯橡胶垫弹簧组合减隔震支座、多维减隔震铅芯橡胶支座、变曲率摩擦摆隔震支座、高度可调摩擦摆隔震支座、一种双向变曲率摩擦摆隔震支座等。但以上新型支座均以充分发挥支座材料自身耗能性能为主,其自身的阻尼较小,仍旧需要提升减隔震支座的阻尼耗能性能。为实现强阻尼耗能的性能目标,大型结构中常使用阻尼器(液压阻尼器、粘弹性阻尼器等),也使结构的耗能能力大大加强,问题的关键在于,该类阻尼器的耗能性能会随阻尼器本身材料性能的退化而退化,耐久性较差。要实现“大震不倒”的抗震设防目标,避免结构在强震、强风作用下发生倒塌破坏,采用新型减隔震技术手段,增强减隔震支座的阻尼耗能性能,是充分发挥支座减隔震性能的关键。
电涡流耗能减震技术是一种利用磁场与导体的相对运动产生阻尼力来提升减震性能的新技术。具原理为:局部磁场中的运动导体因切割磁感线而产生的电涡流(导体圆周方向产生的环向感应电动势、感应电流),从而在永磁铁产生的磁场与导体之间产生阻碍磁铁与导体相对运动的阻尼力,由于导体的电阻效应,导体的动能通过导体内部电涡流转化为热能得以耗散,达到耗能减震目的。相比传统的结构减隔震装置(如液压阻尼器、粘弹性阻尼器、铅芯橡胶隔震支座等),电涡流耗能减震技术不依靠机械摩擦耗能,不存在漏液、密封、摩擦材料性能退化等问题,具有可靠性高、耐久性好、阻尼耗能性能强、抗疲劳、构造相对简单、易维护等优点。
为了更有效地控制结构强震作用下的地震响应,有必要采用电涡流耗能减震技术研发新型减隔震装置。当前,关于新型摩擦摆减隔震支座的研发如“变曲率摩擦摆隔震支座”、“高度可调摩擦摆隔震支座”、“具有自检测功能的摩擦摆隔震支座”、“一种双向变曲率 摩擦摆隔震支座”等,但主要以充分利用减震装置自身材料性能为主,材料自身的阻尼较小,且耗能性能会随减震装置本身材料性能的退化而退化,耐久性较差,构造较复杂,不便维护。
因此,亟待解决上述问题。
发明内容
技术问题:本发明的目的是提供一种电涡流摩擦摆减隔震支座,针对传统摩擦摆隔震支座自身的阻尼小,耗能性能会随隔震支座本身摩擦材料性能的退化而退化,耐久性较差,只能实现水平方向隔震的缺点,提出一种利用电涡流耗能减隔震原理与新型磁性橡胶材料,实现非接触耗能,提高隔震支座耐久性及阻尼耗能性能,可实现结构在地震、台风等极端荷载作用下三维减隔震的电涡流摩擦摆减隔震支座。
技术方案:为实现以上目的,本发明所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座包括上支座板、铰结滑块、球面滑板、下支座板、永磁铁、铜板、竖向减震弹簧、限位板、减震层、防尘圈、螺栓孔、滑块容腔、摩擦垫、耗能垫;所述的下支座板的中部设有一个圆形盲孔,在该盲孔的底部自下至上依次设有竖向减震弹簧、球面滑板、摩擦垫、铰结滑块,上支座板中部的滑块容腔与铰结滑块相吻合,在上支座板下表面的滑块容腔外周沿径向设置有永磁铁,相邻永磁铁的磁极相反。
其中,所述上支座板与铰结滑块之间的滑块容腔内设置有减震层,且上支座板与铰结滑块相连接部位最外侧设置有间隙,保证铰结滑块可自由转动。
所述铰结滑块底面设置有摩擦垫,与铰结滑块紧密粘接。
所述球面滑板的上表面为凹圆弧形,下表面为平底。
所述下支座板内底面设置有由磁性橡胶材料组成的减震层,该减震层中心位置与外侧环向均匀设置竖向减震弹簧。
所述下支座板顶面内侧设置有限位板,限位板内侧设置有耗能垫,下支座板与球面滑板顶面均设置有导体铜板。
所述竖向减震弹簧两端分别与球面滑板的底部、下支座板中部盲孔的底部连接。
所述上支座板、下支座板外周预留有螺栓孔;上支座板、下支座板外周之间连接有柔性的防尘圈,防尘圈可保证铜板表面清洁。
再者,竖向减震弹簧与减震层紧密连接,协同变形。
所述永磁铁的大小依据抗震设防要求设置。
所述耗能垫厚度依据限位板顶面的铜板外伸长度确定。
所述减震层、耗能垫为新型磁性橡胶材料,具有强变形与吸震性能。
本发明的设计思想为增强支座阻尼耗能性能,提升支座耐久性,并实现多维减隔震。
有益效果:与现有技术相比,本发明具有以下显著优点:
1、本发明基于电涡流耗能减震原理,利用电阻效应,将结构的动能转化为热能得以耗散,其耗能能力强与传统的摩擦材料。
2、本发明通过分别在上支座板、下支座板设置永磁铁、铜板,实现非接触耗能,解决了传统摩擦摆隔震支座依靠机械摩擦耗能、摩擦材料性能退化的缺点。
3、本发明所述一种电涡流摩擦摆减隔震支座随水平位移的增大,导体铜板与永磁铁组的间距逐渐减小,支座水平等效阻尼系数逐渐增大,将有助于实现摩擦摆减隔震支座的自动限位。
4、本发明通过设置竖向减震弹簧与减震层,可实现结构三维减隔震。
附图说明
图1为该一种电涡流摩擦摆减隔震支座的剖视图;
图2为该一种电涡流摩擦摆减隔震支座的俯视图;
图3为图1中A-A的剖视图;
图4为图1中B-B的剖视图;
图5为图1中C-C的剖视图。
图中有:上支座板1;铰结滑块2;球面滑板3;下支座板4;永磁铁5;铜板6;竖向减震弹簧7;限位板8;减震层9;防尘圈10;螺栓孔11;滑块容腔12;摩擦垫13;耗能垫14。
具体实施方式
本发明所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座包括上支座板、上支座板底面外周的永磁铁、与上支座板通过减震层相连的铰结滑块、下支座板、下支座板内底面的中心位置及外周设置有竖向减震弹簧的减震层、减震层顶面的球面滑板、以及位于球面滑板和下支座板顶面的铜板、下支座板顶面内侧的限位板、限位板内侧的耗能垫。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步说明。
如图1和图3所示,上支座板1环向布设永磁铁5,永磁铁5沿径向、环向均间隔布置,形成永磁铁组,永磁铁5与上支座板1牢固粘结,相邻永磁铁5磁极相反。上支座板1与铰结滑块2通过柔性减震层连接,铰结滑块2底面粘结摩擦垫。上支座板1、下支座板4外侧环向设置柔性防尘圈10,一端与上支座板1下表面粘接,另一端与下支座板顶面相粘接。具体地,防尘圈可10可沿水平、竖向自由伸缩,摩擦垫为低摩擦材料,减震层为新型磁性橡胶材料。
如图1和图4所示,球面滑板3顶面、下支座板4顶面、限位板8顶面与外侧面均铺设有铜板6,并与铜板6牢固连接。
如图1和图5所示,下支座板4的内底面设有竖向减震弹簧7与减震层9,竖向减震弹簧7分别在减震层9中心位置、外周均匀布置,减震层9上设置球面滑板3,并紧密粘结,竖向减震弹簧7一端与下支座板4内底面相连,另一端与球面滑板3下表面相连接。下支座板4顶面内侧、外周分别均匀布设限位板8,限位板8内侧设置耗能垫14,下支座板外周预留螺栓孔11;具体的,球面滑板3截面形状为圆形曲面结构,下支座板4截面形状为圆形内凹结构。
如图5所示,减震层9与竖向减震弹簧7紧密粘结,形成一个整体,实现变形协调。
如图1所示,该电涡流摩擦摆减隔震支座的耗能减隔震原理:
当该一种电涡流摩擦摆减隔震支座受水平地震、台风等荷载作用时,上支座板1与下支座板4发生相对运动,即下支座板4顶面的铜板6相对于由永磁铁5组成的永磁铁组发生相对运动,铜板6在永磁铁5产生的局部磁场中发生切割磁感线运动,使得铜板6在切割磁感线时的磁通量不断发生变化,因而在铜板6内部产生的电涡流(铜板圆周方向产生的环向感应电动势、感应电流),由于铜板6的电阻效应,铜板6的动能通过电涡流转化为热能得以耗 散,达到耗能减震目的;当铰结滑块2达到并超过最大允许水平位移时,耗能垫14发生压缩变形,与限位板8共同发挥耗能作用。
当该一种电涡流摩擦摆减隔震支座受竖向地震等荷载作用时,竖向减震弹簧7与减震层9通过发生压缩变形与拉升变形来实现耗能减震,具有显著地变形及摩擦耗能能力。当铰结滑块2滑向球面滑板3的外周时,铰结滑块2处球面滑板3下方的竖向减震弹簧7与减震层9通过压缩变形耗能减震;球面滑板3另一侧下方的竖向减震弹簧7与减震层9受拉变形耗能,竖向减震弹簧可保证球面滑板3归位,可实现竖向减震。
应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。

Claims (10)

  1. 一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:该减隔震支座包括上支座板(1)、铰结滑块(2)、球面滑板(3)、下支座板(4)、永磁铁(5)、铜板(6)、竖向减震弹簧(7)、限位板(8)、减震层(9)、防尘圈(10)、螺栓孔(11)、滑块容腔(12)、摩擦垫(13)、耗能垫(14);所述的下支座板(4)的中部设有一个圆形盲孔,在该盲孔的底部自下至上依次设有竖向减震弹簧(7)、球面滑板(3)、摩擦垫(13)、铰结滑块(2),上支座板(1)中部的滑块容腔(12)与铰结滑块(2)相吻合,在上支座板(1)下表面的滑块容腔(12)外周沿径向设置有永磁铁(5),相邻永磁铁(5)的磁极相反。
  2. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述上支座板(1)与铰结滑块(2)之间的滑块容腔(12)内设置有减震层(9),且上支座板(1)与铰结滑块(2)相连接部位最外侧设置有间隙,保证铰结滑块可自由转动。
  3. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述铰结滑块(2)底面设置有摩擦垫(13),与铰结滑块(2)紧密粘接。
  4. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述球面滑板(3)的上表面为凹圆弧形,下表面为平底。
  5. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:下支座板(4)内底面设置有由磁性橡胶材料组成的减震层(9),该减震层(9)中心位置与外侧环向均匀设置竖向减震弹簧(7)一致。
  6. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述竖向减震弹簧(7)两端分别与球面滑板(3)的底部、下支座板(4)中部盲孔的底部连接。
  7. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述下支座板(4)顶面内侧设置有限位板(8),限位板(8)内侧设置有耗能垫(14),下支座板(4)与球面滑板(3)顶面均设置有铜板(6)。
  8. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述上支座板(1)、下支座板(4)外周预留有螺栓孔(11)。
  9. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述上支座板(1)、下支座板(4)外周之间连接有柔性的防尘圈(10),防尘圈(10)可保证铜板表面清洁。
  10. 根据权利要求1所述的一种电涡流摩擦摆减隔震支座,其特征在于:所述减震层(9)、耗能垫(14)为磁性橡胶材料,具有强变形与吸震性能;上支座板(1)、下支座板(4)为具有良好导磁性能的材料。
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