本發(fā)明涉及一種工程結(jié)構(gòu)減振裝置及其制造施工方法，具體涉及一種斥力型磁懸浮隔震支座及其制造施工方法。

背景技術(shù)：

磁懸浮隔振是一種新型的主動式隔震方法，它在振源與結(jié)構(gòu)體之間用主動控制的磁場來支撐，使得振源與結(jié)構(gòu)體之間完全脫離機械接觸，達到隔絕振動的目的。磁懸浮隔振技術(shù)已成功的運用于航天、航海、鐵路運輸、風能發(fā)電等領(lǐng)域，但在土木工程界尚未見運用。本申請系專利《磁懸浮在工程結(jié)構(gòu)防振領(lǐng)域中的技術(shù)應(yīng)用》（zl200910111587.2）的一種具體實施裝置。

《電磁懸浮隔振裝置》（zl201420258189.x）和《電磁永磁混合懸浮隔振裝置》（zl201420258151.2）兩項實用新型專利提出的磁懸浮隔振支座，基本原理就是制造一個利用磁力的支座，使結(jié)構(gòu)脫離基礎(chǔ)，從而擺脫地震動的影響。其設(shè)想是：“在接收到地震信號時自動開啟電源，繞有線圈的懸浮電磁鐵和銜鐵之間產(chǎn)生吸力，迫使銜鐵帶動結(jié)構(gòu)上升，脫離結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，懸浮于空中”。

電磁場理論表明：電磁鐵之間磁作用力與兩者間間隙的平方成反比，和電流的安匝數(shù)成正比。常導(dǎo)電磁技術(shù)要想獲得足夠的電磁懸浮力，必須加大電流或減小間隙，而加大電流必然要求懸浮裝置尺寸加大、造價提高?，F(xiàn)有利用電磁吸力的常導(dǎo)懸浮隔振裝置，浮重比通常為10:1，對土木工程結(jié)構(gòu)動則數(shù)百噸質(zhì)量，需要數(shù)十噸重裝置，經(jīng)濟上不太合理，設(shè)計施工都比較困難。再者需要配備控制精度要求高的直流電供電設(shè)備，對于平時不用震時才用的技術(shù)裝備，養(yǎng)護成本大。

上述新型專利和現(xiàn)今廣泛運用的電磁懸浮裝置均為吸力型，其優(yōu)點是力學(xué)性能穩(wěn)定、控制精度高，其缺點是裝置復(fù)雜、體量大、裝備多。對于航空航天、高鐵等工程，需要高精度地控制經(jīng)常性的振動，采用這種電磁懸浮控制方式是合理而且是必須的，而對于土木工程，振動（地震、風振）是偶爾的，且控制精度要求低，甚至傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計是強度控制設(shè)計而不是剛度或舒適度控制設(shè)計。因此，宜采用簡單的、低成本且精度較低的新型電磁懸浮裝置—斥力型磁懸浮隔振支座。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決現(xiàn)有的吸力型磁懸浮隔振裝置復(fù)雜、體量大、裝備多、成本高的技術(shù)問題，改變現(xiàn)有吸力型磁懸浮隔振裝置為斥力型磁懸浮隔振裝置。

本發(fā)明的具體實施方案是：一種斥力型磁懸浮隔震支座，包括結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件下方設(shè)置有斥力型電磁裝置，所述斥力型電磁裝置包括縱向設(shè)置纏繞有電線的上電磁鐵和下電磁鐵，所述電線的布設(shè)保證上電磁鐵和下電磁鐵通電時產(chǎn)生斥力，所述上電磁鐵上端與結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件下端固定連接，所述上電磁鐵下端與下電磁鐵上端具有相互配合的凹凸面，所述下電磁鐵下端固定于滑移支座，所述滑移支座固定于建筑基礎(chǔ)上，所述上電磁鐵挑耳與下電磁鐵挑耳之間設(shè)有彈簧。

進一步的，所述上電磁鐵下端設(shè)有錐形凸起，下電磁鐵上端具有與上電磁鐵錐形凸起相配合的錐形凹槽，或所述上電磁鐵下端設(shè)有錐形凹槽，下電磁鐵上端具有與上電磁鐵錐形凹槽相配合的錐形凸起。

進一步的，所述上電磁鐵與下電磁鐵內(nèi)設(shè)有短路環(huán)。

進一步的，所述上電磁鐵與下電磁鐵均對應(yīng)設(shè)置有挑耳，上電磁鐵的挑耳與下電磁鐵的挑耳貫穿有約束拉桿，所述約束拉桿上端固定有防止約束拉桿脫出的端板，所述約束拉桿下端固定有與約束拉桿螺紋連接的鎖緊螺帽，所述約束拉桿縱向長度比上電磁鐵的挑耳上表面至下電磁鐵的挑耳下表面的距離長，所述約束拉桿的自由長度小于電磁鐵凸起高度，所述上電磁鐵及下電磁鐵的挑耳成對或沿圓周方向環(huán)形布設(shè)于上電磁鐵及下電磁鐵的周側(cè)。

進一步的，所述約束拉桿外側(cè)套設(shè)有彈簧，所述彈簧上下端分別抵頂于上電磁鐵挑耳與下電磁鐵挑耳之間。

進一步的，所述上電磁鐵和下電磁鐵外套設(shè)有彈簧，所述彈簧上下端分別抵頂于上電磁鐵挑耳與下電磁鐵挑耳之間。

進一步的，所述滑移支座為摩擦擺支座或由聚四氟乙烯板構(gòu)成相互疊合的滑移支座板以隔離水平地震對結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件的影響。

進一步的，所述錐形凸起相配合的錐形凹槽中心對稱。

進一步的，所述上電磁鐵的挑耳或下電磁鐵的挑耳上設(shè)置有感應(yīng)上、下電磁鐵間距離的位移傳感器。

本發(fā)明還包括一種如上所述的斥力型磁懸浮隔震支座制造安裝方法，包括下列步驟：

（1）斥力型磁懸浮隔震支座在工廠制造時，在上電磁鐵與下電磁鐵外纏繞電線，保證通電時上電磁鐵和下電磁鐵間產(chǎn)生斥力；

（2）在上電磁鐵挑耳和下電磁鐵挑耳之間放置彈簧，利用外部力量加壓上電磁鐵，使上電磁鐵與下電磁鐵相向面貼合，彈簧得以壓縮，之后將約束拉桿貫穿上電磁鐵挑耳和下電磁鐵挑耳，約束拉桿下部具有螺牙，在約束拉桿下部安裝螺帽使螺帽緊貼下電磁鐵挑耳下表面，實現(xiàn)對彈簧的鎖緊，再運至工地安裝；

所述步驟（2）中彈簧設(shè)置于上電磁鐵及下電磁鐵外部或約束拉桿外部；

（3）在承重構(gòu)件對應(yīng)的地基上設(shè)置并固定滑移支座；

（4）將步驟（2）中制造完成的斥力型磁懸浮隔震支座固定于滑移支座上；

（5）在斥力型磁懸浮隔震支座上電磁鐵上施作上部結(jié)構(gòu)；

（6）待上部結(jié)構(gòu)完成后，松開約束拉桿下螺帽至約束拉桿最下端。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：本發(fā)明一種斥力型磁懸浮隔震支座，由滑移支座和斥力型電磁裝置組成。利用斥力型電磁裝置隔離豎向振動，利用滑移支座隔離水平振動。懸浮力大，交、直流電均可，裝置的尺寸和造價低，不需要特殊的控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)。且比土木工程現(xiàn)有隔震技術(shù)（均為機械接觸式），控制、隔離震動的效果好且安全性、經(jīng)濟性好。另外和現(xiàn)有的普遍采用的吸力型懸浮設(shè)計相比，克服了磁吸力（正反饋力）不易控制而導(dǎo)致的控制系統(tǒng)龐大、復(fù)雜，造價高昂的缺點，可以大大減少甚至基本消除地震作用，結(jié)構(gòu)主體的抗震設(shè)計標準可大大降低，工程結(jié)構(gòu)建造費用降低；消除地震帶來的財產(chǎn)損失、人員損失，消除人類面對自然威脅的精神壓力。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例一工廠制造完成的支座縱向剖視圖（螺帽擰緊彈簧壓縮狀態(tài)）；

圖2為本發(fā)明實施例一工地安裝好的支座縱向剖視圖（螺帽擰忪彈簧壓縮狀態(tài)）；

圖3為本發(fā)明實施例一工作中的支座縱向剖視圖（彈簧的恢復(fù)力和電磁力共同控制）；

圖4為本發(fā)明實施例二工廠制造完成的支座縱向剖視圖（螺帽擰緊彈簧壓縮狀態(tài)）；

圖5為本發(fā)明實施例二工地安裝好的支座的縱向剖視圖（螺帽擰忪彈簧壓縮狀態(tài)）；

圖6為本發(fā)明實施例二工作中的支座縱向剖視圖（彈簧的恢復(fù)力和電磁力共同控制）；

其中：11、滑移支座下板12、滑移支座上板2、下電磁鐵21、下電磁鐵挑耳3、上電磁鐵31、上電磁鐵挑耳4、線圈41、電線5、約束拉桿51、端板52、鎖緊螺帽6、位移傳感器7、結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件8、銅短路環(huán)9、彈簧。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明做進一步詳細的說明。

如圖1～3所示為本發(fā)明實施例一的縱向剖視圖。上電磁鐵3設(shè)有下凸的錐狀凸部，下電磁鐵2設(shè)有下凹的錐狀凹槽，電磁鐵外纏繞線圈4。在通常狀態(tài)下，上電磁鐵3插在下電磁鐵2中；當接收到地震預(yù)警信號時，電線41通電，在上電磁鐵3和下電磁鐵2內(nèi)產(chǎn)生斥力，由于上電磁鐵與下電磁鐵是錐形對稱的，電磁鐵間的水平斥力互抵，保持自動對中能力，電磁鐵間的豎向斥力使上電磁鐵3懸浮，帶動固定于上電磁鐵3上的結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件7上浮。

為了避免上電磁鐵3上的結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件7上浮過高，下電磁鐵挑耳21和上電磁鐵挑耳31貫穿有約束拉桿5，所述約束拉桿上下端固定有防止約束拉桿脫出的約束拉桿端板51及于約束拉桿下端螺紋連接的鎖緊螺帽52，所述約束拉桿5縱向長度比上電磁鐵的挑耳上表面至下電磁鐵的挑耳下表面距離長，所述約束拉桿5的自由長度（即約束拉桿5縱向超出上電磁鐵的挑耳上表面至下電磁鐵的挑耳下表面距離的部分）小于電磁鐵凸起高度。

如果需要提高振動控制精度，可在下電磁鐵挑耳21和上電磁鐵挑耳31之間設(shè)置位移傳感器6，根據(jù)兩挑耳間間距情況實時控制輸入電流大小。

在實際應(yīng)用中需要提高振動控制精度時可直接采用直流電，而一般精度的振動控制可采用民用交流電，采用民用交流電時在上、下電磁鐵內(nèi)可增加設(shè)置銅短路環(huán)8，利用磁滯效應(yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)電流減少電流變化帶來的不利影響。電線41接通電源由地震預(yù)警信號控制，震動結(jié)束后，電源斷電，上電磁鐵3重新插入下電磁鐵2中。

為提高本裝置效用（即在盡可能利用民用交流電，不增加額外電源裝備或電流強度的情況下），加大懸浮間隙，在上電磁鐵挑耳31和下電磁鐵挑耳21之間設(shè)置彈簧9，在常規(guī)狀態(tài)下（即無需控制振動，上電磁鐵、下電磁鐵間無間隙時），彈簧9呈受壓狀態(tài)，彈簧9的總彈力應(yīng)小于上部結(jié)構(gòu)傳遞給承重構(gòu)件7的恒荷載；在工作狀態(tài)下，彈簧9提供恢復(fù)力，和電磁斥力一起作用于上電磁鐵3，控制上部結(jié)構(gòu)振動。

本實施例中，彈簧9和約束拉桿5成對設(shè)置，實際應(yīng)用中也可以在上、下電磁鐵挑耳間多對均布。此外，還可以在上電磁鐵及下電磁鐵外套設(shè)彈簧。也可以組合上述兩種彈簧設(shè)置方法。

為了將未工作時處于受壓狀態(tài)的彈簧9安裝在上電磁鐵挑耳31和下電磁鐵挑耳21之間，在工廠制造時，如圖1所示，首先在上電磁鐵與下電磁鐵外纏繞電線，保證通電時上電磁鐵和下電磁鐵間產(chǎn)生斥力，在上電磁鐵挑耳31和下電磁鐵挑耳21放置彈簧后利用外部力量加壓上電磁鐵3，使上電磁鐵3與下電磁鐵2相向面貼合，彈簧9得以壓縮，之后將約束拉桿5貫穿上電磁鐵挑耳31和下電磁鐵挑耳21，約束拉桿5下部具有螺牙，在約束拉桿下部安裝螺帽52使螺帽緊貼下電磁鐵挑耳21下表面，實現(xiàn)對彈簧9的鎖緊，運至工地安裝；

如圖２所示，在工地施工時，在承重構(gòu)件對應(yīng)的地基上設(shè)置并固定滑移支座；將制造完成的斥力型磁懸浮隔震支座固定于滑移支座上板12上；在斥力型磁懸浮隔震支座上電磁鐵3上施作上部結(jié)構(gòu)；待上部結(jié)構(gòu)完成后，松開約束拉桿下螺帽52至約束拉桿5最下端。

本實施例視圖中彈簧9套設(shè)于各個約束拉桿5外部，若采用彈簧套設(shè)于上、下電磁鐵外，采用同上步驟工廠制作和現(xiàn)場安裝。制造及施工時應(yīng)保證彈簧和上、下電磁鐵間留有水平向間隙，不影響上電磁鐵3的自由振動。

當然實際設(shè)計中，也可以如圖4～6（實施例二）所示，與圖1～3比，區(qū)別在于上電磁鐵3設(shè)有內(nèi)凹的錐面凹槽，下電磁鐵2設(shè)有上凸的錐面凸起。和圖1～3相比，圖4～6所示錐體形式對于裝置的清潔保證更有利。

本發(fā)明所述滑移支座可以是聚四氟乙烯板、摩擦擺支座等可以隔水平地震的支座。

本發(fā)明提供的斥力型磁懸浮隔震支座，可以以并聯(lián)的方式運用，即在一個結(jié)構(gòu)承重構(gòu)件7下，如柱子下，視柱底力大小同時設(shè)置多個支座；也可以在承重墻下同時設(shè)置多個支座。

本發(fā)明中闡述的震動，其振動原因不僅僅受限于地震產(chǎn)生，還可以是但不限于風等自然外力、外力沖擊或內(nèi)部工程結(jié)構(gòu)的相互作用。

另外，上述本發(fā)明公開的任一技術(shù)方案中所應(yīng)用的用于表示位置關(guān)系或形狀的術(shù)語除另有聲明外其含義包括與其近似、類似或接近的狀態(tài)或形狀。

本發(fā)明提供的任一部件既可以是由多個單獨的組成部分組裝而成，也可以為一體成形工藝制造出來的單獨部件。

最后應(yīng)當說明的是:以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對其限制；盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：依然可以對本發(fā)明的具體實施方式進行修改或者對部分技術(shù)特征進行等同替換；而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明請求保護的技術(shù)方案范圍當中。