本發(fā)明涉及磁流體阻尼器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐。

背景技術(shù)：

地震是危及人民生命財(cái)產(chǎn)的突發(fā)式自然災(zāi)害。已有研究表明，結(jié)構(gòu)震后的殘余變形角大于0.5％時(shí)，維修成本便大于重建成本。當(dāng)建筑物遭遇高于本地區(qū)設(shè)防烈度的強(qiáng)地震作用時(shí)，即使保持了結(jié)構(gòu)的整體完整性，但由于變形過大、部分構(gòu)件的嚴(yán)重破壞而需要大范圍的加固修復(fù)，甚至只能推倒重建造成了巨大的浪費(fèi)，影響了人們的正常生活。為此，國內(nèi)外學(xué)者近年提出將“可恢復(fù)功能結(jié)構(gòu)”作為地震工程合作的大方向?？苫謴?fù)功能結(jié)構(gòu)是指地震(設(shè)防或罕遇地震)后不需修復(fù)或在部分使用狀態(tài)下稍許修復(fù)即可恢復(fù)其使用功能的結(jié)構(gòu)，不僅能夠消耗地震傳輸給結(jié)構(gòu)的能量，而且震后能夠很快的恢復(fù)其正常使用功能，幫助人們盡快恢復(fù)正常生活，如搖擺墻、自復(fù)位框架、可更換結(jié)構(gòu)構(gòu)件、自復(fù)位構(gòu)件等。

目前自復(fù)位構(gòu)件主要有形狀記憶合金自復(fù)位阻尼器、預(yù)應(yīng)力筋自恢復(fù)耗能支撐。形狀記憶合金自復(fù)位阻尼器充分利用了形狀記憶合金的超彈性性能，旗形滯回曲線飽滿，減少甚至消除了殘余變形，但是形狀記憶合金的性能受溫度影響，并且在變形后需要通過對(duì)形狀記憶合金加熱才能使其恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，升溫可能會(huì)對(duì)阻尼器的其它組件產(chǎn)生不利影響且造價(jià)昂貴；采用預(yù)應(yīng)力筋的自恢復(fù)耗能支撐由于預(yù)應(yīng)力筋彈性變形小的缺點(diǎn)，滿足不了典型框架結(jié)構(gòu)層間位移及大變形結(jié)構(gòu)的需求。

自復(fù)位構(gòu)件在工程應(yīng)用中關(guān)鍵的問題是如何根據(jù)結(jié)構(gòu)振動(dòng)強(qiáng)度確定耗能構(gòu)件合適的起滑力，現(xiàn)有自復(fù)位耗能構(gòu)件的阻尼力不隨位移幅值變化而改變，自復(fù)位構(gòu)件進(jìn)入耗能階段時(shí)的起滑力至少為阻尼力與預(yù)壓力之和，起滑力通常較大。如果在建筑結(jié)構(gòu)的抗震和抗風(fēng)設(shè)計(jì)中按強(qiáng)振作用工況設(shè)計(jì)耗能構(gòu)件，則該構(gòu)件在弱振作用下不會(huì)滑動(dòng)，不容易進(jìn)入耗能階段，不能有效耗散外部輸入的能量。而如果按弱振工況確定構(gòu)件起滑力，則耗能構(gòu)件在強(qiáng)振作用下將因出力噸位過小，致使結(jié)構(gòu)響應(yīng)過大而達(dá)不到理想的減振和耗能效果。

磁流變液是近年來出現(xiàn)的一種新型智能材料。在磁場(chǎng)的作用下，磁流變液可以在毫秒級(jí)的時(shí)間內(nèi)由流動(dòng)性良好的牛頓流體轉(zhuǎn)變?yōu)楦哒扯?、低流?dòng)性的Bingham粘塑性體，活塞擠壓磁流變液克服在阻尼通道固化的剪切屈服力提供阻尼力，制成的磁流變阻尼器具有出力大、能耗低、響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)，但傳統(tǒng)的磁流體阻尼器沒有復(fù)位功能，不能提供恢復(fù)力，通常震后具有較大的殘余變形，不能有效保證地震下結(jié)構(gòu)的安全。

因此，需要提供一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐，解決現(xiàn)有自復(fù)位構(gòu)件起滑力較大的問題，同時(shí)兼顧磁流變液和碟簧的優(yōu)點(diǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐，通過阻尼通道寬度的變化，活塞擠壓磁流變液克服在永久磁場(chǎng)作用下固化產(chǎn)生的剪切屈服力隨位移幅值的增加而增加。受壓碟簧不僅可以作為恢復(fù)材料提供恢復(fù)力，而且疊加后的碟簧在工作時(shí)具有一定的耗能能力，變形后不需要采取任何措施即可恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐，包括導(dǎo)向軸組合、內(nèi)管組合、自復(fù)位裝置和耗能裝置，所述內(nèi)管組合包括內(nèi)管、碟簧端板擋塊和內(nèi)管端部擋塊，所述導(dǎo)向軸組合包括導(dǎo)向軸和導(dǎo)向軸螺母，所述自復(fù)位裝置包括左側(cè)碟簧、右側(cè)碟簧和碟簧端板，所述耗能裝置包括圓缸筒、密封端板、活塞、永久磁鐵、隔磁環(huán)和磁流變液。

所述內(nèi)管的中部外套設(shè)兩個(gè)永久磁鐵，所述永久磁鐵外套設(shè)隔磁環(huán)，所述永久磁鐵和隔磁環(huán)的左右兩側(cè)固定設(shè)置活塞，所述活塞外套設(shè)有圓缸筒，所述圓缸筒的內(nèi)壁上對(duì)應(yīng)活塞處設(shè)有凹槽，所述圓缸筒的兩端固定設(shè)置密封端板，所述圓缸筒、內(nèi)管、活塞與密封端板的密封空間內(nèi)填充磁流變液；本裝置實(shí)現(xiàn)阻尼力的隨位移幅值變化而變化的方式為間隔設(shè)置活塞與圓缸筒內(nèi)側(cè)之間1.5mm或6.5mm不等的空隙(阻尼通道)。磁流變液在磁場(chǎng)作用下的固化產(chǎn)生的剪切屈服強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比，而磁場(chǎng)強(qiáng)度又與阻尼通道的寬度成反比。所述圓缸筒內(nèi)徑發(fā)生變化，使構(gòu)件工作時(shí)圓缸筒與活塞間隙發(fā)生變化，形成不等的阻尼通道。故在裝置響應(yīng)的初始階段，阻尼通道較寬，磁場(chǎng)強(qiáng)度小，磁流變液剪切屈服強(qiáng)度小，隨著位移的增大，阻尼通道逐漸減小，磁場(chǎng)強(qiáng)度隨之變大，磁流變液剪切屈服強(qiáng)度也不斷提高。因此，支撐起滑力為碟簧預(yù)壓力和初始等效庫侖阻尼力之和，在往復(fù)響應(yīng)的過程中，其阻尼力隨位移幅值的增加而增大，這樣既保證了支撐具有較小的起滑力，盡快進(jìn)入工作狀態(tài)，又提供了持續(xù)可靠的耗能能力，消減輸入結(jié)構(gòu)的能量。

所述內(nèi)管的兩端分別套設(shè)有左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧，所述左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧的兩端分別設(shè)置碟簧端板，內(nèi)側(cè)碟簧端板外側(cè)端的內(nèi)管上固定設(shè)置碟簧端板擋塊，外側(cè)碟簧端板外側(cè)端的內(nèi)管上固定設(shè)置內(nèi)管端部擋塊；

所述碟簧端板和密封端板的中心開孔套設(shè)在內(nèi)管上，所述碟簧端板和密封端板上分別設(shè)有四個(gè)導(dǎo)向軸孔，所述導(dǎo)向軸套設(shè)在導(dǎo)向軸孔內(nèi)，所述碟簧端板的外側(cè)端和密封端板的外側(cè)端的導(dǎo)向軸上固定設(shè)置導(dǎo)向軸螺母。碟簧端板給左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧施加初始的壓縮變形，從而使內(nèi)管與導(dǎo)向軸成為一個(gè)整體。

優(yōu)選地，所述內(nèi)管的左端固定設(shè)置內(nèi)管連接板，所述導(dǎo)向軸的右端固定設(shè)置導(dǎo)向軸連接板，所述導(dǎo)向軸連接板外側(cè)端的導(dǎo)向軸上固定設(shè)置導(dǎo)向軸螺母。內(nèi)管連接板和導(dǎo)向軸連接板分別與建筑結(jié)構(gòu)上(下)層連接。

優(yōu)選地，所述左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧的內(nèi)徑大于內(nèi)管的外徑，所述左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧的外徑小于對(duì)角導(dǎo)向軸之間的距離。這樣可以保證左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧可以在內(nèi)管上相對(duì)滑動(dòng)，左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧不與導(dǎo)向軸相接觸。

優(yōu)選地，所述碟簧端板的中心開孔直徑大于內(nèi)管的外徑，保證碟簧端板可以在內(nèi)管上相對(duì)滑動(dòng)，所述密封端板的中心開孔直徑大于內(nèi)管的外徑。這樣可以保證密封端板與內(nèi)管相對(duì)滑動(dòng)。

優(yōu)選地，所述碟簧端板和密封端板上的導(dǎo)向軸孔的直徑大于導(dǎo)向軸的外徑。這樣可以保證碟簧端板和密封端板與導(dǎo)向軸可以相對(duì)滑動(dòng)。

優(yōu)選地，所述導(dǎo)向軸、圓缸筒、活塞和內(nèi)管的材質(zhì)為45號(hào)鋼。所述左側(cè)碟簧和右側(cè)碟簧的材質(zhì)為60CrMnA的熱軋碟簧鋼。所述密封端板、碟簧端板、碟簧端板擋塊、內(nèi)管端部擋塊、內(nèi)管連接板和導(dǎo)向軸連接板的材質(zhì)為Q345鋼。所述隔磁環(huán)的材質(zhì)為06Cr19Ni10的304不銹鋼。所述永久磁鐵為圓環(huán)狀釹鐵硼磁鐵。

本發(fā)明的有益效果如下：

本發(fā)明的一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐由于采用了以上技術(shù)方案，不僅擁有較好的耗能能力，在卸載以后能恢復(fù)到初始狀態(tài)，地震作用后減少甚至消除了結(jié)構(gòu)的殘余變形，而且裝置起滑力僅為初始較小的阻尼力和預(yù)壓力之和，在結(jié)構(gòu)受到較低的震動(dòng)影響下，既不提供較大的剛度又能確?？煽康暮哪苣芰?，可以盡快進(jìn)入工作。結(jié)構(gòu)的位移響應(yīng)越大，裝置提供的阻尼力就越大，消耗的能量就越多，確保了結(jié)構(gòu)在強(qiáng)振作用下理想的減振和耗能效果。此裝置內(nèi)部通過機(jī)械連接傳力，組裝簡單，使用方便，具有更高的可靠性，大大減少了焊接范圍，避免了因焊接導(dǎo)致的鋼材金相組織和機(jī)械性能發(fā)生變化及焊接殘余應(yīng)力，構(gòu)件受力性能更加穩(wěn)定。

與運(yùn)用形狀記憶合金的自復(fù)位阻尼器及運(yùn)用預(yù)應(yīng)力鋼筋的自恢復(fù)耗能支撐相比，具有以下有益效果：

(1)與運(yùn)用形狀記憶合金的自復(fù)位阻尼器相比，碟簧在其彈性變形范圍內(nèi)不需采取任何措施即可恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，而形狀記憶合金在變形后需要對(duì)其進(jìn)行加熱處理才能恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。

(2)與運(yùn)用預(yù)應(yīng)力鋼筋的自恢復(fù)耗能支撐相比，在彈性變形范圍內(nèi)，碟簧的變形能力遠(yuǎn)大于預(yù)應(yīng)力鋼筋的變形能力，能夠滿足典型結(jié)構(gòu)層間位移的需求，從而增大構(gòu)件的耗能能力。

附圖說明

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1示出本發(fā)明的一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2示出本發(fā)明圖1中的G部放大圖。

圖3示出本發(fā)明的一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐的導(dǎo)向軸組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4示出本發(fā)明的一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐的內(nèi)管組合結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5示出本發(fā)明圖1中的A-A方向剖面示意圖。

圖6示出本發(fā)明圖1中的B-B方向剖面示意圖。

圖7示出本發(fā)明圖1中的C-C方向剖面示意圖。

圖8示出本發(fā)明圖1中的D-D方向剖面示意圖。

圖9示出本發(fā)明圖1中的E-E方向剖面示意圖。

圖10示出本發(fā)明圖1中的F-F方向剖面示意圖。

圖中各標(biāo)記如下：1導(dǎo)向軸，2圓缸筒，3內(nèi)管，4密封端板，5碟簧端板，6碟簧端板擋塊，7內(nèi)管端部擋塊，8導(dǎo)向軸螺母，9活塞，10永久磁鐵，11隔磁環(huán)，12磁流變液，13內(nèi)管連接板，14導(dǎo)向軸連接板，15左側(cè)碟簧，16右側(cè)碟簧。

具體實(shí)施方式

為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結(jié)合優(yōu)選實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標(biāo)記進(jìn)行表示。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，下面所具體描述的內(nèi)容是說明性的而非限制性的，不應(yīng)以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。

如圖1-圖10所示，一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐，包括導(dǎo)向軸組合、內(nèi)管組合、自復(fù)位裝置和耗能裝置，所述內(nèi)管組合包括內(nèi)管3、碟簧端板擋塊6和內(nèi)管端部擋塊7，所述導(dǎo)向軸組合包括導(dǎo)向軸1和導(dǎo)向軸螺母8，所述自復(fù)位裝置包括左側(cè)碟簧15、右側(cè)碟簧16和碟簧端板5，所述耗能裝置包括圓缸筒2、密封端板4、活塞9、永久磁鐵10、隔磁環(huán)11和磁流變液12。

如圖2所示，所述內(nèi)管3的中部外套設(shè)兩個(gè)永久磁鐵10，所述永久磁鐵10外套設(shè)隔磁環(huán)11，所述永久磁鐵10和隔磁環(huán)11的左右兩側(cè)固定設(shè)置活塞9，所述活塞9外套設(shè)有圓缸筒2，所述圓缸筒2的內(nèi)壁上對(duì)應(yīng)活塞9處設(shè)有凹槽，所述圓缸筒2的兩端固定設(shè)置密封端板4，所述圓缸筒2、內(nèi)管3、活塞9與密封端板4的密封空間內(nèi)填充磁流變液12。

所述內(nèi)管3的兩端分別套設(shè)有左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16，所述左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16的兩端分別設(shè)置碟簧端板5，內(nèi)側(cè)碟簧端板5外側(cè)端的內(nèi)管3上固定設(shè)置碟簧端板擋塊6，外側(cè)碟簧端板5外側(cè)端的內(nèi)管2上固定設(shè)置內(nèi)管端部擋塊7。

所述碟簧端板5和密封端板4的中心開孔套設(shè)在內(nèi)管2上，所述碟簧端板5和密封端板4上分別設(shè)有四個(gè)導(dǎo)向軸孔，所述導(dǎo)向軸1套設(shè)在導(dǎo)向軸孔內(nèi)，所述碟簧端板5的外側(cè)端和密封端板4的外側(cè)端的導(dǎo)向軸1上固定設(shè)置導(dǎo)向軸螺母8。

所述內(nèi)管3的左端固定設(shè)置內(nèi)管連接板13，所述導(dǎo)向軸1的右端固定設(shè)置導(dǎo)向軸連接板14，所述導(dǎo)向軸連接板14外側(cè)端的導(dǎo)向軸上固定設(shè)置導(dǎo)向軸螺母8。內(nèi)管連接板13和導(dǎo)向軸連接板14分別與建筑結(jié)構(gòu)上(下)層連接。

如圖3所示，裝置密封主要是由導(dǎo)向軸螺母803和導(dǎo)向軸螺母804壓緊的圓缸筒2與密封端板4之間靜密封，以及內(nèi)管3與密封端板4之間動(dòng)密封。所述左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16的內(nèi)徑大于內(nèi)管3的外徑，所述左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16的外徑小于對(duì)角導(dǎo)向軸1之間的距離。所述碟簧端板5的中心開孔直徑大于內(nèi)管3的外徑，所述密封端板4的中心開孔直徑大于內(nèi)管3的外徑。所述碟簧端板5和密封端板4上的導(dǎo)向軸孔的直徑大于導(dǎo)向軸1的外徑，保證相對(duì)滑動(dòng)。

所述導(dǎo)向軸1、圓缸筒2、活塞9和內(nèi)管3的材質(zhì)為45號(hào)鋼。所述左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16的材質(zhì)為60CrMnA的熱軋碟簧鋼。所述密封端板4、碟簧端板5、碟簧端板擋塊6、內(nèi)管端部擋塊7、內(nèi)管連接板13和導(dǎo)向軸連接板14的材質(zhì)為Q345鋼。所述隔磁環(huán)11的材質(zhì)為06Cr19Ni10的304不銹鋼。所述永久磁鐵10為圓環(huán)狀釹鐵硼磁鐵。

本發(fā)明一種具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐的實(shí)現(xiàn)情況如下：

應(yīng)用時(shí)將具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐的內(nèi)管連接板13和導(dǎo)向軸連接板14分別鉸接在建筑結(jié)構(gòu)上下層之間或安裝在橋梁結(jié)構(gòu)最大位移處。在正常使用狀態(tài)下，由左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16的預(yù)壓力及因阻尼通道內(nèi)磁流變液12固化產(chǎn)生的初始等效庫侖阻尼力提供支持力。在地震荷載或大的振動(dòng)作用下，具有復(fù)位功能的磁流體變阻尼耗能支撐兩端受力超過初始預(yù)壓力及初始等效庫侖阻尼力時(shí)，內(nèi)管3與導(dǎo)向軸1發(fā)生相對(duì)移動(dòng)。當(dāng)耗能支撐兩端受拉時(shí)，內(nèi)管3上的碟簧端板擋塊6和內(nèi)管端部擋塊7推動(dòng)碟簧端板5擠壓左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16，同時(shí)導(dǎo)向軸螺母8阻擋碟簧擋板5移動(dòng)，使得左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16發(fā)生更大的壓縮變形。當(dāng)作用在耗能支撐兩端的荷載減少時(shí)，左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16作用在內(nèi)管3和導(dǎo)向軸1上的反作用力提供恢復(fù)力，使得耗能支撐恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。在地震作用下，內(nèi)管3和導(dǎo)向軸1發(fā)生相對(duì)移動(dòng)，耗能裝置提供盡可能小的初始等效庫侖阻尼力，并使阻尼力隨位移增大而增大，直至在達(dá)到一定位移后提供最大庫侖阻尼力來保證足夠的耗能能力，消減地震輸入的能量，從而保護(hù)結(jié)構(gòu)的其它構(gòu)件。

當(dāng)構(gòu)件受拉時(shí)，內(nèi)管連接板13拉動(dòng)內(nèi)管3向左移動(dòng)，從而內(nèi)管3右側(cè)內(nèi)管端部擋塊7推動(dòng)右側(cè)碟簧16右側(cè)碟簧端板5，內(nèi)管3左側(cè)碟簧端板擋塊6推動(dòng)左側(cè)碟簧15右側(cè)碟簧端板5同時(shí)向左移動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)向軸1左側(cè)的導(dǎo)向軸螺母801阻止左側(cè)碟簧15左側(cè)碟簧端板5向左移動(dòng)、導(dǎo)向軸1右側(cè)的導(dǎo)向軸螺母805阻止右側(cè)碟簧16左側(cè)的碟簧端板5向左移動(dòng)，由此左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16同時(shí)壓縮；當(dāng)卸載時(shí)，左側(cè)碟簧15、右側(cè)碟簧16同時(shí)擠壓兩側(cè)碟簧端板5，使得耗能支撐在完全卸載時(shí)能夠恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。在內(nèi)管3與導(dǎo)向軸1相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，活塞9擠壓磁流變液12耗散外部輸入的能量，從而達(dá)到耗散外部輸入的能量的目的。

當(dāng)構(gòu)件受壓時(shí)，內(nèi)管連接板13推動(dòng)內(nèi)管3向右移動(dòng)，從而內(nèi)管3左側(cè)內(nèi)管端部擋塊7推動(dòng)左側(cè)碟簧15左側(cè)碟簧端板5，內(nèi)管3右側(cè)碟簧端板擋塊6推動(dòng)右側(cè)碟簧16左側(cè)碟簧端板5同時(shí)向右移動(dòng)，同時(shí)導(dǎo)向軸1右端的導(dǎo)向軸螺母806阻止右側(cè)碟簧16右側(cè)碟簧端板5向右移動(dòng)、導(dǎo)向軸1左側(cè)的導(dǎo)向軸螺母802阻止左側(cè)碟簧15右側(cè)的碟簧端板5向右移動(dòng)，由此左側(cè)碟簧15和右側(cè)碟簧16同時(shí)壓縮；當(dāng)卸載時(shí)，左側(cè)碟簧15、右側(cè)碟簧16同時(shí)擠壓兩側(cè)碟簧端板5，使得耗能支撐在完全卸載時(shí)能夠恢復(fù)到變形前的狀態(tài)。在內(nèi)管3與導(dǎo)向軸1相對(duì)滑動(dòng)時(shí)，活塞9擠壓磁流變液12耗散外部輸入的能量，從而達(dá)到耗散外部輸入的能量的目的。

顯然，本發(fā)明的上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)，這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。