本實用新型涉及建筑結(jié)構(gòu)隔震及防護技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種電磁懸浮隔震裝置。

背景技術(shù)：

地震是常見的自然災害之一，強烈的地震會嚴重破壞建筑結(jié)構(gòu)，造成大量人員傷亡。在建筑結(jié)構(gòu)隔震方面，摩擦擺支座、疊層橡膠支座、碟形彈簧支座已經(jīng)比較成熟且應用比較廣泛。但是摩擦擺支座、疊層橡膠支座等一般只考慮水平地震作用，對于豎向地震作用考慮甚少，因此僅能減弱水平地震作用，碟形彈簧支座通過吸收能量在一定程度上能減少豎向地震作用對建筑結(jié)構(gòu)的威脅。上述被動控制的隔震支座只能單方向減弱地震作用，且無法完全隔絕地震作用，無法達到良好的隔震效果?，F(xiàn)有的三維隔震裝置無非是將傳統(tǒng)隔震支座采用并聯(lián)、串聯(lián)的組合形式來實現(xiàn)三維隔震，此種組合方式勢必造成隔震裝置的隔震效果較差、造價較高、尺寸較大。

磁懸浮隔振是一種新型的主動式隔振方法。電磁場理論表明：電磁體與銜鐵之間的磁力作用與兩者之間的距離平方成反比，與電流的平方、匝數(shù)的平方以及氣隙面積成正比。對于建筑結(jié)構(gòu)隔震，采取磁懸浮技術(shù)半主動控制簡單、方便、實用。目前，磁懸浮隔振技術(shù)已經(jīng)成功運用到航天、精密儀器、交通運輸?shù)阮I(lǐng)域，但是其技術(shù)是隔振而非隔震，且在土木工程中的隔震設(shè)備尚未見運用。

申請公布號為CN103953128A，申請公布日為2014.07.30的中國發(fā)明專利申請公開了一種“電磁懸浮隔震裝置”，該裝置利用電磁體的吸力使迫使銜體帶動結(jié)構(gòu)上升，脫離結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，懸浮于空中，通過控制電流，隔絕震源向建筑結(jié)構(gòu)物傳遞。但是，該裝置將電磁體安置在懸臂梁支架上，懸臂梁支架承受所有的結(jié)構(gòu)重力容易導致支架受力不均衡而傾覆，且其主動防吸死方式在較大震級下存在安全隱患，不便于半主動控制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的是提供一種電磁懸浮隔震裝置，能夠有效地利用磁懸浮技術(shù)對水平地震作用和豎向地震作用進行隔絕或者控制，能夠保證結(jié)構(gòu)的受力合理均勻且能達到三維隔震的效果。

為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所提供的一種電磁懸浮隔震裝置，固定連接在一基座上，包括固定在所述基座上的一工字型鋼及擱置在所述工字型鋼上、用于承載豎向承重構(gòu)件的一框架，所述框架對工字型鋼的上翼形成包圍且具有朝向工字型鋼中軸延伸的兩懸臂，在所述框架的懸臂上固定有纏繞線圈的鐵芯，所述纏繞線圈的鐵芯與工字型鋼的上翼相向設(shè)置；所述框架具有相對工字型鋼的水平方向及豎向運動自由度。

優(yōu)選地，所述框架為底部中間開口的口字型結(jié)構(gòu)，所述框架套接于工字型鋼的上翼并于底部開口處形成朝向工字型鋼中軸延伸的兩懸臂。

優(yōu)選地，在所述框架底部的轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)設(shè)置加勁肋。

優(yōu)選地，所述電磁懸浮隔震裝置還包括一限制所述框架豎向運動行程的彈性限位構(gòu)件。

優(yōu)選地，所述彈性限位構(gòu)件包括一橡膠墊片，所述橡膠墊片粘接在工字型鋼上翼與所述纏繞線圈的鐵芯相向的一側(cè)。

優(yōu)選地，所述彈性限位構(gòu)件包括一彈簧構(gòu)件，所述彈簧構(gòu)件連接于所述框架的懸臂與工字型鋼的下翼頂面之間。

優(yōu)選地，所述彈性限位構(gòu)件包括一彈簧構(gòu)件，所述彈簧構(gòu)件連接于所述框架與工字型鋼的上翼頂面之間，所述框架與工字型鋼的上翼頂面之間還設(shè)置一豎向支撐梁。

優(yōu)選地，所述工字型鋼焊接固定于所述基座上。

優(yōu)選地，所述纏繞線圈的鐵芯焊接固定于所述框架的懸臂上。

優(yōu)選地，所述纏繞線圈的鐵芯采用U型或者E型鐵芯。

上述技術(shù)方案所提供的一種電磁懸浮隔震裝置，具有以下有益效果：1、設(shè)計了承受結(jié)構(gòu)重力的工字型鋼，工字型鋼兩端受力較為均衡，不易出現(xiàn)傾覆現(xiàn)象；2、具有良好的水平方向隔震作用，當接收到地震信號時，線圈自動通電，纏繞線圈的鐵芯由于對工字型鋼的吸引作用而緩慢上升，保證豎向承重構(gòu)件脫離地面接觸，利用磁懸浮技術(shù)隔絕水平地震作用影響；3、具有良好的豎向隔震作用，在豎向地震作用下，實時調(diào)整線圈的電流，改變懸浮間距，減小豎向地震作用影響；4、通過彈性限位構(gòu)件防止在豎向地震作用過大時工字型鋼的豎向位移過大，電磁鐵突然吸死工字型鋼的現(xiàn)象，便于半主動控制，使建筑結(jié)構(gòu)更安全。通過上述有效措施實現(xiàn)建筑結(jié)構(gòu)的三維隔震，減少地震給人類帶來的損傷。

附圖說明

圖1是本實用新型的實施例1的電磁懸浮隔震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中的A-A剖面圖；

圖3是本實用新型的實施例1的電磁懸浮隔震裝置的工作狀態(tài)示意圖；

圖4是本實用新型的實施例2的電磁懸浮隔震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是圖4中的B-B剖面圖；

圖6是本實用新型的實施例2的電磁懸浮隔震裝置的工作狀態(tài)示意圖；

圖7是本實用新型的實施例3的電磁懸浮隔震裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8是圖7中的C-C剖面圖。

其中，1-基座，2-工字型鋼，3-框架，4-懸臂，5-線圈，6-鐵芯，7-豎向承重構(gòu)件，8-彈性限位構(gòu)件，9-豎向支撐梁。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本實用新型的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本實用新型，但不用來限制本實用新型的范圍。

本實用新型所提供的一種電磁懸浮隔震裝置為吸力型半主動控制電磁懸浮三維隔震裝置，是直接利用半主動控制的隔震方法，在豎向地震作用下，震源與設(shè)備或結(jié)構(gòu)之間半主動地控制隔絕；在水平地震作用下，利用電磁場吸力來使設(shè)備或結(jié)構(gòu)脫離與地面接觸，達到隔絕水平震動的目的。當遭遇較大地震時，豎向地震作用會使結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)豎向位移達到10厘米甚至更大，采取彈簧等彈性限位構(gòu)件防止電磁鐵吸死，便于半主動控制。本實用新型可適用于建筑結(jié)構(gòu)隔震，對保護建筑結(jié)構(gòu)具有重大保護作用。

實施例1

請參閱附圖1、2，一種電磁懸浮隔震裝置，固定連接在一基座1上，包括固定在所述基座1上的一工字型鋼2及擱置在所述工字型鋼2上、用于承載豎向承重構(gòu)件7的一框架3。在本實施例中，電磁懸浮隔震裝置應用于建筑結(jié)構(gòu)隔震，所述基座1為建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，所述豎向承重構(gòu)件7屬于建筑結(jié)構(gòu)的一部分。所述框架3對工字型鋼2的上翼形成包圍且具有朝向工字型鋼中軸延伸的兩懸臂4，在所述框架的懸臂4上固定有纏繞線圈5的鐵芯6，所述纏繞線圈5的鐵芯6與工字型鋼2的上翼相向設(shè)置；所述框架3具有相對工字型鋼2的水平方向及豎向運動自由度。

在本實施例中，所述框架3為底部中間開口的口字型結(jié)構(gòu)，所述框架3套接于工字型鋼2的上翼并于底部開口處形成朝向工字型鋼中軸延伸的兩懸臂4。較佳地，在所述框架3底部的轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)設(shè)置加勁肋。

所述電磁懸浮隔震裝置還包括一限制所述框架3豎向運動行程的彈性限位構(gòu)件8。在本實施例中，所述彈性限位構(gòu)件8為一橡膠墊片，所述橡膠墊片粘接在工字型鋼2上翼的與所述纏繞線圈的鐵芯6相向的一側(cè)。所述工字型鋼2的上翼底面可設(shè)置定位槽，用于固定橡膠墊片。

在實際應用中，本實用新型的電磁懸浮隔震裝置的設(shè)計需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重與上部構(gòu)件自重，計算使豎向承重構(gòu)件7懸浮適當距離所需要的吸力，根據(jù)吸力大小按電磁場理論設(shè)計線圈5、鐵芯6，較佳地，所述纏繞線圈5的鐵芯6采用U型或者E型鐵芯，所述適當距離需要保證懸浮距離為10厘米以上；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重與上部構(gòu)件自重，計算工字型鋼2需要承受的豎向作用力，保證工字型鋼在在重力作用下不會被破壞；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重與上部構(gòu)件自重以及電磁力大小，設(shè)計懸臂4的尺寸，并將懸臂4與框架3的其他部分焊接，根據(jù)需要可在焊接處設(shè)置加勁肋；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重，可以采取多個電磁懸浮隔震裝置并聯(lián)的方式，共同支撐建筑結(jié)構(gòu)自重。需要指出的是，在實施例中所提及的上部構(gòu)件包括框架3以及帶線圈5的鐵芯6。

所述電磁懸浮隔震裝置在施工時，將工字型鋼2焊接在留有螺栓的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1上；在工字型鋼2上翼的底部粘接橡膠墊片作為彈性限位構(gòu)件8；將框架3擱置在工字型鋼2上，焊接固定框架3的懸臂4；將纏繞線圈5的鐵芯6焊接在懸臂4的自由端上；安裝加速度監(jiān)測器以及位移傳感器等；接通電源。

請參閱附圖3，為本實施例的電磁懸浮隔震裝置的工作狀態(tài)示意圖。當加速度監(jiān)測器檢測到水平方向震動信號時，控制開啟電源，線圈5通電，鐵芯6與工字型鋼2上翼之間立刻產(chǎn)生較大的吸力，使框架3帶動豎向承重構(gòu)件7整體脫離與地面接觸，隔絕水平地震作用。而對于豎向地震作用，根據(jù)地震運動加速度以及豎向位移適時調(diào)整電流大小，改變懸浮間距，隔絕豎向地震作用；當由于豎向地震作用，使懸浮間距變大或者具有變大趨勢時，需要增大線圈的電流，使鐵芯6與工字型鋼2上翼之間的吸引力足夠大以使得豎向承重構(gòu)件7的豎向位移極小，反之，則需要減小線圈的電流，如此則可實現(xiàn)豎向隔震的半自動控制。為保證鐵芯6與工字型鋼2上翼產(chǎn)生足夠的吸力，通入電流為常導直流電。當遭遇較大震級時，橡膠墊片發(fā)揮防止吸死的的作用。通過半主動控制與三維隔震，實現(xiàn)豎向承重構(gòu)件7在水平向和豎向只有極小甚至零加速度。當?shù)卣鹜Ｖ箷r，緩慢減小線圈5中的電流，使得鐵芯6產(chǎn)生的電磁力逐漸減小，豎向承重構(gòu)件7緩慢回到初始狀態(tài)，至此隔震工作狀態(tài)結(jié)束。

實施例2

請參閱附圖4、5，一種電磁懸浮隔震裝置，固定連接在一基座1上，包括固定在所述基座1上的一工字型鋼2及擱置在所述工字型鋼2上、用于承載豎向承重構(gòu)件7的一框架3。在本實施例中，電磁懸浮隔震裝置應用于建筑結(jié)構(gòu)隔震，所述基座1為建筑結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，所述豎向承重構(gòu)件7屬于建筑結(jié)構(gòu)的一部分。所述框架3對工字型鋼2的上翼形成包圍且具有朝向工字型鋼中軸延伸的兩懸臂4，在所述框架的懸臂4上固定有纏繞線圈5的鐵芯6，所述纏繞線圈5的鐵芯6與工字型鋼2的上翼相向設(shè)置；所述框架3具有相對工字型鋼2的水平方向及豎向運動自由度。

在本實施例中，所述框架3為底部中間開口的口字型結(jié)構(gòu)，所述框架3套接于工字型鋼2的上翼并于底部開口處形成朝向工字型鋼中軸延伸的兩懸臂4。較佳地，在所述框架3底部的轉(zhuǎn)角內(nèi)側(cè)設(shè)置加勁肋。

所述彈性限位構(gòu)件8包括一彈簧構(gòu)件，所述彈簧構(gòu)件連接于所述框架的懸臂4與工字型鋼2的下翼頂面之間，優(yōu)選地，所述彈簧構(gòu)件連接于所述框架3底部的轉(zhuǎn)角外側(cè)與工字型鋼2的下翼頂面之間。當遭受較大震級，豎向位移過大時，彈簧構(gòu)件防止鐵芯6與工字型鋼2上翼吸死。

在實際應用中，本實用新型的電磁懸浮隔震裝置的設(shè)計需要根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重與上部構(gòu)件自重，計算使豎向承重構(gòu)件7懸浮適當距離所需要的吸力，根據(jù)吸力大小按電磁場理論設(shè)計線圈5、鐵芯6，較佳地，所述纏繞線圈5的鐵芯6采用U型或者E型鐵芯，所述適當距離需要保證懸浮距離為10厘米以上；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重與上部構(gòu)件自重，計算工字型鋼2需要承受的豎向作用力，保證工字型鋼2在在重力作用下不會被破壞；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重與上部構(gòu)件自重以及電磁力大小，設(shè)計懸臂4的尺寸，并將懸臂4與框架3的其他部分焊接，根據(jù)需要可在焊接處，尤其是在所述框架的懸臂根部設(shè)置加勁肋；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重以及最大懸浮間距或根據(jù)考慮的地震豎向位移設(shè)計彈簧構(gòu)件，彈簧構(gòu)件在地震發(fā)生之前的初始時刻處于壓縮狀態(tài)，需要保證彈性構(gòu)件的形變可恢復；根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)自重，可以采取多個電磁懸浮隔震裝置并聯(lián)的方式，共同支撐建筑結(jié)構(gòu)自重。需要指出的是，在實施例中所提及的上部構(gòu)件包括框架3以及帶線圈5的鐵芯6。

所述電磁懸浮隔震裝置在施工時，將工字型鋼2焊接在留有螺栓的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)1上；將彈簧構(gòu)件的兩端分別焊接在所述框架的懸臂4及工字型鋼2的下翼頂面上，作為彈性限位構(gòu)件8；將框架3擱置在工字型鋼2上，焊接固定框架3的懸臂4；將纏繞線圈5的鐵芯6焊接在懸臂4的自由端上；安裝觸發(fā)裝置、加速度監(jiān)測器以及位移傳感器等；接通電源。

請參閱附圖6，為本實施例的電磁懸浮隔震裝置的工作狀態(tài)示意圖。當加速度監(jiān)測器檢測到水平方向震動信號時，當加速度監(jiān)測器檢測到水平方向震動信號時，控制開啟電源，線圈5通電，鐵芯6與工字型鋼2上翼之間立刻產(chǎn)生較大的吸力，使框架3帶動豎向承重構(gòu)件7整體脫離與工字型鋼2接觸(彈簧構(gòu)件接觸除外)，隔絕水平地震作用。同時根據(jù)地震運動加速度以及豎向位移適時調(diào)整電流大小，改變懸浮間距，隔絕豎向地震作用。為保證鐵芯6與工字型鋼2上翼產(chǎn)生足夠的吸力，通入電流為常導直流電。當遭遇較大震級時，彈簧構(gòu)件從壓縮狀態(tài)發(fā)展至拉伸狀態(tài)，發(fā)揮防止鐵芯6與工字型鋼2上翼吸死的的作用。通過半主動控制與三維隔震，實現(xiàn)豎向承重構(gòu)件7在水平向和豎向只有極小甚至零加速度。當?shù)卣鹜Ｖ箷r，緩慢減小線圈5中的電流，使得鐵芯6產(chǎn)生的電磁力逐漸減小，豎向承重構(gòu)件7緩慢回到初始狀態(tài)，至此隔震工作狀態(tài)結(jié)束。

實施例3

請參閱附圖7、8，本實施例與實施例2的區(qū)別之處在于：所述彈性限位構(gòu)件8包括一彈簧構(gòu)件，所述彈簧構(gòu)件連接于所述框架3與工字型鋼2的上翼頂面之間，所述框架與工字型鋼的上翼頂面之間還設(shè)置一豎向支撐9梁。與實施例2相比，本實施例的電磁懸浮隔震裝置改變了彈簧構(gòu)件8的安裝位置，并且在框架與工字型鋼的上翼頂面之間增加了一豎向支撐梁9。

所述電磁懸浮隔震裝置在施工時，將彈簧構(gòu)件的兩端分別焊接在所述框架與工字型鋼的上翼頂面上，作為彈性限位構(gòu)件8。

在地震發(fā)生之前的初始時刻，所述豎向支撐梁9作為承重構(gòu)件，彈簧構(gòu)件處于壓縮狀態(tài)。當加速度監(jiān)測器檢測到水平方向震動信號時，控制開啟電源，線圈5通電，鐵芯6與工字型鋼2上翼之間立刻產(chǎn)生較大的吸力，使框架3帶動豎向承重構(gòu)件7整體脫離與豎向支撐梁9接觸，隔絕水平地震作用。當遭遇較大震級時，彈簧構(gòu)件從壓縮狀態(tài)發(fā)展至拉伸狀態(tài)，發(fā)揮防止鐵芯6與工字型鋼2上翼吸死的的作用。

以上僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本實用新型技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進和替換，這些改進和替換也應視為本實用新型的保護范圍。