本發(fā)明涉及一種帶軸承的電磁阻尼器，屬于土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域，用于減小橋梁結(jié)構(gòu)在地震、風(fēng)、車輛等外荷載作用下的振動(dòng)響應(yīng)。

背景技術(shù)：

隨著土木工程中設(shè)計(jì)技術(shù)和建筑材料的發(fā)展，現(xiàn)代橋梁結(jié)構(gòu)越來(lái)越往長(zhǎng)、細(xì)、輕、柔與低阻尼方向發(fā)展，各地建成許多輕型大跨的橋梁。這類橋梁在地震、風(fēng)、車輛等動(dòng)力荷載作用下，容易產(chǎn)生大的變形和振動(dòng)。橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)是引起橋梁損壞(破壞)的一個(gè)重要因素。引起橋梁振動(dòng)的因素主要有：地震引起的振動(dòng)、荷載引起的振動(dòng)及車-橋耦合作用引起的振動(dòng)。振動(dòng)使橋梁的內(nèi)部應(yīng)力增大，降低它的耐久性。大跨度橋梁的大量興建和高效能建橋材料的廣泛應(yīng)用，橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)問(wèn)題日趨突出。

土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制就是在土木工程結(jié)構(gòu)的特定部位裝設(shè)某種裝置(如隔振墊等)或某種機(jī)構(gòu)(如消能支撐、消能剪力墻、消能節(jié)點(diǎn)、消能器等)或某種子結(jié)構(gòu)(如調(diào)頻質(zhì)量等)或施加外力(如外部能量輸入)或調(diào)整結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，在地震(或風(fēng))的作用下，使其結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)(如加速度、速度、位移)得到合理的控制，確保結(jié)構(gòu)本身及結(jié)構(gòu)中的人員儀器設(shè)備的安全和處于正常的使用環(huán)境狀況。

目前，在橋梁工程中廣泛應(yīng)用的振動(dòng)控制方式被動(dòng)控制，手段是在橋梁支座處安置阻尼器，如申請(qǐng)?zhí)枮?016103402532的可串聯(lián)組裝的頻率可調(diào)的電渦流調(diào)諧質(zhì)量阻尼器，申請(qǐng)?zhí)枮?016106441952的一種半主動(dòng)式振動(dòng)控制電渦流阻尼器。傳統(tǒng)阻尼器以調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)的豎向振動(dòng)為主，設(shè)計(jì)時(shí)并未考慮對(duì)下部結(jié)構(gòu)的墩柱等構(gòu)件的橫向減震效果。為此，亟需設(shè)計(jì)一種以耗能減震的方式減小橋梁結(jié)構(gòu)多種方向的振動(dòng)，有效減小大震下橋梁結(jié)構(gòu)塑性變形以及殘余位移，提高多種方向抗震能力的阻尼器。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：針對(duì)現(xiàn)有阻尼器只能橋梁結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)控制的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的，涵蓋橫向在內(nèi)的多種方向振動(dòng)的阻尼器，通過(guò)振動(dòng)時(shí)阻尼器內(nèi)部產(chǎn)生的電渦流，實(shí)現(xiàn)多向耗能減振。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供一種帶軸承的電磁阻尼器，包括筒體和阻尼部分，所述筒體用于連接建筑結(jié)構(gòu)，所述阻尼部分安裝在筒體內(nèi)，所述阻尼部分包括固定軸、彈性件、直線軸承、導(dǎo)體片和磁鐵，所述直線軸承套設(shè)在固定軸上，所述磁鐵安裝在直線軸承外表面，所述彈性件安裝在磁鐵與筒體之間，所述導(dǎo)體片安裝在筒體內(nèi)表面，所述導(dǎo)體片與磁鐵在筒體的周向上間隔地排列。銅片和磁鐵的數(shù)量可根據(jù)需要增加或者減少。

作為優(yōu)選，所述固定軸是兩端固定安裝在筒體軸線上的圓柱體。固定軸的軸線與筒體軸線一致，采用實(shí)心或空心圓柱體，兩端固定在筒體內(nèi)壁兩端。所述筒體是由鋁合金制成的薄壁筒體。呈圓柱體，通過(guò)定位銷固定于橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，可根據(jù)需要沿任意方向放置。

作為優(yōu)選，所述直線軸承是整體的一個(gè)，所述磁鐵在直線軸承的軸向上間隔地布置。形成整體式的阻尼器，所述彈性件在筒體的徑向上連接筒體與磁鐵，與最外側(cè)的磁鐵對(duì)應(yīng)。彈簧數(shù)量可根據(jù)需要增減。當(dāng)阻尼部分為整體式時(shí)，所述直線軸承數(shù)量為1；當(dāng)阻尼部分為分離式時(shí)，所述直線軸承數(shù)量根據(jù)需要增加。所述各段直線軸承與固定軸連接的內(nèi)側(cè)固定，與磁鐵連接的外側(cè)可連同磁鐵沿軸向雙向移動(dòng)。

作為優(yōu)選，所述直線軸承是間隔布置的一組，各段直線軸承與固定軸連接的內(nèi)側(cè)固定，與磁鐵連接的外側(cè)可沿軸向移動(dòng)。形成分離式的阻尼器，其外側(cè)磁鐵與筒體兩端內(nèi)壁、相鄰兩組的對(duì)應(yīng)磁鐵之間均連接有彈性件。

作為優(yōu)選，所述磁鐵的形狀為長(zhǎng)方體或者其他六面體，磁鐵的一端固定安裝在直線軸承外側(cè)。磁鐵可隨直線軸承外側(cè)沿軸向移動(dòng)，數(shù)量可根據(jù)需要增減。

作為優(yōu)選，所述磁鐵沿筒體徑向等分為若干組，每組在直線軸承外側(cè)均勻布置，N/S端沿直線軸承外側(cè)相對(duì)，組與組之間間距相等。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)體片沿筒體徑向等分為若干組，每組均與磁鐵交錯(cuò)布置，每個(gè)銅片與相鄰兩個(gè)磁鐵距離相等。導(dǎo)體片沿筒體的徑向放置，一端固定安裝在筒體的內(nèi)表面，每個(gè)導(dǎo)體片磁鐵呈軸對(duì)稱放置，其數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際情況增減。

作為優(yōu)選，所述導(dǎo)體片是銅片，所述彈性件是彈簧。所述銅片等分為若干組，每組均與磁鐵交錯(cuò)布置。所述每個(gè)銅片與相鄰兩個(gè)磁鐵距離相等，銅片面通過(guò)相鄰兩個(gè)磁鐵形成磁場(chǎng)的磁感線。

直線軸承內(nèi)側(cè)、外側(cè)均有16排沿直線方向布置凹槽形成的軌道，鋼滾珠位于內(nèi)外側(cè)對(duì)應(yīng)軌道上滾動(dòng)，以保障與磁鐵相連的軸承外側(cè)沿直線方向移動(dòng)的穩(wěn)定性。

相對(duì)于分離式阻尼器，整體式阻尼器擁有更高的剛度，更好的整體性與穩(wěn)定性；而分離式阻尼器則更為靈活，有效的增加了可調(diào)節(jié)的頻寬，適應(yīng)不同結(jié)構(gòu)的需要。

發(fā)明原理：阻尼器的工作過(guò)程中，磁鐵(包括直線軸承外緣)的運(yùn)動(dòng)與橋梁的振動(dòng)同時(shí)發(fā)生，磁鐵與銅片之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，穿過(guò)銅片的磁通量發(fā)生變化。由電磁感應(yīng)原理，將在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生像漩渦一樣的電渦流。感應(yīng)電渦流也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)與磁鐵的磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁阻尼效應(yīng)來(lái)阻礙磁鐵的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，電渦流在銅片內(nèi)做功將產(chǎn)生大量的熱，從而將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，從而達(dá)到耗能減震的目的。在這一過(guò)程中電渦流表現(xiàn)出了良好的粘性阻尼特性，并且通過(guò)自身的耗能加速了振動(dòng)的消減。

根據(jù)以上的技術(shù)方案，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明具有以下的有益效果：阻尼系統(tǒng)整體的多向設(shè)計(jì)，解決了傳統(tǒng)橋梁阻尼器只能豎向振動(dòng)的問(wèn)題。在阻尼器中引入直線軸承，大幅減小摩擦阻力的同時(shí)保障了阻尼系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性。而阻尼器有整體式與分離式兩種形式的不同設(shè)計(jì)，為整體的穩(wěn)定性與頻寬的可調(diào)性提供了更多的選擇，適應(yīng)不同工程、結(jié)構(gòu)的需要。

附圖說(shuō)明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的筒徑向中央剖面圖；

圖2是圖1的A-A剖面圖；

圖3是圖1的B-B剖面圖；

圖4是圖2的細(xì)部圖；

圖5是圖3的細(xì)部圖；

圖6是實(shí)施例二的A-A剖面圖；

圖7是實(shí)施例二的B-B剖面圖；

圖8是圖6的細(xì)部圖；

圖9是圖7的細(xì)部圖；

圖10是直線軸承的剖面圖；

圖11是直線軸承外側(cè)的剖切立體視圖；

圖12是直線軸承內(nèi)側(cè)的剖切立體視圖；

圖中：1.橋梁結(jié)構(gòu)，2.筒體，3.固定軸，4.直線軸承，5.磁鐵，6.銅片，7.彈簧，8.直線軸承內(nèi)側(cè)，9.直線軸承滾珠，10.直線軸承外側(cè)，11.定位銷

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說(shuō)明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的各種等價(jià)形式的修改均落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求所限定的范圍。

一種帶軸承的電磁阻尼器針對(duì)現(xiàn)有阻尼器只能橋梁結(jié)構(gòu)豎向振動(dòng)控制的問(wèn)題，提供一種針對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的多向阻尼器，通過(guò)振動(dòng)時(shí)阻尼器內(nèi)部產(chǎn)生的電渦流，實(shí)現(xiàn)包含橫向在內(nèi)的多向耗能減振。基于阻尼器分為整體式與分離式兩種形式，下面分別進(jìn)行具體說(shuō)明。

實(shí)施例一：

本實(shí)施例的整體式阻尼器包括筒體2和阻尼部分。筒體2是由鋁合金制成的薄壁圓柱體，通過(guò)定位銷11固定于橋梁結(jié)構(gòu)1內(nèi)部，可根據(jù)需要沿任意方向放置。

阻尼部分包括固定軸3、彈簧7、直線軸承4、銅片6、磁鐵5。

如圖1所示，固定軸3呈圓柱體(實(shí)心或空心)，安裝在筒體2中央，軸線與筒體2軸線一致，兩端與筒體2內(nèi)壁固定連接。直線軸承4由直線軸承內(nèi)側(cè)8、直線軸承滾珠9、直線軸承外側(cè)10組成，其中，直線軸承內(nèi)側(cè)8與固定軸3外表面固定連接，直線軸承外側(cè)10與磁鐵5固定連接，與磁鐵5一同在筒體2內(nèi)部雙向運(yùn)動(dòng)。

磁鐵5形狀為長(zhǎng)方體或其他六面體，數(shù)量可根據(jù)需要增減，等分為若干組。每個(gè)磁鐵5一端固定安裝在直線軸承外側(cè)10，并沿環(huán)向均勻布置。每組相鄰兩個(gè)磁鐵5采用交錯(cuò)布置的方式，即一個(gè)N極朝向?qū)w質(zhì)量塊的電磁鐵與一個(gè)S極朝向?qū)w質(zhì)量塊的電磁鐵相鄰布置，使相鄰磁體的磁場(chǎng)閉合，充分利用磁能，增大磁通量的變化量。

如圖2、圖3、圖4和圖5所示，磁鐵5各組之間間距相等，最外側(cè)兩組磁鐵除固定在直線軸承外側(cè)10以外，還通過(guò)彈簧7與筒體2端部相連。

銅片6的數(shù)量可根據(jù)需要增減，每個(gè)豎直放置，一端固定安裝在筒體2的內(nèi)表面。等分為若干組，每組均與磁鐵5交錯(cuò)布置。所述每個(gè)銅片6與相鄰兩個(gè)磁鐵5距離相等，銅片6的平面內(nèi)穿過(guò)相鄰兩個(gè)磁鐵5形成磁場(chǎng)的磁感線。

當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)1受到振動(dòng)，磁鐵5與銅片6之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)同時(shí)發(fā)生，此時(shí)穿過(guò)銅片6的磁通量發(fā)生變化。由電磁感應(yīng)原理，將在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生像漩渦一樣的電渦流。感應(yīng)電渦流也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)與磁鐵5的磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁阻尼效應(yīng)來(lái)阻礙磁鐵5的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，電渦流在銅片6內(nèi)做功將產(chǎn)生大量的熱，從而將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，從而達(dá)到耗能減震的目的。在這一過(guò)程中電渦流表現(xiàn)出了良好的粘性阻尼特性，并且通過(guò)自身的耗能加速了振動(dòng)的消減。

實(shí)施例二：

本實(shí)施例的分離式阻尼器包括筒體2和阻尼部分。筒體2是由鋁合金制成的薄壁圓柱體，通過(guò)定位銷11固定于橋梁結(jié)構(gòu)1內(nèi)部，可根據(jù)需要沿任意方向放置。

阻尼部分包括固定軸3、彈簧7、直線軸承4、銅片6、磁鐵5。

本實(shí)施例的筒徑向中央剖面圖與圖1相同，如圖6、圖7、圖8和圖9所示，固定軸3呈圓柱體(實(shí)心或空心)，安裝在筒體2中央，軸線與筒體2軸線一致，兩端與筒體2內(nèi)壁固定連接。直線軸承4均由直線軸承內(nèi)側(cè)8、直線軸承滾珠9、直線軸承外側(cè)10組成，各段直線軸承4長(zhǎng)度可根據(jù)不同工程、結(jié)構(gòu)的需要不相一致，其中，直線軸承內(nèi)側(cè)8與固定軸3外表面固定連接，直線軸承外側(cè)10與磁鐵5固定連接，與磁鐵5一同在筒體2內(nèi)部雙向運(yùn)動(dòng)。

磁鐵5形狀為長(zhǎng)方體或其他六面體，數(shù)量可根據(jù)需要增減，等分為若干組。每組磁鐵5一端固定安裝在一段直線軸承外側(cè)10，并沿環(huán)向均勻布置。每組相鄰兩個(gè)磁鐵5采用交錯(cuò)布置的方式，即一個(gè)N極朝向?qū)w質(zhì)量塊的電磁鐵與一個(gè)S極朝向?qū)w質(zhì)量塊的電磁鐵相鄰布置，使相鄰磁體的磁場(chǎng)閉合，充分利用磁能，增大磁通量的變化量。各組之間對(duì)應(yīng)的磁鐵5均通過(guò)彈簧7相連，最外側(cè)兩組磁鐵除固定在直線軸承外側(cè)10以外，還通過(guò)彈簧7與筒體2端部相連。

如圖11和圖12所示，直線軸承滾珠9安裝在直線軸承內(nèi)側(cè)8與直線軸承外側(cè)10之間對(duì)應(yīng)位置的長(zhǎng)軌道上。

銅片6的數(shù)量可根據(jù)需要增減，每個(gè)豎直放置，一端固定安裝在筒體2的內(nèi)表面。等分為若干組，每組均與磁鐵5交錯(cuò)布置。所述每個(gè)銅片6與相鄰兩個(gè)磁鐵5距離相等，銅片6面內(nèi)通過(guò)相鄰兩個(gè)磁鐵5形成磁場(chǎng)的磁感線。

當(dāng)橋梁結(jié)構(gòu)1受到振動(dòng)，磁鐵5與銅片6之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)同時(shí)發(fā)生，此時(shí)穿過(guò)銅片6的磁通量發(fā)生變化。由電磁感應(yīng)原理，將在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生像漩渦一樣的電渦流。感應(yīng)電渦流也會(huì)產(chǎn)生一個(gè)電磁場(chǎng)與磁鐵5的磁場(chǎng)產(chǎn)生電磁阻尼效應(yīng)來(lái)阻礙磁鐵5的運(yùn)動(dòng)。在這個(gè)過(guò)程中，電渦流在銅片6內(nèi)做功將產(chǎn)生大量的熱，從而將振動(dòng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能耗散掉，從而達(dá)到耗能減震的目的。在這一過(guò)程中電渦流表現(xiàn)出了良好的粘性阻尼特性，并且通過(guò)自身的耗能加速了振動(dòng)的消減。

以上結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式做出詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明不局限于所描述的實(shí)施方式。對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，在本發(fā)明的原理和技術(shù)思想的范圍內(nèi)，對(duì)這些實(shí)施方式進(jìn)行多種變化、修改、替換和變形仍落入本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。