一种用于大跨空间结构的三维减震装置

本发明属于结构振动控制减震技术领域，具体涉及一种用于大跨空间结构的三维减震装置。

背景技术：

横向跨越60米以上空间的各类结构可称为大跨度空间结构。常用的大跨度空间结构形式包括折板结构、壳体结构、网架结构、悬索结构、充气结构、篷帐张力结构等。

据统计，地球上每年大约发生500多万次地震，即每天要发生上万次地震。大地震往往给人类和社会带来严重的人员伤亡并伴随巨大的经济损失。我国地缘辽阔，地震频发，做好抗震防灾工作具有相当重要的意义。传统的减震设计是依靠结构及其承重构件的损坏消耗大部分由地震输入的能量，往往导致结构构件严重损坏或者崩塌。而大跨度的空间结构的抗震技术则是在建筑物支撑柱底设置隔震减震装置，目前研究开发的技术有：夹层橡胶垫隔震，支撑式摆动隔震等，使结构振动减轻，防止地震破坏。但是这种装置的尺寸做的很大，在经济上又要增加相当多的投资，且这种装置缺乏调节能力。

技术实现要素：

为了避免和克服现有技术中存在的技术问题，本发明提供了一种用于大跨空间结构的三维减震装置，在地震时调节以消除构件的震动，且结构小巧，便于安装，可以实现水平和竖向的三维减震。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于大跨空间结构的三维减震装置，其特征在于，包括水平减震组件、连接架和竖向减震组件；所述的水平减震组件套装在大跨空间结构的水平杆件的两端；所述的连接架套装在杆件上并与水平减震组件连接，且连接架可沿水平杆件左右滑动和/或绕杆件周向运动，从而挤压水平减震组件消耗水平方向的震动能量；所述的竖向减震组件与连接架连接，且竖向减震组件可沿连接架上下滑动，从而消耗杆件竖直方向的震动能量。

优选的，所述的连接架包括两侧的竖向连接支架和横向连接板；所述的竖向连接支架的顶端滑动套装在杆件上，并与两端的水平减震组件连接；所述的横向连接板两端分别与两侧的竖向连接支架固定连接。

优选的，所述的水平减震组件包括紧固件和sma弹簧；所述的紧固件固定连接在杆件的两端，所述的sma弹簧套装在杆件的两端，一端与紧固件连接，另一端和竖向连接支架的顶端连接。

优选的，所述的竖向减震组件包括重力块、可调节杆、弹簧和对接板；所述的对接板和竖向连接支架上均设有长槽状的螺栓孔；所述的对接板与重力块的两端垂直连接，并通过螺栓与竖向连接支架滑动连接；所述的弹簧上端与横向连接板固定连接，下端与重力块固定连接；所述的可调节杆上端与横向连接板固定连接，下端与重力块固定连接。

优选的，所述的可调节杆的上端为中空柱体，下端为中空套筒；所述的中空柱体的顶端与横向连接板固定连接；所述的中空套筒底端与重力块固定连接；所述的中空柱体套装在中空套筒中，且可沿轴向伸缩滑动；所述的中空柱体和中空套筒的内部均装有磁流变液；非震动时，所述的磁流变液通电，中空柱体和中空套筒产生相互吸引力，并吸附到一起，从而将重力块提起；震动时，所述的磁流变液断电，中空柱体和中空套筒之间引力消失，并分开，从而将重力块放下；重力块在震动力的作用下，上下震动牵引挤压弹簧消耗竖直方向的震动能量。

优选的，所述的弹簧的静止状态下的长度与中空柱体和中空套筒吸附在一起后的长度相同相同。

优选的，还包括智能电磁继电器；所述的磁流变液通过导线与智能电磁继电器连接；所述的导线与智能电磁继电器布置在杆件上；所述的智能电磁继电器感应杆件的震动对磁流变液通电断电。

优选的，所述的智能电磁继电器为市场上常用的振动开关和电磁继电器组合而成。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过三维减震装置替代了传统的基柱隔绝减震装置，不仅可以削减地震造成的大跨空间结构受到的震动，更能抵消因分风力造成的大跨空间结构受到的振动。

2、三维减震装置安装在大跨空间结构的杆件上，安装便捷，检修方便，更好更均匀的消除大跨空间结构受到的震动。

3、本发明通过调节杆内部装有磁流变液和控制器，实现当大跨度结构受到振动时，三维减震装置能自动调节，消除震动。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中竖向减震模组的结构示意图。

图3为本发明中连接外壳的主视图。

图4为本发明中连接外壳的左视图。

图5为本发明中可调节杆的剖视图。

本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：

10-杆件11-sma弹簧12-紧固件

20-竖向连接支架21-横向连接板

30-重力块31-可调节杆32弹簧33-对接板

311-中空柱体312-中空套筒

40-螺栓

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1-3所示，一种用于大跨空间结构的三维减震装置，其特征在于，包括水平减震组件、连接架和竖向减震组件；所述的水平减震组件套装在大跨空间结构的水平杆件10的两端；所述的连接架套装在杆件10上并与水平减震组件连接，且连接架可沿水平杆件10左右滑动和/或前后摆动，从而挤压水平减震组件消耗水平方向的震动能量；所述的竖向减震组件与连接架连接，且竖向减震组件可沿连接架上下滑动，从而消耗杆件竖直方向的震动能量。

所述的连接架包括两侧的竖向连接支架20和横向连接板21；所述的竖向连接支架20的顶端滑动套装在杆件10上，并与两端的水平减震组件连接；所述的横向连接板21两端分别与两侧的竖向连接支架20固定连接。

所述的水平减震组件包括紧固件12和sma弹簧11；所述的紧固件12固定连接在杆件10的两端，所述的sma弹簧11套装在杆件10的两端，一端与紧固件12连接，另一端和竖向连接支架20的顶端连接。所述的sma弹簧11具有超弹性特性，其产生较大的变形，在外力撤除后能够回复到变形前的形状，且应力一应变关系呈现非线性特征，会产生耗散能。

实施例2

在实施例1的基础上，如图2和图5所示，所述的竖向减震组件包括重力块30、可调节杆31、弹簧32和对接板33；所述的对接板33和竖向连接支架20上均设有长槽状的螺栓孔；所述的对接板33与重力块30的两端垂直连接，且通过螺栓40与竖向连接支架20滑动连接；所述的弹簧32上端与横向连接板21固定连接，下端与重力块30固定连接；所述的可调节杆31上端与横向连接板21固定连接，下端与重力块30固定连接。

所述的可调节杆31的上端为中空柱体311，下端为中空套筒312；所述的中空柱体311的顶端与横向连接板21固定连接；所述的中空套筒312底端与重力块30固定连接；所述的中空柱体311套装在中空套筒312中，且可沿轴向伸缩滑动；所述的中空柱体311和中空套筒312的内部均装有磁流变液；非震动时，所述的磁流变液通电，中空柱体311和中空套筒312产生相互吸引力，并吸附到一起，从而将重力块30提起；震动时，所述的磁流变液断电，中空柱体311和中空套筒312之间引力消失，从而将重力块30放下；重力块30在震动力的作用下，上下震动牵引挤压弹簧32消耗竖直方向的震动能量。

所述的弹簧32的静止状态下的长度与中空柱体311和中空套筒312吸附在一起后的长度相同，从而保证当中空柱体311和中空套筒312之间的吸附力消失后，重力块30下落会受到弹簧32的拉力。

实施例3

在实施例3的基础上，如图2、4所示，所述的对接板33和连接板20上均设有长槽状的螺栓孔，使螺栓40随着竖向减震组件的上下震动在长槽状的螺栓孔中进行同步的滑动。可以保证在发生地震时，重力30块上下移动距离限定在一定范围内，避免弹簧32过度拉伸而无法恢复。

所述的智能电磁继电器为市场上常用的振动开关和电磁继电器组合而成，技术成熟，成本低廉。

本发明的工作原理如下：

此三维减震装置在非地震状态时处于静止状态，在地震发生时，大跨度空间结构的杆件在震动过程中会摇晃或者震动，水平方向输入的地震能量产生摇晃或震动后，重力块30和竖向连接支架20会倾斜晃动，从而带动竖向连接支架20沿杆件10左右滑动或绕杆件10摆动，通过挤压杆件10上的sma弹簧11消耗能量。竖向输入的地震能量产生的震动后，可调节杆31内的磁流变液由于外接的智能电磁继电器受到震动后主动断电，没有电流通过。从而调节杆31的上下端之间的相互吸引力消失，此时调节杆31的力学性能近似于低刚度弹簧或无连接，失去调节杆31牵引的重力块30在上下震动中会对弹簧32进行牵引或挤压，通过挤压弹簧32和可调节杆31消耗能量。地震发生后，大跨空间结构在该三维减震装置作用下消除震动，智能电磁继电器重新通电，三维减震装置重新恢复静止状态。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。