三维隔震装置的制作方法

本发明涉及建筑结构隔震及防护技术领域，具体涉及一种三维隔震装置。

背景技术：

地震是常见的自然灾害之一，强烈的地震会严重破坏建筑结构，造成大量人员伤亡。在建筑结构隔震方面，摩擦摆支座、叠层橡胶支座、碟形弹簧支座已经比较成熟且应用比较广泛。但是摩擦摆支座、叠层橡胶支座等一般只考虑水平地震作用，对于竖向地震作用考虑甚少，因此仅能减弱水平地震作用，碟形弹簧支座通过吸收能量仅能在一定程度上减少竖向地震作用对建筑结构的威胁。上述被动控制的隔震支座只能单方向减弱地震作用，且无法完全隔绝地震作用，无法达到良好的隔震效果。现有的三维隔震装置无非是将传统隔震支座采用并联、串联的组合形式来实现三维隔震，此种组合方式势必造成隔震装置的隔震效果较差、造价较高、尺寸较大。

磁悬浮隔振是一种新型的主动式隔振方法。电磁场理论表明：电磁体与衔铁之间的磁力作用与两者之间距离的平方成反比，与电流的平方、匝数的平方以及气隙面积成正比。对于建筑结构隔震，采取磁悬浮技术半主动控制简单、方便、实用。目前，磁悬浮隔振技术已经成功运用到航天、精密仪器、交通运输等领域，但是其技术是隔振而非隔震，且在土木工程中的隔震设备尚未见运用。

申请公布号为CN 101481933A，申请公布日为2009年7月15日的中国发明专利申请公开了一种建筑结构防震方法，该方法在常导条件下利用磁悬浮斥力使结构悬浮时，由于磁场本身不均匀，上部结构会发生偏移或倾斜，但该专利申请中未提供水平向的纠偏措施，因此在隔震使用中很难达到相对稳定状态。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种三维隔震装置，能够综合利用磁悬浮技术和水平向隔震支座对竖向地震作用和水平地震作用进行控制和减弱，实现建筑结构的三维隔震。

为实现上述目的，本发明所提供的一种三维隔震装置，其固定连接于一结构底盘上，包括固定于所述结构底盘上的一筒形基座，所述基座内自下而上地层叠安装有缠绕线圈的第一铁芯和第二铁芯，所述第一铁芯与第二铁芯相对设置的两极电磁极性相同；所述基座内设有用于安装一定位框架的限位台阶，所述定位框架底面开口且开口朝下地扣合于第二铁芯上；所述定位框架的顶面上固定有一水平向隔震支座。

优选地，所述水平向隔震支座采用叠层橡胶支座或摩擦摆隔震支座或弹性滑板隔震支座。

优选地，所述水平向隔震支座的底面高出于基座的顶面。

优选地，所述水平向隔震支座焊接或者螺栓连接于定位框架的顶面上。

优选地，所述定位框架上预留位移传感器及导线通道。

优选地，所述定位框架的外侧壁上固定安装有摩擦片，所述摩擦片具有相对基座的竖向运动自由度。

优选地，所述基座和定位框架由钢筋混凝土浇筑而成。

优选地，所述基座外侧设置由钢筋混凝土浇筑而成的加劲肋。

优选地，所述第一铁芯、第二铁芯采用U型或者E型或者I型铁芯。

上述技术方案所提供的一种三维隔震装置，具有以下有益效果：1、设计了筒形基座，电磁悬浮隔震装置在工作过程中由于磁场本身不均匀，上部结构悬浮时容易发生偏移或倾斜，很难达到相对稳定状态，通过设置筒形基座能有效改善上部结构水平向偏移或倾斜这一现象；2、具有良好的竖向隔震功能，在接受到地震信号时，线圈自动通电，由第一铁芯和第二铁芯产生的斥力使得上部结构脱离与结构底盘接触，悬浮于空中，并通过控制电流大小适时调整悬浮高度，保证上部结构始终处于悬浮状态，从而不受竖向地震作用的影响；3、具有良好的水平向隔震功能，当发生水平地震作用时，通过能够发生较大水平变形的水平向隔震支座，基本保证上部结构不受水平地震作用影响。通过上述有效措施实现建筑结构的三维隔震，减少地震给人类带来的损伤。

附图说明

图1是本发明的实施例1的三维隔震装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例1的三维隔震装置的结构剖视图；

图3是本发明的实施例1的三维隔震装置的基座的结构示意图；

图4是本发明的实施例1的三维隔震装置的定位框架的结构示意图；

图5是本发明的实施例1的三维隔震装置的结构爆炸图；

图6是本发明的实施例2的三维隔震装置的结构剖视图。

其中，1-结构底盘，2-基座，3-线圈，4-第一铁芯，5-第二铁芯，6-定位框架，7-限位台阶，8-水平向隔震支座，9-位移传感器及导线通道，10-摩擦片，11-加劲肋。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明所提供的一种三维隔震装置为斥力型半主动控制电磁悬浮三维隔震装置，采用一种新型的半主动式隔震方法，在竖向地震作用下，采用常导或超导实现悬浮，建筑物结构与震源之间利用半主动控制的磁场来支撑，从而达到竖向隔震的目的；在水平地震作用下，建筑物结构与震源之间利用叠层橡胶支座等水平向隔震支座隔绝，从而达到减小水平震动的目的。本发明可适用于建筑结构隔震，对建筑结构具有重大保护作用。

实施例1

请参阅附图1、2，本发明所提供的一种三维隔震装置，其固定连接于一结构底盘1上，包括固定于所述结构底盘1上的一筒形基座2。所述基座2底部设有缠绕线圈3的第一铁芯4的安装位，所述第一铁芯4焊接或者粘结固定于基座2底部。所述基座2的内侧壁上还设置有限位台阶7，用于安装一定位框架6。该定位框架6用于固定缠绕线圈3的第二铁芯5，该定位框架6底面开口且内设有第二铁芯5的安装位。使所述定位框架6开口朝下地搁置于基座2预设的限位台阶7上，使其倒扣于第二铁芯5上，即所述定位框架6开口朝下地扣合于第二铁芯5上使得缠绕线圈3的第一铁芯4和第二铁芯5自下而上地层叠安装所述基座2内，所述第一铁芯4与第二铁芯5相对设置的两极其电磁极性相同。较佳地，所述第二铁芯5与定位框架6之间为相对固定的连接，第二铁芯5焊接或者粘结固定于定位框架6的安装位内。

所述定位框架6的顶面上固定有一水平向隔震支座8。在本实施例中，所述水平向隔震支座8采用叠层橡胶支座。本实施例中的所述叠层橡胶支座属于现有技术的隔震支座，在此不对其内部结构及其功能进行详细叙述。所述水平向隔震支座8焊接或者螺栓连接于定位框架6的顶面上。所述水平向隔震支座8的底面高出于基座2的顶面。尤其是当地震荷载作用时，水平向隔震支座8的底部高于基座2的顶面。

在本实施例中，所述三维隔震装置应用于建筑结构隔震，所述结构底盘1为建筑结构基础，所述三维隔震装置上方为与水平向隔震支座8固定连接的建筑承重构件。

请参阅附图3，本实施例中的所述基座2由钢筋混凝土浇筑而成，固定连接于结构底盘1，所述基座2与结构底盘1浇筑连成一体。所述基座2内部预留第一铁芯4的安装位和用于搁置定位框架6的限位台阶7。所述基座2外侧设置由钢筋混凝土浇筑而成的加劲肋11。所述加劲肋11呈三角型，用于加固基座2与结构底盘1之间的连接。

附图4为所述定位框架6的结构仰视图，所述定位框架6由钢筋混凝土浇筑而成，所述定位框架6内预留第二铁芯5的安装位。所述定位框架6上预留用于容纳安装位移传感器及导线的位移传感器及导线通道9。

请参阅附图5，所述定位框架6的外侧壁上固定安装有摩擦片10，所述摩擦片10可采用塑料材质，比如聚四氟乙烯，其固定可采取粘结固定或者螺钉固定的方式，安装后螺钉面不高于摩擦片表面。所述摩擦片10具有相对基座2的竖向运动自由度。所述摩擦片10与定位框架6相对固定，所述摩擦片10与基座2接触但不固定，保证上部装置上下活动的灵活性。需要指出的是，在实施例中所提及的上部装置是指在电磁斥力作用下能发生悬浮的部分，具体包括定位框架6、摩擦片10、缠绕线圈3的第二铁芯5、水平向隔震支座8。

所述第一铁芯4、第二铁芯5采用U型或者E型或者I型铁芯。较佳地，所述第一铁芯4、第二铁芯5的横截面为矩形，截面大小相同。所述第一铁芯4、第二铁芯5上所缠绕的线圈其导线材料相同、匝数相同、通入电流方向相同、缠绕方向相反，或导线材料相同、匝数相同、缠绕方向相同、通入电流方向相反，以保证相向设置的铁芯两极极性相同，第一铁芯4与第二铁芯5之间产生斥力。

在实际应用中，本发明的三维隔震装置的设计需要根据建筑结构与上部装置自重，计算浮起上部装置所需的斥力，根据斥力大小按电磁场理论设计第一铁芯4、第二铁芯5及线圈，以保证悬浮间距为30mm及以上；需要根据建筑结构与上部装置自重，计算基座2需要承受的水平力，根据需要设置加劲肋，保证基座2在水平地震作用下不会被破坏；同时应保证基座2内部的限位台阶7在静止状态下能够支撑建筑结构以及上部装置自重；需要根据上部建筑物结构自重与上部装置自重，计算定位框架6的尺寸；需要根据定位框架6与基座2之间的摩擦力作用，设计摩擦片10；根据建筑结构自重，可以采取多个电磁悬浮隔震装置并联的方式，共同支撑建筑结构自重。

所述三维隔震装置在施工时，应先在结构底盘1上按要求浇筑筒形基座2；根据需要在基座2的四周浇筑加劲肋11；将预制的第一铁芯4缠绕线圈后安装于基座2的安装位上，使第一铁芯4的两极朝上；把预制的第二铁芯5反向缠绕线圈，并固定于预制的定位框架6中；所述定位框架6外部固定摩擦片10；将处理好的定位框架6搁置在基座2的限位台阶7上；将所述叠层橡胶支座螺栓连接于定位框架6顶面上；并将位移传感器固定在预留的位移传感器及导线通道9中；安装加速度监测器开关；安装位移电流控制器；接通电源。

本实施例的三维隔震装置在实际应用中，当接收到竖向震动信号时，加速度监测器开关开启电源，电磁线圈通电，第一铁芯4与第二铁芯5之间立刻产生较大的斥力，使上部装置整体脱离与地面接触。定位框架6对第二铁芯5在上升过程中及悬浮状态下起稳定作用，使第二铁芯5在工作状态不发生错位。摩擦片10能保证定位框架6在竖向地震作用下，上升或者下浮过程的灵活性。根据位移传感器监测到竖向地震的数据，通过位移电流控制器实时调整线圈的电流大小，即当竖向有向上的位移时，位移电流控制器减小电流，使悬浮距离减小；当竖向有向下的位移时，位移电流控制器增大电流，使悬浮距离增大，保证能够隔离或者减弱竖向地震对上部装置的影响。同时，水平向隔震支座8隔绝水平地震作用。通过半主动控制与三维隔震，实现上部装置在水平向和竖向只有极小甚至零加速度。当地震停止时，减小线圈3中的电流，使得悬浮的第二铁芯5缓慢回到初始状态，至此隔震工作状态结束。

实施例2

请参阅附图6，本实施例与实施例1的区别之处在于，本实施例中的所述水平向隔震支座8采用摩擦摆隔震支座。本实施例中的所述摩擦摆隔震支座属于现有技术的隔震支座，在此不对其内部结构及其功能进行详细叙述。在本发明的其他实施例中，所述水平向隔震支座8可采用弹性滑板隔震支座或者其他相同或者相似功能的隔震支座。

以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。