一种用于框架结构的分离式磁流变耗能装置的制作方法

本发明属于建筑结构阻尼减震技术领域，具体涉及一种用于框架结构的分离式磁流变耗能装置。

背景技术

磁流变阻尼器是利用磁流变液在磁场的作用下短时间(毫秒级)内实现液—固两相逆变特性而制造的一种半主动控制装置。他具有响应速度快、阻尼力大且连续可调等优点，已成为工程结构抗震和抗风、机车悬架系统减振等应用领域最具有应用前景的半主动控制装置。

根据磁流变流体的受力状态和流动特点，磁流变阻尼器可以分为阀式、剪切式、挤压流动式和剪切阀式，其中剪切阀式磁流变阻尼器因其结构形式简单、出力大而得到了较多的关注。为增加阻尼器阻尼通道的磁场强度，降低剩磁的影响，磁流变阻尼器的活塞通常采用电工纯铁制成，并在活塞上开设凹槽，凹槽内缠绕励磁线圈。然而，和活塞凹槽对应的阻尼通道因没有电磁感应线被视为无效长度，由于凹槽通常占活塞全长的一半左右，因此，磁流变阻尼器的最大阻尼力大大降低，阻尼器的阻尼通道受活塞杆影响较大，不能单独设计。此外，电工纯铁的机械性能因其纯度和晶粒不同而有很大差别，其屈服强度为0.298-166mpa，机械性能较差，这对于经常承受拉、压循环荷载的活塞非常不利。

此外，在建筑结构中，磁流变阻尼器的安装方式通常有k型支撑、门式支撑、人字形支撑等，这些支撑系统刚度很大，因此体积大、自重大，浪费严重，并在一定程度上增加了结构的动力响应。

技术实现要素：

为解决上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，该装置的油缸和电磁感应阻尼通道相互分离，阻尼通道可单独设计，并且全长度有效，阻尼力大，活塞和缸筒都可以采用机械性能较好的钢材。同时，该装置采用钢绞线与结构连接，节约材料和成本、自重小。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，包括底部框架梁、左侧框架柱、右侧框架柱和顶部框架梁，左侧框架柱的上端与顶部框架梁的左端相固定，左侧框架柱的下端与底部框架梁的左端相固定，右侧框架柱的上端与顶部框架梁的右端相固定，右侧框架柱的下端与底部框架梁的右端相固定；所述底部框架梁与左侧框架柱的节点处通过连接钢板固定设有左侧耐高压油缸，底部框架梁与右侧框架柱之间的节点处通过连接钢板固定设有右侧耐高压油缸，左侧耐高压油缸的上端的活塞杆通过钢绞线固定在右侧框架柱和顶部框架梁的节点处，右侧耐高压油缸的上端的活塞杆通过钢绞线固定在左侧框架柱和顶部框架梁的节点处；所述左侧耐高压油缸的右侧的上部及右侧耐高压油缸的左侧的上部均设有上腔室出油口，左侧耐高压油缸的右侧的下部及右侧耐高压油缸的左侧的下部均设有下腔室出油口，左侧耐高压油缸与右侧耐高压油缸之间设有电磁感应阻尼通道，电磁感应阻尼通道设置有4个阻尼通道孔，分别为左侧上部阻尼通道孔、左侧下部阻尼通道孔、右侧上部阻尼通道孔和右侧下部阻尼通道孔，左侧上部阻尼通道与右侧耐高压油缸的上腔室出油口之间、左侧下部阻尼通道与左侧耐高压油缸的上腔室出油口之间、右侧上部阻尼通道与右侧耐高压油缸的下腔室出油口之间、右侧下部阻尼通道与左侧耐高压油缸的下腔室出油口之间均设有耐高压软管。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述左侧耐高压油缸及右侧耐高压油缸均由圆形缸筒、圆形缸筒盖板、活塞杆和圆柱形活塞组成，圆形缸筒的端部设有圆形缸筒盖板，圆形缸筒内设有活塞杆，穿设在圆形缸筒内侧的活塞杆的一端设有圆柱形活塞，伸出圆形缸筒内侧的活塞杆的另一端连接有钢绞线，钢绞线通过锚板锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点上。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述圆柱形活塞的外侧开设有环形密封槽，环形密封槽内设有o型密封圈。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述电磁感应阻尼通道由沿折线多层排放的漆包线、非导磁漆包线保护层、e形非导磁间隔板、ⅰ号多层平板阻尼通道、槽型非导磁间隔板、ⅱ号多层平板阻尼通道、为电工纯铁侧板、电磁感应线、ⅰ号阻尼通道孔、ⅱ号阻尼通道孔组成；漆包线沿折线弯折多层排放，漆包线外部表面设有非导磁漆包线保护层，多层排放的漆包线的一层和二层之间、三层和四层之间、五层和六层之间平行设置e形非导磁间隔板，e形非导磁间隔板与相邻上、下层漆包线之间的空隙即为ⅰ号多层平板阻尼通道，多层排放的漆包线的二层和三层之间、四层和五层之间平行设置槽型非导磁间隔板，槽型非导磁间隔板与相邻上、下层漆包线之间的空隙即为ⅱ号多层平板阻尼通道，i号多层平板阻尼通道和ⅱ号多层平板阻尼通道均含有两个阻尼通道孔，电工纯铁侧板则固定设置在电磁感应阻尼通道的前、后两侧。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述耐高压油缸1的上腔室和下腔室、耐高压软管、电磁感应阻尼通道的ⅰ号多层平板阻尼通道和ⅱ号多层平板阻尼通道中均填充磁流变液。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述底部框架梁与左侧框架柱之间的锚板的锚固点为a点，左侧框架柱与顶部框架梁之间的锚板的锚固点为b点，顶部框架梁与右侧框架柱之间锚板的锚固点为c点，底部框架梁与右侧框架柱之间锚板的锚固点为d点。

本发明的有益效果：(1)该装置的缸筒和阻尼通道相互分离，阻尼通道的安装位置、截面形状、尺寸、阻尼力等不再受缸筒约束，可以单独设计，并且阻尼通道全长度有效，阻尼力大。(2)该分离式磁流变阻尼器通过钢绞线和钢板与框架结构连接在一起，连接系统属于柔性结构，自重轻，节约材料和成本，并且阻尼通道全长度有效。

附图说明

图1是本发明的一种用于框架结构的分离式磁流变耗能装置的装配示意图；

图2是图1中高压油缸1的f-f剖面结构示意图；

图3是图1中电磁感应阻尼通道2的n-n剖面结构示意图；

图4是图2电磁感应阻尼通道2的m-m剖面结构示意图；

图5是图1中电磁感应阻尼通道2的n-n剖面电磁感应线示意图。

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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-5所示，本发明提供了一种用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，包括底部框架梁31、左侧框架柱32、右侧框架柱33和顶部框架梁34，左侧框架柱32的上端与顶部框架梁34的左端相固定，左侧框架柱32的下端与底部框架梁31的左端相固定，右侧框架柱33的上端与顶部框架梁34的右端相固定，右侧框架柱33的下端与底部框架梁31的右端相固定；所述底部框架梁31与左侧框架柱32的节点处通过左侧连接钢板3固定设有左侧耐高压油缸1，底部框架梁31与右侧框架柱33之间的节点处通过右侧连接钢板3固定设有右侧耐高压油缸1，左侧耐高压油缸1上端的活塞杆18通过钢绞线5和锚板6固定在右侧框架柱33和顶部框架梁34的节点处，右侧耐高压油缸1上端的活塞杆18通过钢绞线5和锚板6固定在左侧框架柱32和顶部框架梁34的节点处；所述左侧耐高压油缸1上部和下部分别设有出油口1a和1b，右侧耐高压油缸1上部和下部分别设有出油口1c和1d，左侧耐高压油缸1与右侧耐高压油缸1之间设有电磁感应阻尼通道2，电磁感应阻尼通道2设置有4个阻尼通道孔，分别为左侧下部阻尼通道孔2a、左侧上部阻尼通道孔2c、右侧上部阻尼通道孔2d和右侧下部阻尼通道孔2b，左侧下部阻尼通道孔2a与左侧耐高压油缸1上部出油口1a之间、右侧下部阻尼通道孔2b与左侧耐高压油缸1下部出油口1b之间、左侧上部阻尼通道孔2c与右侧耐高压油缸1上部出油口1c之间、右侧上部阻尼通道孔2d与右侧耐高压油缸1上部出油口1d之间分别由耐高压软管4连通。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述左侧耐高压油缸1及右侧耐高压油缸1均由下部矩形缸筒盖板11、圆柱形缸筒12、圆柱形活塞13、上部矩形缸筒盖板17、活塞杆18组成。圆柱形缸筒12的两端设有矩形缸筒盖板11和17，圆柱形缸筒12内部穿设有活塞杆18，活塞杆18的一端设有圆柱形活塞13，圆柱形活塞13的外侧开设有环形密封槽，环形密封槽内设有o型密封圈16,圆柱形活塞13将圆柱形缸筒12内部分割成两个圆柱形腔室14和15，活塞杆18伸出圆柱形缸筒12的另一端连接有钢绞线5，钢绞线5通过锚板6锚固在相邻的框架梁与框架柱的节点处。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述电磁感应阻尼通道2由沿折线29多层排放的漆包线21、非导磁漆包线保护层22、e形非导磁间隔板23、ⅰ号多层平板阻尼通道24、槽型非导磁间隔板25、ⅱ号多层平板阻尼通道26、为电工纯铁侧板27、电磁感应线28、ⅰ号阻尼通道孔2a和2c、ⅱ号阻尼通道孔2b和2d组成。漆包线21沿图4中折线29弯折多层排放，漆包线21外部表面设有非导磁漆包线保护层22，多层排放的漆包线21的一层和二层之间、三层和四层之间、五层和六层之间平行设置e形非导磁间隔板23，e形非导磁间隔板23与相邻上、下层漆包线之间的空隙即为ⅰ号多层平板阻尼通道24，2a和2c为ⅰ号多层平板阻尼通道24两个阻尼通道孔，多层排放的漆包线21的二层和三层之间、四层和五层之间平行设置槽型非导磁间隔板25，槽型非导磁间隔板25与相邻上、下层漆包线之间的空隙即为ⅱ号多层平板阻尼通道26，2b和2d为ⅱ号多层平板阻尼通道26两个阻尼通道孔，电工纯铁侧板27则固定设置在电磁感应阻尼通道2的前、后两侧。

根据上述的用于框架结构的分离式磁流变耗能装置，所述耐高压油缸1的上腔室15和下腔室14、耐高压软管4、电磁感应阻尼通道2的ⅰ号多层平板阻尼通道24和ⅱ号多层平板阻尼通道26中均填充磁流变液。

实际现场应用时，所述钢绞线5需施加部分预应力以减小钢绞线5自身的弹性变形，所述底部框架梁31与左侧框架柱32之间的连接钢板3的锚固点为a点，左侧框架柱32与顶部框架梁34之间的锚板6的锚固点为b点,顶部框架梁34与右侧框架柱33之间锚板6的锚固点为c点，底部框架梁31与右侧框架柱33之间连接钢板3的锚固点为d点。

本发明的工作原理：

首先将沿折线多层排放的漆包线21的两端分别与直流电源的正、负极相连，当漆包线21中通电流时，便会在漆包线21的整个长度上产生以漆包线21为中心的磁感应线28，由于电工纯铁侧板27、ⅰ号多层平板阻尼通道24和ⅱ号多层平板阻尼通道26中的磁流变液导磁性能良好，并且漆包线保护层22、e形非导磁间隔板23和槽型非导磁间隔板25均为非导磁材料，因此，漆包线21通电以后产生的磁感应线28集中分布在图5所示的ⅰ号多层平板阻尼通道24、ⅱ号多层平板阻尼通道26和侧板27中，且磁感应线28的方向和ⅰ号多层平板阻尼通道24、ⅱ号多层平板阻尼通道26中磁流变液流动的方向相互垂直，因而磁感应线28的大小能有效改变磁流变液的剪切屈服强度，阻尼通道全长度有效，因而产生的阻尼力更大。

在水平地震荷载作用下，框架结构会产生层间相对位移，顶部框架梁34的左端点b和右端点c相对于底部框架梁31的左端点a和右端点d发生水平相对位移，ac两点的距离被拉长(此时bd两点的距离缩短)或缩短(此时bd两点的距离拉长)，由于和活塞杆18相连的钢绞线5施加过预应力，且耐高压油缸1通过连接钢板3固定在框架梁和框架柱的节点处，因此，ac和bd之间的相对位移被转换成活塞13与缸筒12之间的相对位移。当ac两点的距离被拉长时，左侧耐高压缸筒1中的活塞13相对于缸筒12向右上方运动，上腔室15中的体积变小，上腔室15中的磁流变液在压力作用下经耐高压软管4、ⅰ号多层平板阻尼通道24、耐高压软管4流入右侧耐高压缸筒中1上腔室15中，右侧耐高压缸筒1中上腔室15的体积不断变大，而右侧耐高压缸筒1中下腔室14的体积变小，下腔室14中的磁流变液则经耐高压软管4、ⅱ号多层平板阻尼通道26、耐高压软管4流入左侧耐高压缸筒中1下腔室14中；当bd两点的距离被拉长时，磁流变液则沿着上述反方向流动。在反复地震荷载作用下，磁流变液便会在ⅰ号多层平板阻尼通道24、ⅱ号多层平板阻尼通道26中来回流动，因而产生阻尼力和耗能减震作用，从而有效消耗传入建筑结构的地震能量，并降低结构在地震荷载作用下的动力响应，增大结构的耗能能力。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。