一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的制作方法

本发明属于建筑，具体而言，涉及一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱。

背景技术：

1、多跨刚架中采用的上下两端均铰接不能抵抗侧向荷载的柱称为摇摆柱。摇摆柱自身的稳定性依赖刚架的抗侧移刚度，作用于摇摆柱中的内力将起促进刚架失稳的作用。大跨度钢结构屋盖为满足大跨度、大空间设计需要，常常需要在房屋结构中设置摇摆柱，用于支撑屋盖，防止其发生倾斜，同时由于我国位于世界两大地震带――环太平洋地震带与欧亚地震带之间，受太平洋板块、印度板块和菲律宾海板块的挤压，地震断裂带十分活跃，地震活动频度高、强度大、震源浅，分布广，房屋更需要摇摆柱来减轻房屋震动。

2、但是现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握，很难阻止危险的发生；同时现有摇摆柱不能及时将已倾斜的屋盖复位，难以达到较好的减震效果。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，能够解决现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握，很难阻止危险的发生的问题；同时能够解决现有摇摆柱不能及时将已倾斜的屋盖复位，难以达到较好的减震效果。

2、本发明是这样实现的：

3、本发明提供一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱，其中，具有柱体，所述柱体包括活动柱、活动块以及固定柱，所述活动柱的一端与屋顶固定连接，另一端与所述活动块的顶部活动连接，所述固定柱的一端与所述活动块固定连接，另一端与地面固定连接；所述活动块内部设置有球入式复位装置，所述球入式复位装置包括承台、凸台以及翼板，所述翼板固定在所述活动柱的底部，所述凸台与所述翼板固定连接，所述活动块的顶部设置有所述承台，所述承台为挖空半球状，所述承台与所述凸台相适配；

4、所述活动块的顶部还设置有耗能装置，所述耗能装置用于尽快使得活动柱停止晃动；所述耗能装置包括钢筋混凝土墩，所述钢筋混凝土墩的底部固定在所述活动块的顶部位置，所述钢筋混凝土墩为凹槽形，底部为中空结构，所述活动柱穿过所述钢筋混凝土墩与所述活动块固定连接，所述钢筋混凝土墩的左右两侧内壁上分别固定有耗能构件，所述耗能构件还与所述活动柱连接；所述耗能构件包括钢板、第一端板、第二端板、第一螺杆组以及第二螺杆组，所述第一螺杆组与所述第二螺杆组中均包含若干螺杆；所述第二螺杆组中的螺杆依次穿过所述钢筋混凝土墩侧壁上的所述第二端板、所述第一端板和所述活动柱，所述钢板的端部固定在所述活动柱上，所述第一螺杆组的一端设置有限位件，所述第一螺杆组的另一段穿过所述钢筋混凝土墩的底部与所述钢板后设置有另一限位件；所述第一螺杆组和所述第二螺杆组上均设置有弹簧，所述弹簧分别位于所述限位件与所述钢筋混凝土墩之间、所述限位件与所述钢板之间以及所述第一端板与所述第二端板之间；

5、所述活动柱的底部设置有阻尼器，所述阻尼器用于阻止所述活动柱倾斜；所述活动柱的顶部固定设置有倾斜传感装置，所述倾斜传感装置用于检测屋盖的倾斜程度。

6、本发明提供的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的技术效果如下：通过设置柱体，用于固定屋盖，防止屋盖发生位移；通过设置球入式复位装置，使得活动柱和活动块分离，减少震动，阻止活动柱移动；通过设置承台、凸台以及翼板，在屋盖受外界影响发生位移时，及时带动活动柱连带屋盖复位，减轻震动，保护房屋安全；通过设置耗能装置，来回滞回耗能，使得受外力影响的屋盖以及活动柱及时复位，防止活动柱发生位移；通过设置阻尼器，保护活动柱以及固定在活动柱上的屋盖，消耗移动的能量，阻止活动柱和屋盖发生位移，性能稳定，不依靠外部能量，有效控制残余变形，结构简单，稳定可靠；通过设置倾斜传感装置，结构紧凑、体积小，抗振动能力强，采集数据直接以数字信号型式输出，抗电磁干扰能力强，可同时测试两个正交方向的倾角，实现对屋盖以及活动柱倾斜的实时监测。

7、在上述技术方案的基础上，本发明的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱还可以做如下改进:

8、其中，所述倾斜传感装置包括壳体、安装底座、变送电路板、传感器电路板以及电缆，所述安装底座固定在所述活动柱的顶部，所述壳体与所述安装底座固定连接；将所述电缆的一端穿过所述壳体与所述变送电路板以及所述传感器电路板焊接，所述电缆的另一端连接有数据采集器，所述电缆包括电源线和通讯线；所述变送电路板与所述传感器电路板固定设置在所述壳体的内部，所述变送电路板安装在变送电路板安装座上，所述传感器电路板固定设置在传感器安装座内，在传感器安装座上旋紧变送电路板安装座，所述壳体与所述传感器安装座之间采用o型圈密封。

9、壳体采用不锈钢材料，并进行防水设计，密封性好；电缆选用四芯屏蔽电缆以提高其抗电磁干扰能力；安装传感器电路板后向传感器安装座内注满703硅橡胶，待干后，变送电路板及电缆接头处都用聚四氟乙烯薄膜包裹，用透明胶带粘紧；通过设置壳体、安装底座、变送电路板、传感器电路板以及电缆，结构紧凑、体积小，抗振动能力强，采集数据直接以数字信号型式输出，抗电磁干扰能力强，可同时测试两个正交方向的倾角，实现对屋盖以及活动柱倾斜的实时监测。

10、进一步的，所述变送电路板包括微控制器、温度补偿电路、电源电路、通信电路、保护电路以及传感器接口电路；所述微控制器用于暂存测量数据，并实现掉电保护；所述温度补偿电路对所述传感器电路板的输出信号进行温度补偿，同于减少温度对测量精度的影响；所述电源电路用于给整个电路供电；所述通信电路用于传递信号；所述保护电路包含防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；所述传感器接口电路用于对所述传感器电路板传递的信号进行调理；

11、所述传感器电路板包括倾斜传感器、电源电路、保护电路、电源接口端子、传感器信号端子、保护电路以及信号调理电路；所述倾斜传感器用于对所述屋盖与所述活动柱倾斜度进行实时监测；所述电源电路对输出电压进行二次稳压；保护电路包括防反接保护、过压保护、过流保护、浪涌保护单元，用于保护电路正常工作；信号调理电路用于对倾斜传感器的输出信号进行滤波、放大，经保护电路后接入传感器信号端子。

12、变送电路板中微控制器选用stc12le5a32s2单片机，内含28k字节eeprom存贮空间；电源电路采用低压差线性稳压器件，对输入电压进行二次稳压，并使用dc-dc电源变换技术给整个电路供电；通信电路采用max3483芯片；传感器电路板中倾斜传感器选用双轴伺服加速度mems器件，具有精度高、交叉轴影响小的特点，满足对屋盖倾斜度进行在线监测的要求；电源电路采用低压差线性稳压器件，对输入电压进行二次稳压，将12v电压变化到双轴倾斜传感器所需的3.3v；通过设置变送电路板和传感器电路板，消除了温度对测量精度的影响，能适应复杂气候条件的影响。

13、其中，所述阻尼器包括外管、副缸、内管、挡板、永磁环、导磁环以及隔磁环，所述外管固定在所述活动柱上，所述外管的两端设置有副缸，中间有一密闭腔体，所述密闭腔体由所述挡板与所述内管组成，所述密闭腔体中充满磁流变液；所述副缸的正上方固定设置有所述挡板，所述内管固定在所述挡板之间；所述内管包括内管上端板、内管挡板以及内管下端板，所述内管上端板、所述内管挡板以及所述内管下端板依次套设在所述内管上；所述内管穿过所述挡板并将所述内管下端板设置在副缸内，所述内管下端板底部设置有副缸碟簧；所述外管的顶部以及所述副缸的侧壁上均设置有开孔，所述内管上端板以及所述内管下端板的直径均小于或等于开孔的直径，所述内管挡板的直径大于所述开孔的直径；所述内管挡板与所述挡板之间还设置有碟簧；所述内管上还固定设置有活塞，所述活塞由中间的所述永磁环以及两侧的所述导磁环构成，所述永磁环的外周、两侧所述导磁环之间还设置有所述隔磁环。

14、内管上设置有凹槽，活塞与内管之间的空隙的宽度是变化的；活塞的两侧套设有内管挡板，阻止活塞与内管之间的相对运动；永磁环的材质为永久磁铁；流变液作为一种智能材料，可以在毫秒时间内由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的bingham粘塑性体，制成的自复位磁流变阻尼器具有出力大、能耗低、响应快的优点；碟簧具有极好的弹性，相比较形状记忆合金而言基本不受温度影响，变形后不需要加热即可实现自复位；相比较预应力筋有较大的弹性变形，可以满足大变形的结构的需求；由于磁流变液在磁场作用下固化产生的剪切屈服强度与磁场强度成正比，而磁场强度又与阻尼通道的宽度成反比，因此改变阻尼通道的宽度，可以调节磁流变液的在磁场作用下的固化产生的剪切屈服强度的大小，使得密封腔体内的磁流变液阻尼连续可变，且位移越大，密封腔体内的活塞挤压阻尼通道内的“固化”磁流变液所需克服的阻尼力也越大，耗能越多，能够提供连续可变的阻尼力且不需要外部电源供应；通过设置外管、副缸、内管、挡板、永磁环、导磁环以及隔磁环，保护活动柱以及固定在活动柱上的屋盖，消耗移动的能量，阻止活动柱和屋盖发生位移，性能稳定，不依靠外部能量，有效控制残余变形，结构简单，稳定可靠。

15、其中，所述承台与所述翼板之间通过剪力螺栓锚固连接，所述的剪力螺栓两端设置有螺栓套筒，所述螺栓套筒用于给所述剪力螺栓定位，所述剪力螺栓的两端通过锚固钢板进行锚固。

16、剪力螺栓在活动柱翼板上均匀分布，能够提供拉拔力和抗剪力，帮助活动柱带动屋盖复位；通过设置剪力螺栓，使得屋盖带动活动柱产生位移时能够及时复位。

17、其中，所述耗能构件还包括折板，所述折板为两个，分别固定与所述第一端板和所述第二端板的顶部，所述折板位于所述第二螺杆组之间；所述第二螺杆组之间还设置有波形钢板，所述波形钢板的一端固定有所述第一端板上，另一端固定与所述第二端板上。

18、采用上述改进方案的有益效果为：通过设置折板，保证活动柱侧面刚度。

19、其中，所述活动柱与所述固定柱通过复位筋连接，所述承台与所述凸台中间开设有通孔，所述定位筋设置在所述通孔中，所述定位筋的一端与所述阻尼器的顶部固定连接，所述定位筋的另一端与所述活动块的底部固定连接。

20、外管的底部设置有通孔，用于供复位筋穿过；复位筋具有自复位功能，可选为无粘结预应力筋、形状记忆合金绞线，其截面面积略小于通孔大小；复位筋的强度与刚度大于阻尼器的刚度和强度，用于保证复位筋屈服；通过设置复位筋，使得屋盖带动活动柱产生位移时能够及时复位。

21、其中，所述承台的四周设置有挡块，所述挡块用于限制所述活动柱晃动过大，保护柱体以及固定在所述柱体顶部的屋顶的安全；所述挡块由混凝土、泡沫隔离块以及防粘结薄层从内到外组成，所述混凝土的内部还设置有多根竖向钢筋和水平钢筋，多根所述竖向钢筋和水平钢筋在所述混凝土内部纵横交错。

22、泡沫隔离块可选用聚苯乙烯材料，具有可复位性和易修复性；通过设置挡块，提供屋盖防位移的二次防线。

23、其中，所述凸台与所述承台以及所述翼板与所述挡块之间设置有摩擦隔离层，所述摩擦隔离层用于增大摩擦。

24、摩擦隔离层的材料可选用石棉摩擦材料、半金属摩擦材料、nao摩擦材料、粉末冶金摩擦材料或碳纤维摩擦材料；通过设置摩擦隔离层，用于增大活动柱与活动块之间的摩擦力，阻止屋盖移动。

25、其中，所述固定柱与地面固定连接的位置通过螺栓固定有加劲肋。

26、采用上述改进方案的有益效果为：通过在固定柱底部位置设置加劲肋，加固固定柱的稳定性，避免危险的发生。

27、与现有技术相比较，本发明提供的一种支撑大跨度钢结构屋盖的摇摆柱的有益效果是：通过设置柱体，用于固定屋盖，防止屋盖发生位移；通过设置球入式复位装置，使得活动柱和活动块分离，减少震动，阻止活动柱移动；通过设置承台、凸台以及翼板，在屋盖受外界影响发生位移时，及时带动活动柱连带屋盖复位，减轻震动，保护房屋安全；通过设置耗能装置，来回滞回耗能，使得受外力影响的屋盖以及活动柱及时复位，防止活动柱发生位移，能够解决现有摇摆柱不能及时将已倾斜的屋盖复位，难以达到较好的减震效果；通过设置阻尼器，保护活动柱以及固定在活动柱上的屋盖，消耗移动的能量，阻止活动柱和屋盖发生位移，性能稳定，不依靠外部能量，有效控制残余变形，结构简单，稳定可靠；通过设置倾斜传感装置，结构紧凑、体积小，抗振动能力强，采集数据直接以数字信号型式输出，抗电磁干扰能力强，可同时测试两个正交方向的倾角，实现对屋盖以及活动柱倾斜的实时监测，能够解决现有的摇摆柱结构不能对其倾斜角度进行检测，难以对其屋盖的倾斜程度进行掌握，很难阻止危险的发生的问题。