一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座及其应用方法与流程

本发明涉及钢结构连接，具体的说是一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座及其应用方法。

背景技术：

1、随着我国经济的快速发展，体育馆等一系列的公共建筑均采用大跨度钢结构屋盖，其特点钢结构具有自重轻，施工方便，能给实现大跨度结构计算，满足规范要求。然而温度变化使得钢结构发生较大变形（温差较大的环境，根据热胀冷缩的原理），结构长度越长，桁架梁等水平构件产生的变形越大。当这些水平构件变形受到了结构柱等竖向构件的约束，会产生较大的约束力；常规设计理念，通过通过增加配筋或者增大截面的方式实现结构安全要求，这同时无形中增加工程建设成本；另外在地震作用及风作用对钢结构构件也会造成极大的疲劳破坏。

2、通过调查研究发现，将支座设计成具有小滑移，方向可转动的支座，能够有效降低构件由于应力较大或者疲劳破坏造成的影响，可以有效防止对屋面的损害，特别是金属屋面的损害；传统支座主要是通过节点球和节点空腔的方式或者空腔内填充橡胶来实现水平位移，橡胶硬度太低或橡胶总厚度太大的造成支座稳定不好，承载力较低，并且容易出现异常变形，同时，现有的叠层橡胶支座、高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座都是利用摩擦消耗动能，根据能量守恒定律，由于能量不能消失，因此，摩擦生热后会使温度升高，影响支座寿命，同时常规橡胶支座阻尼是恒定，如何实现两个方向的可变可控，第一，根据结构长度，系统自行设计出额定阻尼。第二个方向，随着温度升高，阻尼也会发生变化，第一次阻尼相对较小，第二次阻尼提升，第三次阻尼进一步提升，目的是温度初始的时候，释放部分位移，当温度更高时，如果释放阻尼不变，还会释放相同的位移，那么这样桁架梁或者其他钢结构梁由于挠度过大，会损害金属屋面。当阻尼提高之后，变形越来越小，金属屋面收到的变形也是进一步可控。

技术实现思路

1、本发明旨在克服现有技术的缺陷，提供一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座及其应用方法，解决由于支座瞬移带来的结构破坏问题，提高了支座使用寿命。

2、为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的：

3、一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：它包括支座导磁外壳、永磁铁、磁流变弹性体阻尼层、上导磁支座盖、支座固定板、线圈；

4、支座导磁外壳内设有磁流变弹性体阻尼层，磁流变弹性体阻尼层上部设有永磁体和上导磁支座盖，磁流变弹性体阻尼层下部设有永磁体，磁流变弹性体阻尼层外部设有线圈；上导磁支座盖上部设有支座固定板；

5、通过改变电流，控制线圈的磁场大小，使得支座中的磁流变弹性体中的材料刚度发生变化，阻尼也发生变化，实现支座的水平移动。

6、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：还包括磁流变液阻尼器，支座导磁外壳和上导磁支座盖之间设有磁流变液阻尼器，磁流变液阻尼器内包括设于阻尼器外缸体内的活塞传力杆和活塞。

7、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：所述支座导磁外壳以及上导磁盖支座盖可以设计成方形或者圆形；所述支座导磁外壳以及上导磁盖支座之间填充聚苯乙烯材料或者其他导磁材料，且满足长时间支座转动带到的磨损，其中中间间距根据支座方向产生的大位移进行设置；所述支座导磁外壳预留磁流变阻尼器安装孔，便于磁流变阻尼器安装；支座导磁外壳底部安装导磁线圈和大永磁体，其中导磁线圈的个数根据用磁量均匀设置。

8、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：所述支座导磁外壳底部的大永磁体上部安装磁流变弹性体阻尼层，阻尼层分为磁流变弹性体和导磁片，其中在阻尼层设置为导磁片直径要设置两层磁流变弹性体，并保证每片磁流变弹性体与相应的导磁层有可靠连接。

9、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：所述上导磁支座盖底部设置大永磁体，支座导磁外壳底部的大永磁体和上导磁支座盖底部的大永磁体需要异号设置，并与导磁线圈形成的磁流相反，其中导磁线圈的磁极通过导线正负极确定。

10、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：所述的磁流变液阻尼器的活塞内设置环形线圈、间隔设于环形线圈内的小永磁铁、小永磁铁中间的磁流液通道、环形线圈中心的绝缘内缸体和环形线圈外部的活塞外缸体。

11、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座，其特征在于：所述活塞的环形线圈和磁流液通道以及小永磁铁设置成十字形或者米字型。

12、所述的一种用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座的操作系统，其特征在于：将温度监测系统的温度应力片安装在钢结构上用于测量钢结构温度及环境温度，将应变应力监测系统的应力应变片安装在钢结构上用于测量钢结构的变形；将测量后的温度和变形数值反馈到数据处理系统，数据处理系统经过计算后，如计算结果超过钢结构的力学设计范围，则启动可控阻尼支座进行弥补；数据处理系统根据应力进行调节电流，更改磁流变体的刚度，调节阻尼，进而支座产生微小位移，实现释放应力的作用；

13、所述的用于钢结构屋盖的磁流变可控阻尼支座的操作系统的控制方法，其特征在于：将温度监测系统的温度应力片安装在钢结构上用于测量钢结构温度及环境温度，将应变应力监测系统的应力应变片安装在钢结构上用于测量钢结构的变形；将测量后的温度和变形数值反馈到数据处理系统，数据处理系统经过计算后，如计算结果超过钢结构的力学设计范围，则启动可控阻尼支座进行弥补；数据处理系统根据应力进行调节电流，更改磁流变体的刚度，调节阻尼，进而支座产生微小位移，实现释放应力的作用；

14、温度应力计算公式为：σ=eδ△t。

15、式中：σ－应力(mpa)；e－弹性模数(mpa)，钢材取2.1×105mpa；δ－钢材的相对变形，δ＝△l/l；△-温度差。

16、△t=t1-t0 t1-当前温度。t0-安装时温度。

17、当δ＞l0/800时，改变电流，调整剪切刚度，l0为计算跨度。

18、所述的使用磁流变可控阻尼支座的梁柱节点结构，其特征在于：它包括一根球柱，球柱的外部设有腹杆和下弦杆，可控阻尼支座安装在球柱下部。

19、本发明的有益效果是：通过上述技术方案可以看出，本技术提供一种可控磁流变阻尼支座及自感应系统，电磁线圈中通入电流，使线圈产生磁场，由于不同电流可以产生不同磁场强度，进而改变磁流变弹性体剪切刚度；另外根据相关的规范，通过处理器系统计算出可控位移等相关指标，通过调节电流，实现磁场改变，进一步通过调整相关尺寸，通过改变剪切刚度实现阻尼改变，有效防止结构瞬变，而且提高磁流变弹性体的可使用寿命。

20、1.由于在缓冲滑动支座设置磁流变弹性体和磁流变液阻尼器，因此在温度变化或者地震时，支座在水平方向上的位移变化因受到磁流弹性体的刚度变化以及磁流变液阻尼器的阻尼变化，有效地防止了瞬间水平位移或大位移对支座结构的损伤；同时相较固定支座，可以根据应力，调节滑动支座的阻尼，降低主结构构件的配筋和损坏影响，降低工程成本。

21、2、由于该支座系统充分利用光伏板进行光能转换，然后根据温桁架或者钢梁等构件的位移应变计来调节电流，实现支座缓冲效果，更好的满足释放支座的水平位移的结构性能，有效防止结构瞬移带来的危害，降低充分利用结构优势实现能源利用。

22、3、由于在有限位移缓冲滑动支座外槽的四周设置了固定支座外槽螺栓孔，使支座的安装变得十分快捷简单，准确高效。

23、4、整个组装过程，除梁下支座与梁的连接，需要焊接(可在工厂完成)，其余均不需焊接，施工方便。

24、5、由于支座采用的是变阻尼，则支座的磨损性能低，老化程度低。可以降低由于长时间疲劳运动带来的支座损伤。

25、6、根据实际中监测钢结构构件及竖向构件应力值到达设计可允许应力临界值时，通过电流调整，使得阻尼变小，释放部分位移，使其应力值降低到可控允许值范围内，同时在设计过程中可以综合考虑支座应力值大小进而设计竖向构件及钢结构构件，降低工程成本。