一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法制造方法及图纸

一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法，包括水平隔震单元、竖向隔震单元。水平隔震单元有普通摩擦摆支座的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接，竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，电磁铁中的线圈通过导线与控制系统相连。根据控制系统上位移传感器和压力传感器的反馈信息，计算机能自动给电磁铁相应的控制，电磁铁通过相吸或者相斥使其结构在地震作用后复位，提高其抗拔能力，减弱建筑物的倾覆甚至倒塌，还极大的减弱了滑块对限位环的碰撞破坏、解决了现有摩擦摆中摩擦系数的多变性、残余位移。能够更加有效的消耗地震能量，使上部结构的稳定更加安全。

A Friction Pendulum Isolation Device with Electromagnetic Control and Its Control Method

A friction pendulum isolation device with electromagnetic control and its control method include horizontal isolation unit and vertical isolation unit. Horizontal isolation unit has common friction pendulum bearing lower cover plate connected with lower column, lower column connected with foundation, friction pendulum upper cover plate connected with upper column, vertical isolation unit embedded electromagnet in upper and lower column connected with friction pendulum upper and lower cover pendulum, and connected with control system at the same time. Coils in electromagnet are connected with control system through wires. According to the feedback information of displacement sensor and pressure sensor in the control system, the computer can automatically control the electromagnet. The electromagnet can reset its structure after earthquake by attracting or repelling each other, improve its pull-out ability, weaken the overturning or even collapse of the building, and greatly weaken the collision damage of the slider to the limit ring, and solve the friction system in the existing friction pendulum. Variability of number and residual displacement. It can consume seismic energy more effectively and make the stability of superstructure safer.

【技术实现步骤摘要】
一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法
本专利技术涉及地震减隔震技术。
技术介绍
地震是一种具有极强破坏力的自然灾害，据统计，地球上每年约发生500多万次地震,地震能造成大量的人员伤亡以及建筑物的倒塌对人类的生命和财产都会造成巨大的损失。但当前的科技水平尚无法预测地震的到来,我们只能采取一些措施,比如安装减隔震装置,将地震产生的危害尽量降低到最小。减隔震是减小或隔离因受到地震作用而对建筑物产生的影响。减震控制就是通过在结构的特定部位配置某种机构设备来改变结构的动力特性，耗散已经输入到结构系统中的地震能量。隔震就是将结构与地震激励分离开来，其基本原理是在基础结构和上部结构之间设置隔震层并利用隔震装置的耗能能力消耗地震输入的能量，降低结构的地震反应，有效的保障上部结构和人类生命财产安全。现阶段应用较多的隔震支座主要是叠层橡胶支座和摩擦摆支座。近年来,随着土木工程专业的发展，衍生出很多减隔震的方法,其中摩擦摆式隔震支座是20世纪80年代由美国地震保护系统公司研发的摩擦摆式隔震支座,摩擦摆隔震支座隔震消能的主要原理是利用滑动面的设计来延长结构的振动周期以大幅度减小结构因受地震作用而引起的放大效应.此外,还可以利用摩擦摆隔震支座滑动面与滑块之间的摩擦来达到消耗地震能量、减小地震输入的目的.但随着摩擦摆隔震支座产品投入使用，关于产品的一些问题也随着暴露出来，从实际的使用过程中反映出的问题有：（1）当发生竖向地震或结构所受竖向激励较大时，建筑物结构会相对于地面有一定的竖向向上的拔力，因此造成建筑物的倾覆甚至倒塌。（2）摩擦摆通过滑块在其滑道或滑面内的滑动摩擦来消耗来消耗一部分地震能量。从实验中发现，滑块与滑道之间的摩擦系数与滑移速度，温度以及上部重力等因素有关，在摩擦摆工作时摩擦系数的多变性降低了摩擦摆的有效性。（3）当发生地震作用时，摩擦摆残余位移的存在、地震激励较小或者当上部建筑物自重不足时，摩擦摆支座不能完全复位。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法。本专利技术是一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法，电磁控制的摩擦摆减隔震装置，包括水平隔震单元、竖向隔震单元，水平隔震单元有摩擦摆支座2的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接；竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，包括上柱1-1、下柱1-2、电磁铁1-3、线圈1-4、导线1-5、压力传感器1-6、位移传感器1-7、基础1-8、摩擦摆支座2、控制系统3，摩擦摆支座2是一种用在地震中的减隔震机构，是由上盖板2-1、下盖板2-2、滑动曲面2-3、滑动块2-4、限位块2-5构成；控制系统3是一种通过控制电源来调节电磁铁工作的智能控制器，由压力传感器数据处理器3-1、位移传感器数据处理器3-2、控制电源开关器3-3组成；摩擦摆支座2的下盖板2-2与下柱1-2固定连接，下柱1-2与基础1-8相连接，摩擦摆上盖板2-1与上柱1-1相连接，用于地震时通过摩擦摆支座2工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器1-6和位移传感器1-7分别安装在摩擦摆支座的滑动块2-4上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器1-6和位移传感器1-7能接收到信号，并将信息数据传输到控制系统3；控制系统3包括有压力传感器数据处理器3-1、位移传感器数据处理器3-2、控制电源开关器3-3，压力传感器数据处理器3-1和位移传感器数据处理器3-2能对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，即断开电源，或者正接电源，或者反接电源，从而控制电磁铁1-3工作；两块电磁铁1-3分别埋入上柱1-1和下柱1-2中，线圈1-4与导线1-5相连接并连入到控制系统3中，当控制系统3判断电磁铁1-3工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座2的切向力F和位移X的装置。本专利技术的电磁控制的摩擦摆减隔震装置的控制方法，其步骤为：当地震时，结构发生结构响应，此时摩擦摆工作，摩擦摆支座2的下盖板2-2与下柱1-2固定连接，下柱1-2与基础1-8相连接，摩擦摆上盖板2-1与上柱1-1相连接，安装在滑动块上的压力传感器1-6和位移传感器1-7接受到信号，并将信息数据传输给控制系统3；控制系统3里面连接的有压力传感器数据处理器3-1、位移传感器数据处理器3-2、控制电源开关器3-3，压力传感器数据处理器3-1和位移传感器数据处理器3-2对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，从而控制电磁铁1-3工作；两块电磁铁1-3分别埋入上下柱中，线圈1-4与导线1-5相连接并连入到控制系统3中，当控制系统3判断电磁铁1-3工作时，能够通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而控制摩擦摆支座2的切向力F和位移X，保证了安全值，使摩擦摆支座2安全工作。本专利技术与
技术介绍
相比，具有的有益的效果是：将电磁铁与现有计算机技术相结合，通过控制电磁铁的磁力来实现对多个方向的振动控制，从而实现对普通摩擦摆的智能化控制，着重解决现有摩擦摆中摩擦系数的多变性、残余位移、竖向抗拔能力小可能发生竖向倾覆、滑块对限位环的碰撞破坏、小激励作用下的敏感响应以及大震作用下的失效等问题。能够高效的降低结构的地震响应，以达到更好的减隔震效果，起到更好的安全保护结构稳定性的目的。附图说明图1是整体构造示意图正视图，图2是整体构造示意图的俯视图，图3是整体构造示意图的左视图，图4是电磁铁的构造图，图5是单个摩擦摆的构造图，图6是控制方法的流程框图。附图标记及对应名称为：上柱1-1，下柱1-2，电磁铁1-3，线圈1-4，导线1-5，压力传感器1-6，位移传感器1-7，基础1-8，摩擦摆支座2，控制系统3，压力传感器数据处理器3-1，位移传感器数据处理器3-2，控制电源开关器3-3，摩擦摆支座2，上盖板2-1，下盖板2-2，滑动曲面2-3，滑动块2-4，限位块2-5。具体实施方式本专利技术是一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置及控制方法，如图1~图6所示，电磁控制的摩擦摆减隔震装置，包括水平隔震单元、竖向隔震单元，水平隔震单元有摩擦摆支座2的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接；竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，包括上柱1-1、下柱1-2、电磁铁1-3、线圈1-4、导线1-5、压力传感器1-6、位移传感器1-7、基础1-8、摩擦摆支座2、控制系统3，摩擦摆支座2是一种用在地震中的减隔震机构，是由上盖板2-1、下盖板2-2、滑动曲面2-3、滑动块2-4、限位块2-5构成；控制系统3是一种通过控制电源来调节电磁铁工作的智能控制器，由压力传感器数据处理器3-1、位移传感器数据处理器3-2、控制电源开关器3-3组成；摩擦摆支座2的下盖板2-2与下柱1-2固定连接，下柱1-2与基础1-8相连接，摩擦摆上盖板2-1与上柱1-1相连接，用于地震时通过摩擦摆支座2工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器1-6和位移传感器1-7分别安装在摩擦摆支座的滑动块2-4上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器1-本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置，包括水平隔震单元、竖向隔震单元，水平隔震单元有摩擦摆支座（2）的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接； 竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，包括上柱（1‑1）、下柱（1‑2）、电磁铁（1‑3）、线圈（1‑4）、导线（1‑5）、压力传感器（1‑6）、位移传感器（1‑7）、基础（1‑8）、摩擦摆支座（2）、控制系统（3），其特征在于摩擦摆支座（2）是一种用在地震中的减隔震机构，是由上盖板（2‑1）、下盖板（2‑2）、滑动曲面（2‑3）、滑动块（2‑4）、限位块（2‑5）构成；控制系统（3）是一种通过控制电源来调节电磁铁工作的智能控制器，由压力传感器数据处理器（3‑1）、位移传感器数据处理器（3‑2）、控制电源开关器（3‑3）组成；摩擦摆支座（2）的下盖板（2‑2）与下柱（1‑2）固定连接，下柱（1‑2）与基础（1‑8）相连接，摩擦摆上盖板（2‑1）与上柱（1‑1）相连接，用于地震时通过摩擦摆支座（2）工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器（1‑6）和位移传感器（1‑7）分别安装在摩擦摆支座的滑动块（2‑4）上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1‑6）和位移传感器（1‑7）能接收到信号，并将信息数据传输到控制系统（3）；控制系统（3）包括有压力传感器数据处理器（3‑1）、位移传感器数据处理器（3‑2）、控制电源开关器（3‑3），压力传感器数据处理器（3‑1）和位移传感器数据处理器（3‑2）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，即断开电源，或者正接电源，或者反接电源，从而控制电磁铁（1‑3）工作；两块电磁铁（1‑3）分别埋入上柱（1‑1）和下柱（1‑2）中，线圈（1‑4）与导线（1‑5）相连接并连入到控制系统（3）中，当控制系统（3）判断电磁铁（1‑3）工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X的装置。...

【技术特征摘要】
1.一种电磁控制的摩擦摆减隔震装置，包括水平隔震单元、竖向隔震单元，水平隔震单元有摩擦摆支座（2）的下部盖板与下柱连接，下柱与基础相连接，摩擦摆上部盖板与上柱相连接；竖向隔震单元在连接摩擦摆上下盖摆的上下柱中埋入电磁铁，同时将其与控制系统相连，包括上柱（1-1）、下柱（1-2）、电磁铁（1-3）、线圈（1-4）、导线（1-5）、压力传感器（1-6）、位移传感器（1-7）、基础（1-8）、摩擦摆支座（2）、控制系统（3），其特征在于摩擦摆支座（2）是一种用在地震中的减隔震机构，是由上盖板（2-1）、下盖板（2-2）、滑动曲面（2-3）、滑动块（2-4）、限位块（2-5）构成；控制系统（3）是一种通过控制电源来调节电磁铁工作的智能控制器，由压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3）组成；摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-8）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，用于地震时通过摩擦摆支座（2）工作来消耗地震能量，并会有信号传出；压力传感器（1-6）和位移传感器（1-7）分别安装在摩擦摆支座的滑动块（2-4）上，地震作用下当摩擦摆工作时压力传感器（1-6）和位移传感器（1-7）能接收到信号，并将信息数据传输到控制系统（3）；控制系统（3）包括有压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3），压力传感器数据处理器（3-1）和位移传感器数据处理器（3-2）能对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，即断开电源，或者正接电源，或者反接电源，从而控制电磁铁（1-3）工作；两块电磁铁（1-3）分别埋入上柱（1-1）和下柱（1-2）中，线圈（1-4）与导线（1-5）相连接并连入到控制系统（3）中，当控制系统（3）判断电磁铁（1-3）工作时，能通过相吸或相斥来增大或减小上部结构的重量M，进而能够控制摩擦摆支座（2）的切向力F和位移X的装置。2.根据权利要求1所述的电磁控制的摩擦摆减隔震装置，其特征在于：所述的摩擦摆支座（2）为单摩擦摆支座，滑动面采用不锈钢材料制成的下凹形圆弧形曲面；滑块中有一活动关节，使滑块在沿滑槽滑动时，使上部结构处于水平状态；滑块底部与滑动面具有相同的曲率半径并涂有低摩擦材料，能够更好地耗散地震能量。3.根据权利要求1所述的电磁控制的摩擦摆减隔震装置，其特征在于：所述的电磁铁（1-3）为交流电磁铁，电磁铁的形状为圆柱形，线圈从电磁铁两端按照顺时针缠绕多次；电磁铁的直径根据柱子的直径来选择，为小于柱子直径15-25cm，分别设置两块电磁铁埋入上柱（1-1）和下柱（1-2）中，上块电磁铁（1-3）距离摩擦摆上盖板（2-1）的距离为3-6cm，下块电磁铁（1-3）距离摩擦摆下盖板（2-2）的距离为3-6cm。4.根据权利要求1所述的用电磁控制的摩擦摆减隔震装置，其特征在于：所述的控制系统（3）为智能控制系统，包括有压力传感器数据处理器（3-1）、位移传感器数据处理器（3-2）、控制电源开关器（3-3），压力传感器数据处理器（3-1）和位移传感器数据处理器（3-2）对传感器传来的信息数据进行处理分析，之后通过控制信号传输到控制电源开关器，进而来调节电源，即断开电源，或者正接电源，或者反接电源，能够控制电磁铁（1-3）工作。5.电磁控制的摩擦摆减隔震装置的控制方法，其特征在于，其步骤为：当地震时，结构发生结构响应，此时摩擦摆工作，摩擦摆支座（2）的下盖板（2-2）与下柱（1-2）固定连接，下柱（1-2）与基础（1-8）相连接，摩擦摆上盖板（2-1）与上柱（1-1）相连接，安装在滑动块上的压力传感器（1-6）和位移...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓东，杨欢，闫胤积，王赛龙，王起台，王文辉，宋子阳，马广田，孟强，康永康，
申请(专利权)人：兰州理工大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62