[发明专利]一种具有复位功能的磁流体变阻尼耗能支撑

说明书

技术领域

本发明涉及磁流体阻尼器技术领域，具体涉及一种具有复位功能的磁流体变阻尼耗能支撑。

背景技术

地震是危及人民生命财产的突发式自然灾害。已有研究表明，结构震后的残余变形角大于0.5％时，维修成本便大于重建成本。当建筑物遭遇高于本地区设防烈度的强地震作用时，即使保持了结构的整体完整性，但由于变形过大、部分构件的严重破坏而需要大范围的加固修复，甚至只能推倒重建造成了巨大的浪费，影响了人们的正常生活。为此，国内外学者近年提出将“可恢复功能结构”作为地震工程合作的大方向。可恢复功能结构是指地震(设防或罕遇地震)后不需修复或在部分使用状态下稍许修复即可恢复其使用功能的结构，不仅能够消耗地震传输给结构的能量，而且震后能够很快的恢复其正常使用功能，帮助人们尽快恢复正常生活，如摇摆墙、自复位框架、可更换结构构件、自复位构件等。

目前自复位构件主要有形状记忆合金自复位阻尼器、预应力筋自恢复耗能支撑。形状记忆合金自复位阻尼器充分利用了形状记忆合金的超弹性性能，旗形滞回曲线饱满，减少甚至消除了残余变形，但是形状记忆合金的性能受温度影响，并且在变形后需要通过对形状记忆合金加热才能使其恢复到变形前的状态，升温可能会对阻尼器的其它组件产生不利影响且造价昂贵；采用预应力筋的自恢复耗能支撑由于预应力筋弹性变形小的缺点，满足不了典型框架结构层间位移及大变形结构的需求。

自复位构件在工程应用中关键的问题是如何根据结构振动强度确定耗能构件合适的起滑力，现有自复位耗能构件的阻尼力不随位移幅值变化而改变，自复位构件进入耗能阶段时的起滑力至少为阻尼力与预压力之和，起滑力通常较大。如果在建筑结构的抗震和抗风设计中按强振作用工况设计耗能构件，则该构件在弱振作用下不会滑动，不容易进入耗能阶段，不能有效耗散外部输入的能量。而如果按弱振工况确定构件起滑力，则耗能构件在强振作用下将因出力吨位过小，致使结构响应过大而达不到理想的减振和耗能效果。

磁流变液是近年来出现的一种新型智能材料。在磁场的作用下，磁流变液可以在毫秒级的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，活塞挤压磁流变液克服在阻尼通道固化的剪切屈服力提供阻尼力，制成的磁流变阻尼器具有出力大、能耗低、响应快等优点，但传统的磁流体阻尼器没有复位功能，不能提供恢复力，通常震后具有较大的残余变形，不能有效保证地震下结构的安全。

因此，需要提供一种具有复位功能的磁流体变阻尼耗能支撑，解决现有自复位构件起滑力较大的问题，同时兼顾磁流变液和碟簧的优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种具有复位功能的磁流体变阻尼耗能支撑，通过阻尼通道宽度的变化，活塞挤压磁流变液克服在永久磁场作用下固化产生的剪切屈服力随位移幅值的增加而增加。受压碟簧不仅可以作为恢复材料提供恢复力，而且叠加后的碟簧在工作时具有一定的耗能能力，变形后不需要采取任何措施即可恢复到变形前的状态。

为解决上述技术问题，本发明采用下述技术方案：

一种具有复位功能的磁流体变阻尼耗能支撑，包括导向轴组合、内管组合、自复位装置和耗能装置，所述内管组合包括内管、碟簧端板挡块和内管端部挡块，所述导向轴组合包括导向轴和导向轴螺母，所述自复位装置包括左侧碟簧、右侧碟簧和碟簧端板，所述耗能装置包括圆缸筒、密封端板、活塞、永久磁铁、隔磁环和磁流变液。

所述内管的中部外套设两个永久磁铁，所述永久磁铁外套设隔磁环，所述永久磁铁和隔磁环的左右两侧固定设置活塞，所述活塞外套设有圆缸筒，所述圆缸筒的内壁上对应活塞处设有凹槽，所述圆缸筒的两端固定设置密封端板，所述圆缸筒、内管、活塞与密封端板的密封空间内填充磁流变液；本装置实现阻尼力的随位移幅值变化而变化的方式为间隔设置活塞与圆缸筒内侧之间1.5mm或6.5mm不等的空隙(阻尼通道)。磁流变液在磁场作用下的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。所述圆缸筒内径发生变化，使构件工作时圆缸筒与活塞间隙发生变化，形成不等的阻尼通道。故在装置响应的初始阶段，阻尼通道较宽，磁场强度小，磁流变液剪切屈服强度小，随着位移的增大，阻尼通道逐渐减小，磁场强度随之变大，磁流变液剪切屈服强度也不断提高。因此，支撑起滑力为碟簧预压力和初始等效库仑阻尼力之和，在往复响应的过程中，其阻尼力随位移幅值的增加而增大，这样既保证了支撑具有较小的起滑力，尽快进入工作状态，又提供了持续可靠的耗能能力，消减输入结构的能量。