一种结构被动自适应控制的触发装置及工作方法

1.本发明涉及建筑结构技术领域，具体涉及一种结构被动自适应控制的触发装置及工作方法。


背景技术：

2.目前国际公认的土木工程结构防震减灾手段——隔震和消能减震分别通过延长结构周期和消耗地震能量降低结构地震响应，但这样的被动控制技术仅适用于某一频谱范围的荷载，无法根据荷载频谱变化调整控制参数。主动/半主动控制技术虽然可以根据荷载变化调整控制参数，但由于土木工程结构的使用年限和破坏性地震作用的重现期均较长，传感控制系统存在长期可靠性、鲁棒性、使用效率低的问题，在实际应用方面受到了很大的限制。


技术实现要素：

3.因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的土木工程结构的使用年限和破坏性地震作用的重现期均较长，传感控制系统存在长期可靠性、鲁棒性、使用效率低的问题，从而提供一种结构被动自适应控制的触发装置及工作方法。
4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种结构被动自适应控制的触发装置，包括：壳体，所述壳体内设有底座；导向件，设于所述壳体上，且位于所述底座的两侧，所述导向件上对称设有两个磁性件；导体板，设于所述底座上，且位于两个导向件之间，所述导体板上设有质量块；蛇形弹性件，位于所述质量块的两侧，所述质量块、蛇形弹性件、导体板、底座构成振动系统，且所述振动系统沿单一触发方向振动；锁闭结构，具有两个，对称设置在质量块的两端，且与壳体连接；质量块具有第一位置和与锁闭结构锁闭的第二位置，质量块在碰撞作用下，质量块由第一位置向第二位置运动，以实现振动系统的触发。
5.进一步地，所述锁闭结构具有插头，所述质量块具有插槽，所述锁闭结构在第二位置时，所述插头插入所述插槽内。
6.进一步地，所述质量块包括两个固定板和连接板，所述连接板位于垂直设于两个所述固定板之间，且位于两个所述固定板的中部，所述固定板与连接板的拐角为插槽。
7.进一步地，所述插槽的深度略大于所述插头的厚度。
8.进一步地，两个所述磁性件的磁性相反。
9.进一步地，所述导向件呈l型。
10.进一步地，所述插槽的槽壁上设有固定可动电极，所述插头与所述插槽的接触上设有固定电极。
11.进一步地，所述可动电极与所述固定电极为弹性材料制作而成。
12.进一步地，所述蛇形弹性件为蛇形弹簧。
13.本发明还提供了一种采用结构被动自适应控制的触发装置的工作方法，包括以下步骤：质量块、蛇形弹性件、导体板、底座、导向件、导体板构成振动系统，且所述振动系统沿
单一触发方向振动；由于外部激励频率与自振频率相同发生共振时，根据共振原理，振动系统与激励频率发生共振，此时振动系统的振幅会显著放大，质量块会在碰撞作用下与任一锁闭结构闭合，此时，电路接通，触发装置触发；当振动系统运动时，所述磁性件可提供大小恒定的磁场，导体板垂直切割磁感线，由于所述导体板中存在大量可移动的电子，且电子在磁场中的运动方向与磁感线不平行，所以电子会受到磁场洛伦兹力，并形成涡流，从而导体板会受到洛伦兹力阻尼，且始终与运动方向相反。
14.本发明技术方案，具有如下优点：
15.1.本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置，包括：壳体，所述壳体内设有底座；导向件，设于所述壳体上，且位于所述底座的两侧，所述导向件上对称设有两个磁性件；导体板，设于所述底座上，且位于两个导向件之间，所述导体板上设有质量块；蛇形弹性件，位于所述质量块的两侧，所述质量块、蛇形弹性件、导体板、底座构成振动系统，且所述振动系统沿单一触发方向振动；锁闭结构，具有两个，对称设置在所述质量块的两端，且与所述壳体连接；所述质量块具有第一位置和与所述锁闭结构锁闭的第二位置，所述质量块在碰撞作用下，质量块由所述第一位置向第二位置运动，以实现所述振动系统的触发。
16.质量块、蛇形弹性件、导体板、底座构成振动系统，且所述振动系统沿单一触发方向振动，结构简单经济；即质量块与导体板以及底座是一个整体，在导向件中移动。其中，质量块作为振动系统的主要振动构件，两个蛇形弹性件对称固定在所述质量块两侧，蛇形弹性件设置在两个磁性件的上方，并且弹性蛇形件与磁性件之间具有一定距离，蛇形弹性件在所述振动过程中具有弯曲变形远大于轴向伸缩的特点，因此在振动过程中，刚度可等效近似于弯曲刚度，在振动过程中保持刚度稳定，使振动过程等效为线性振动。为了更好的控制所述振动系统的运动，磁性件对称设置在导体板的两侧，提供洛伦兹力阻尼，这样提供阻尼的方法简单耐用，可控性强。磁性件固定在导向件上，导体板的上方与质量块连接，下方与矩形底座连接；磁性件的设置，为触发装置提供洛伦兹力阻尼，这样提供阻尼的方法简单耐用，可控性强。质量块的第一位置为锁闭结构不与质量块连接的状态，锁质量块的第二位置为锁闭结构与质量块连接的状态，当该结构被动自适应控制的触发装置由于外部激励频率与自振频率相同发生共振时，根据共振原理，振动系统也会与激励频率发生共振，此时振动系统的振幅会显著放大，质量块会在碰撞作用下与锁闭结构闭合，此时电路接通，触发结构被动自适应控制的触发装置触发，即实现了该结构被动自适应控制的触发装置迅速执行。
17.通过调节振动系统的自振频率与所在主体结构自振频率相同，在外界震动作用下，利用共振原理，结构被动自适应控制的触发装置振动即可反应主结构振动，进而实现该结构被动自适应控制的触发装置的感知。
18.结构被动自适应控制的触发装置靠位移大小来进行识别，如果位移达不到锁闭位置，则不是需要捕捉的振动状态，从而辨别是否达到需要捕捉的振动状态。
19.具体的，当振动系统运动时，所述磁性件可提供大小恒定的磁场，导体板垂直切割磁感线，由于所述导体板中存在大量可移动的电子，且电子在磁场中的运动方向与磁感线不平行，所以电子会受到磁场洛伦兹力，并产生涡流，从而导体板会受到洛伦兹力阻尼，且始终与运动方向相反。实际应用中，通过调节磁性件磁性强弱，导体板面积，可以实现对阻尼大小的控制，从而实现对振动系统运动过程的控制。该结构被动自适应控制的触发装置
的合理利用永磁铁提供洛伦兹力阻尼，这种方式简捷耐用，易于控制。通过调节蛇形弹簧刚度，可动电极质量使装置自振频率与结构自振频率相同，使触发装置更敏感准确；该结构被动自适应控制的触发装置的结构简单，运行可靠，易于维护，且使用效率高，经济合理。
20.2.本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置，所述插槽的深度略大于所述插头的厚度；保证锁闭结构的锁闭过程精准流畅。
21.3.本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置，所述可动电极与所述固定电极为弹性材料制作而成；锁闭结构锁闭时挤压接触，保证严密接触，不会发生分离，保证锁闭结构与质量块闭合后始终保持触发状态。
22.提供发明内容部分是为了以简化的形式来介绍对概念的选择，它们在下文的具体实施方式中将被进一步描述。发明内容部分无意标识本公开的重要特征或必要特征，也无意限制本公开的范围。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
24.图1为本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置的结构示意图；
25.图2为本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置的正视图；
26.图3为本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置的俯视图；
27.图4为本发明提供的结构被动自适应控制的触发装置的固定电极与可动电极位置的结构示意图。
28.附图标记说明：
29.1-壳体；2-底座；3-导向件；4-磁性件；5-导体板；6-质量块；61-固定板；62-连接板；63-插槽；7-蛇形弹性件；8-锁闭结构；81-插头；9-固定电极；10-可动电极。
具体实施方式
30.在下文中，仅简单地描述了某些示例性实施例。正如本领域技术人员可认识到的那样，在不脱离本公开的精神或范围的情况下，可通过各种不同方式修改所描述的实施例。因此，附图和描述被认为本质上是示例性的而非限制性的。
31.在本公开的描述中，需要理解的是，术语"中心"、"纵向"、"横向"、"长度"、"宽度"、"厚度"、"上"、"下"、"前"、"后"、"左"、"右"、"坚直"、"水平"、"顶"、"底"、"内"、"外"、"顺时针"、"逆时针"等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。此外，术语"第一"、"第二"仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有"第一"、"第二"的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本公开的描述中，"多个"的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
32.在本公开的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语"安装"、"相
连"、"连接"应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接:可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本公开中的具体含义。
33.在本公开中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之"上"或之"下"可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征"之上"、"上方"和"上面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征"之下"、"下方"和"下面"包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
34.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本公开的不同结构。为了简化本公开的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本公开。此外，本公开可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本公开提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
35.以下结合附图对本公开的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本公开，并不用于限定本公开。
36.请参阅图1至图4所示，本发明提供了一种结构被动自适应控制的触发装置，包括：壳体1，所述壳体1内设有底座2；导向件3，设于所述壳体1上，且位于所述底座2的两侧，所述导向件3上对称设有两个磁性件4；导体板5，设于所述底座2上，且位于两个导向件3之间，所述导体板5上设有质量块6；蛇形弹性件7，位于所述质量块6的两侧，所述质量块6、蛇形弹性件7、导体板5、底座2构成振动系统，且所述振动系统沿单一触发方向振动；锁闭结构8，具有两个，对称设置在所述质量块6的两端，且与所述壳体1连接，质量块6具有第一位置和与锁闭结构8锁闭的第二位置，质量块6在碰撞作用下，质量块6由第一位置向第二位置运动，以实现振动系统的触发。
37.质量块6、蛇形弹性件7、导体板5、底座2构成振动系统，且所述振动系统沿单一触发方向振动，结构简单经济；即质量块与导体板以及底座是一个整体，在导向件3中移动。其中，质量块6作为振动系统的主要振动构件，两个蛇形弹性件7对称固定在所述质量块6两侧，蛇形弹性件7设置在两个磁性件4的上方，并且弹性蛇形件与磁性件4之间具有一定距离，蛇形弹性件7在所述振动过程中具有弯曲变形远大于轴向伸缩的特点，因此在振动过程中，刚度可等效近似于弯曲刚度，在振动过程中保持刚度稳定，使振动过程等效为线性振动。为了更好的控制所述振动系统的运动，磁性件4对称设置在导体板5的两侧，提供洛伦兹力阻尼，这样提供阻尼的方法简单耐用，可控性强。磁性件4固定在导向件3上，导体板5的上方与质量块6连接，下方与矩形底座2连接；磁性件4的设置，为触发装置提供洛伦兹力阻尼，这样提供阻尼的方法简单耐用，可控性强。质量块6的第一位置为锁闭结构8不与质量块6连接的状态，质量块6的第二位置为锁闭结构8与质量块6连接的状态，当该结构被动自适应控制的触发装置由于外部激励频率与自振频率相同发生共振时，根据共振原理，振动系统也会与激励频率发生共振，此时振动系统的振幅会显著放大，质量块6会在碰撞作用下与锁闭
结构8闭合，此时电路接通，触发结构被动自适应控制的触发装置触发，即实现了该结构被动自适应控制的触发装置迅速执行。
38.通过调节振动系统的自振频率与所在主体结构自振频率相同，在外界震动作用下，利用共振原理，结构被动自适应控制的触发装置振动即可反应主结构振动，进而实现该结构被动自适应控制的触发装置的感知。
39.结构被动自适应控制的触发装置靠位移大小来进行识别，如果位移达不到锁闭位置，则不是需要捕捉的振动状态，从而辨别是否达到需要捕捉的振动状态。
40.具体的，当振动系统运动时，所述磁性件4可提供大小恒定的磁场，导体板5垂直切割磁感线，由于所述导体板5中存在大量可移动的电子，且电子在磁场中的运动方向与磁感线不平行，所以电子会受到磁场洛伦兹力，并产生涡流，从而导体板5会受到洛伦兹力阻尼，且始终与运动方向相反。实际应用中，通过调节磁性件4磁性强弱，导体板5面积，可以实现对阻尼大小的控制，从而实现对振动系统运动过程的控制。该结构被动自适应控制的触发装置的合理利用永磁铁提供洛伦兹力阻尼，这种方式简捷耐用，易于控制。通过调节蛇形弹簧刚度，可动电极10质量使装置自振频率与结构自振频率相同，使触发装置更敏感准确；该结构被动自适应控制的触发装置感知特定荷载频率特性，达到设定阈值后被动完成触发动作，实现根据荷载频谱特性调节控制信号的功能。该结构被动自适应控制的触发装置的结构简单，运行可靠，易于维护，且使用效率高，经济合理。
41.调节合适的洛伦兹力阻尼，使振动系统只有在与外部激励频率发生共振时，才会产生足够大的振幅使质量块6与锁闭结构8发生碰撞，保证触发装置感应的灵敏性。
42.实施时，通过调节质量块6质量、磁性件4磁力强弱等来实现振动系统与外部建筑结构的自振频率相同，使振动系统更好的反应外部建筑结构在共振下的振动状态。
43.同时，锁闭结构8对称安装于质量块6的两端，无论质量块6与哪端锁闭结构8碰撞，均可使触发装置触发，保证触发装置感应的灵敏性。
44.在一些可选的实施例中，所述锁闭结构8具有插头81，所述质量块6具有插槽63，所述锁闭结构8在第二位置时，所述插头81插入所述插槽63内；即质量块6会在碰撞作用下与锁闭结构8闭合，此时电路接通，触发装置触发。
45.在一些可选的实施例中，所述质量块6包括两个固定板61和连接板62，所述连接板62位于垂直设于两个所述固定板61之间，且位于两个所述固定板61的中部，所述固定板61与连接板62的拐角为插槽63。其中，固定板61和连接板62为一体成型件；具体的，质量块6呈工字形。同时，导体板5与连接板62连接。
46.在一些可选的实施例中，所述插槽63的深度略大于所述插头81的厚度；即插槽63的深度稍微大一点所述插头81的厚度，防止由于变形等影响导致锁闭不了，保证锁闭结构8的锁闭过程精准流畅。
47.在本实施例中，两个所述磁性件4的磁性相反；具体地，每个磁性件4包括n极和s极，n极和s极的磁性件4相反设置。
48.在一些可选的实施例中，所述导向件3呈l型；具体地，导向件3为导轨，并且为l型结构，在实际使用的过程中，两个导向件3倒设在壳体1上，并且两个导向件3之间具有一定的间隙，底座2设于两个导向件3与壳体1围合的空间内，并且底座2可以沿着导向件3的延伸方向做往复运动。
49.在一些可选的实施例中，所述插槽63的槽壁上设有固定可动电极10，所述插头81与所述插槽63的接触上设有固定电极9；在本实施例中，所述可动电极10与所述固定电极9为弹性材料制作而成。可动电极10与固定电极9选择弹性材料，且具有一定厚度，锁闭结构8锁闭时挤压接触，保证严密接触，不会发生分离，保证锁闭结构8与质量块6闭合后始终保持触发状态。
50.在本实施例中，所述蛇形弹性件7为蛇形弹簧；蛇形弹性件7的设置为了让振动过程接近线性化。
51.在一些可选的实施例中，触发装置与直流电源以及流体阻尼器的开关阀串联，当建筑结构在激励作用下发生共振时，触发装置感应触发，电路接通，流体阻尼器的开关阀打开，流体阻尼器会为建筑结构增加额外刚度，从而改变触发装置整体的自振频率，避免共振作用，以保护建筑物。
52.本发明还提供了一种采用结构被动自适应控制的触发装置的工作方法，包括以下步骤：导体板5、底座2、导向件3、导体板5构成振动系统，且所述振动系统沿单一触发方向振动；由于外部激励频率与自振频率相同发生共振时，根据共振原理，振动系统与激励频率发生共振，此时振动系统的振幅会显著放大，质量块6会在碰撞作用下与任一锁闭结构8闭合，此时，电路接通，触发装置触发；当振动系统运动时，所述磁性件4可提供大小恒定的磁场，导体板5垂直切割磁感线，由于所述导体板5中存在大量可移动的电子，且电子在磁场中的运动方向与磁感线不平行，所以电子会受到磁场洛伦兹力，并形成涡流，从而导体板5会受到洛伦兹力阻尼，且始终与运动方向相反。
53.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。