CN107165301B - 一种可控智能化磁流变压电隔振支座 - Google Patents

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Abstract

一种可控智能化磁流变压电隔振支座，包括下钢板和上盖板，下钢板内部的四个凹槽内布置了磁流变液，凹槽放置有高磁性滑动圆柱，高磁性滑动圆柱外边环绕励磁线圈，同时相邻两个高磁性滑动圆柱中间设置了液压伸缩杆，高磁性滑动圆柱顶部和小摩擦板连接，小摩擦板和大摩擦板连接，装有磁流变胶的橡胶体上部与大摩擦板连接，下部直接与下钢板连接；大摩擦板的上部通过四个橡胶叠层和上盖板相接；大摩擦板和上盖板之间通过上下传力垫板和装有压电堆的支撑刚体稳定受力，上盖板的两侧壁内部贴有橡胶垫层，橡胶垫层内部设有的压力传感器模块和大摩擦板两侧设有的无线传输模块配合，本发明实时监控并主动控制隔振支座复位，具有响应快、灵敏性高的优点。

Description

一种可控智能化磁流变压电隔振支座
技术领域
本发明涉及一种隔震支座，特别涉及一种可控智能化磁流变压电隔振支座。
背景技术
对于像我国这种是地震较多发国家之一，为了使建筑物和各类设施抵御地震的破坏，防止地震时的人员伤亡，减少地震所造成的经济损失，就必须采用合理的抗震设计方法和措施。但是抗震设计从一开始到现在，一路发展从一开始的“硬抗”“增大建筑物的刚度、稳定性”粗犷的设计思路到90年代开始加入隔振支座、阻尼器等一系列抗震结构控制方法来进行“减震”、“耗能”、“隔振”的设计思路，开始了半主动控制的研发与应用道路。到现在开始了主动混合控制的设计理念，将结构控制仪器与电子、控制等专业相互联合起来进行交叉作业，实现人为的主动控制以补足设计、施工缺陷，保证地震自然作用下建筑物的稳定性。
随着技术与材料的不断发展，一系列新型主动控制系列的隔振支座不断发展，比如橡胶空气弹簧、智能电磁控制隔振支座之类，其主要特点就是不再是让隔振支座成为一个独立的耗能原件，通过加入如压电、磁流变可控制材料并加上电子、控制技术来使得可以实时监控、控制隔振支座的运动，来减少地震向上的运动能量。
但是对于传统的隔振支座如橡胶支座、滑移支座等而言，这类都只是利用不同的材料的特性来实现其对地震波的阻断以减少对上部结构的破坏，仍然停留在传统的减震耗能设计思路上，存在着难以控制、一旦破坏后就得重新更换，无法实现实时监控并且控制其摩擦位移的缺陷，更无法达到“监控+控制+复位”的全过程效果，因此还未达到半主动或主动化外在耗能控制效果，存在着改进的空间。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种可控智能化磁流变压电隔振支座，利用磁流变可控制材料并加上压电材料与控制元件，来实时监控、控制隔振支座的运动，实现“监控+控制+复位”的全过程效果。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种可控智能化磁流变压电隔振支座，包括凹字形的下钢板2和上盖板1，下钢板2内部开有四个凹槽，并在其内布置了磁流变液5，凹槽放置有高磁性滑动圆柱3，高磁性滑动圆柱3外边由励磁线圈8环绕而成，同时相邻两个高磁性滑动圆柱3中间设置了液压伸缩杆7，通过外部电流给高磁性滑动圆柱3的励磁线圈8通电来控制磁流变液5的磁场大小来控制其阻尼的大小，以限制高磁性滑动圆柱3的滑动；高磁性滑动圆柱3顶部和小摩擦板9连接，小摩擦板9和大摩擦板10连接，大摩擦板10和小摩擦板9之间留有一层摩擦滑移垫层12，在大摩擦板10上留出限位滑道18通过高强螺栓11以限制大摩擦板发生较大位移；装有磁流变胶6的橡胶体上部与大摩擦板10连接，下部直接与下钢板2中心连接固定；大摩擦板10的上部通过四个橡胶叠层15和上盖板1相接。
所述的大摩擦板10和上盖板1之间通过上下传力垫板16和装有压电堆17的支撑刚体稳定受力，上下传力垫板16与上盖板1、大摩擦板10固定连接。
所述的上盖板1的两侧壁内部贴有橡胶垫层13，橡胶垫层13内部设有压力传感器模块，压力传感器模块和大摩擦板10两侧设有的无线传输模块14配合。
所述的励磁线圈8外边包裹一层励磁线圈保护膜4。
所述的摩擦滑移垫层12涂有沥青-砂石或者二硫化钼材料。
本发明的有益效果为：
将橡胶支座、滑移支座与智能材料相互结合以实现可控化，一旦大摩擦板10发生极限变形触碰至橡胶垫块13后会触发压力传感器传给大摩擦板10内的无线传输模块14并实时的发送至监控系统中，就开始实时智能减震控制。
其次磁流变液5粘度可在短时间(毫秒级)内迅速增加并呈现类固体的物理特性，阻尼不断随着磁场增大到最大值；并且其还具有可复位性，即在磁场撤销或者减小后又恢复到原来的状态；而磁流变胶6是处于磁流变液5与磁流变弹性体之间的物质，它不仅保留了原有的磁流变液的物理属性，而且还更加沉降稳定，具有更大的剪切储存模量，可以发生更大的剪切位移变形。
压电堆17则是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，它具有最突出的压电效应，即正压电性和逆压电性。正压电效应是指压电陶瓷材料在外力作用下在其表面产生电流以将机械能转化为电能，而逆压电性则相反，具有可控制性且灵敏度高等特点。
附图说明
图1是本发明的结构剖面图。
图2是本发明的A-A剖面图。
图3是本发明的大摩擦板预留滑道示意图。
图4是本发明的三维结构图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作详细叙述。
参照图1、图2、图3和图4，一种可控智能化磁流变压电隔振支座，包括凹字形的下钢板2和上盖板1，下钢板2内部开有四个凹槽，并在其内布置了磁流变液5，凹槽放置有高磁性滑动圆柱3，使得高磁性滑动圆柱3可以在凹槽内部滑动，高磁性滑动圆柱3外边由励磁线圈8环绕而成，并用在外边包裹一层励磁线圈保护膜4来保护励磁线圈8受腐、受潮及损坏；同时相邻两个高磁性滑动圆柱3中间设置了液压伸缩杆7，通过外部电流给高磁性滑动圆柱3的励磁线圈8通电来控制磁流变液5的磁场大小来控制其阻尼的大小，以限制高磁性滑动圆柱3的滑动；高磁性滑动圆柱3顶部通过高强螺栓11和小摩擦板9连接，小摩擦板9通过高强螺栓11和大摩擦板10连接，大摩擦板10和小摩擦板9之间留有一层摩擦滑移垫层12，摩擦滑移垫层12涂有成本较小的沥青-砂石或者稳定性较好的二硫化钼等材料；每一块小摩擦板9与上部接触的大摩擦板10也用高强螺栓11由下向上固定；在大摩擦板10上留出限位滑道18通过高强螺栓11的滑动以限制大摩擦板10发生较大位移；同时装有磁流变胶6的橡胶体上部与大摩擦板10连接，下部直接与下钢板2中心连接固定；大摩擦板10的上部通过四个橡胶叠层15和上盖板1相接，上盖板1的两侧壁内部贴有橡胶垫层13，橡胶垫层13内部设有压力传感器模块，压力传感器模块和大摩擦板10两侧设有的无线传输模块14配合，大摩擦板10和上盖板1之间通过上下传力垫板16和装有压电堆17的支撑刚体稳定受力，上下传力垫板16与上盖板1、大摩擦板10通过高强度螺栓11固定连接。
本发明的工作原理为：
本隔震支座通过结构自身构造耗能和材料控制智能减震。
结构自身构造耗能：地震作用首先传递给最下端的下钢板2，下钢板2会拉动高磁性滑动圆柱3在凹槽内水平运动，但是由于高磁性滑动圆柱3两两之间的液压伸缩杆7限制了其各自之间发生较大的位移，由高磁性滑动圆柱3间接带动小摩擦板9运动，但大摩擦板10由于摩擦滑移层12、限位滑道18的设置，使得大摩擦板10只能进一步的在滑道内摩擦移动，进一步减少了地震作用；最后由大摩擦板10带动与之相互固定连接的四个橡胶叠层15的水平运用，加上橡胶的的横向变形的限制，最终一步步减少传递到上盖板1的地震作用，利用多道防线进行耗能减震。
材料控制智能减震：首先，在橡胶垫层13里内置了压力传感器模块，一旦大摩擦板10发生极限变形触碰至橡胶垫块13，会触发压力传感器传给大摩擦板10内的无线传输模块14并实时的发送至监控系统中，就可以开始进行智能减震控制：给励磁线圈8通电，使得四个高磁性滑动圆柱3周围形成一圈封闭的磁场，通过调节电流的大小改变磁场的大小，使得下钢板2凹槽内的磁流变液5分子开始发生化学变化，其阻尼开始变大，粘度增大来加大高磁性滑动圆柱3在凹槽内的摩擦系数以加大耗能，同时处在磁场中的磁流变胶6开始储存剪切储存模量，加大对大磨擦板10的水平方向位移限制；另一方面，给上部的压电堆17进行通电，压电堆17开始向上下膨胀发生位移，形成一个上下“顶起来”的压力，使得上下传力垫板16和上盖板1、大摩擦板10之间的接触增大，进一步增加小摩擦钢板9和与大摩擦板10之间的摩擦力，使得大摩擦板10、上盖板1、上下传力垫板16各自接触的摩擦增大、阻尼增大，进一步限位与保护。

Claims (4)

1.一种可控智能化磁流变压电隔振支座，包括凹字形的下钢板(2)和上盖板(1)，其特征在于：下钢板(2)内部开有四个凹槽，并在其内布置了磁流变液(5)，凹槽放置有高磁性滑动圆柱(3)，高磁性滑动圆柱(3)外边由励磁线圈(8)环绕而成，同时相邻两个高磁性滑动圆柱(3)中间设置了液压伸缩杆(7)，通过外部电流给励磁线圈(8)通电来控制磁流变液(5)的磁场大小来控制其阻尼的大小，以限制高磁性滑动圆柱(3)的滑动；高磁性滑动圆柱(3)顶部和小摩擦板(9)连接，小摩擦板(9)和大摩擦板(10)连接，大摩擦板(10)和小摩擦板(9)之间留有一层摩擦滑移垫层(12)，在大摩擦板(10)上留出限位滑道(18)通过高强螺栓(11)的滑动以限制大摩擦板(10)发生较大位移；装有磁流变胶(6)的橡胶体上部与大摩擦板(10)连接，下部直接与下钢板(2)中心连接固定；大摩擦板(10)的上部通过四个橡胶叠层(15)和上盖板(1)相接；
所述的上盖板(1)的两侧壁内部贴有橡胶垫层(13)，橡胶垫层(13)内部设有压力传感器模块，压力传感器模块和大摩擦板(10)两侧设有的无线传输模块(14)配合。
2.根据权利要求1所述的一种可控智能化磁流变压电隔振支座，其特征在于：所述的大摩擦板(10)和上盖板(1)之间通过上下传力垫板(16)和装有压电堆(17)的支撑刚体稳定受力，上下传力垫板(16)与上盖板(1)、大摩擦板(10)固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种可控智能化磁流变压电隔振支座，其特征在于：所述的励磁线圈(8)外边包裹一层励磁线圈保护膜(4)。
4.根据权利要求1所述的一种可控智能化磁流变压电隔振支座，其特征在于：所述的摩擦滑移垫层(12)涂有沥青-砂石或者二硫化钼材料。
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