CN110284425B - 一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座 - Google Patents
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Abstract
本发明的一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，包括：上座板、上钢板、上球面衬板、下球面衬板、下钢板和下座板。下座板和下部钢板、上座板和上部钢板间设有电磁铁；上部钢板与上球面衬板、下部钢板与下球面衬板间设有橡胶弹簧；上球面衬板、下球面衬板外套橡胶弹簧；上座板和下座板的四周通过防尘板支撑连接，防尘板内壁上设接触传感器、控制模块和电源模块，上座板设加速度传感器。上球面衬板、下球面衬板采用气囊型磁流变弹性体制成，当支座发生扭转变形第三橡胶弹簧碰触到接触传感器时，控制模块控制电源模块给电磁铁供电以产生磁场，以对上钢板和下钢板进行吸附，使上球面衬板和下球面衬板复位。
Description
技术领域
本发明属于桥梁技术领域，涉及一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座。
背景技术
近年来，我国城市发展快速，地面交通拥堵严重，人们也越来越重视对桥梁的应用，各大中城市为缓解地面交通压力而进行高架桥和快速道路建设。而桥梁支座在整个桥梁结构中虽然是个非常小的部分，在桥梁工程造价所占比例也很小，但它的作用却是不可忽视的。国外20世纪70年代开始研制球型支座，由于球型支座本身所具有的特点，很快在弯桥上应用。伴随着我国桥梁支座的制造和加工水平的不断提高，在解决具有特种用途的支座的研究和开发不断加快，如可调式盆式支座、拉压式支座和专用于地震区桥梁上使用的盆式抗震橡胶支座、球型抗震支座以及铅销橡胶支座等。同时，对桥梁支座质量的监控工作也在不断加强，对桥梁支座的动力性能的实验研究也正在兴起，以使桥梁支座更好地适应我国桥梁建设的需要。然而，桥梁不仅承受竖向荷载，也会承受由地震和风引起的水平荷载，如何增强桥梁支座扛水平荷载的能力，成为亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，该支座通过填充磁流变弹性体，在地震情况下通过向弹性体施加磁场，可使支座扭曲变形复位，同时可调节支座的刚度和阻尼，对于减小桥梁结构在地震下或重载振动下的振动响应具有重要的实际意义。
本发明提供一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，包括：上座板、上钢板、上球面衬板、下球面衬板、下钢板和下座板；上座板和上钢板之间设有多个第一电磁铁，上钢板和上球面衬板之间设有多个第一橡胶弹簧，上球面衬板和下球面衬板的球面部分相互匹配接触，下球面衬板和下钢板之间设有多个第二橡胶弹簧，下钢板和下座板之间设有多个第二电磁铁，在上球面衬板和下球面衬板外部套设有第三橡胶弹簧，第三橡胶弹簧的上端与上钢板连接，第三橡胶弹簧的下端与下钢板连接，上座板和下座板的四周通过防尘板支撑连接以将支座封闭；所述上球面衬板和下球面衬板都由气囊型磁流变弹性体制成，在防尘板上设有接触传感器、控制模块和电源模块，当支座发生扭转变形第三橡胶弹簧碰触到接触传感器时，控制模块控制电源模块给第一电磁铁和第二电磁铁供电以产生磁场，以对上钢板和下钢板进行吸附，使上球面衬板和下球面衬板复位；在上座板上设有加速度传感器，通过加速度传感器检测桥面振动加速度反馈给控制模块，当加速度值超过阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，对磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度；
所述气囊型磁流变弹性体各组分按照重量比包括：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份；所述补强剂为气相法白炭黑。
在本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座中，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。
在本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座中，所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺，硫化促进剂为碱金属氧化物。
在本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座中，所述增塑剂为二甲基硅油，所述分散剂为甲基戊醇或聚氨酯，所述增容剂为羧化碳纳米管或马来酸酐，所述物理硅胶成孔剂为YQ-100Y、YQ-505Y或ES100W，防水剂为脂肪酸金属盐。
在本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座中，所述上座板和下座板由高强度混凝土制成。
在本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座中，多个第一电磁铁、多个第二电磁铁、多个第一橡胶弹簧和多个第二橡胶弹簧都以阵列布置。
在本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座中，上球面衬板和下球面衬板的接触面间涂有润滑剂。
本发明的一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，在结构中加入气囊型磁流变弹性体，当有遇到强风或者地震所引起的水平荷载时，通过橡胶弹簧抵消一部分因水平荷载造成的支座偏移，当第三弹簧橡胶偏移触碰到接触传感器时，通过施加磁场对上钢板和下钢板进行吸附，释放内部压缩空间使支座的扭曲变形复位；同时可使支座内部的磁流变弹性体发生磁流变效应，瞬间提升结构阻尼和刚度以保持结构稳定。磁流变弹性体可有效的减震以及弹性体中气囊也可以起到一定效果的消音降噪。
附图说明
图1是为本发明的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座的内部结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明的一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，包括：上座板1、上钢板3、上球面衬板5、下球面衬板6、下钢板8和下座板10。上座板1和上钢板3之间设有多个第一电磁铁2，上钢板3和上球面衬板5之间设有多个第一橡胶弹簧4，上球面衬板5和下球面衬板6的球面部分相互匹配接触。下球面衬板6和下钢板8之间设有多个第二橡胶弹簧7，下钢板8和下座板10之间设有多个第二电磁铁9，在上球面衬板5和下球面衬板6外部套设有第三橡胶弹簧11，第三橡胶弹簧11的上端与上钢板3连接，第三橡胶弹簧11的下端与下钢板8连接。上座板1和下座板10的四周通过防尘板13支撑连接以将支座封闭。
上球面衬板5和下球面衬板6的接触面间涂有润滑剂，通过上球面衬板5与接触的下球面衬板6之间的滑动来满足桥梁的转动要求，可灵活转动，因为变形前后支座反力永远通过球心，可以释放弯矩。
所述上球面衬板5和下球面衬板6都由气囊型磁流变弹性体制成，在防尘板13上设有接触传感器12、控制模块和电源模块。当支座受到较小荷载时，上球面衬板5和下球面衬板6产生滑动，变形较小。当受到较强水平风荷载或地震荷载时，上球面衬板5和下球面衬板6相对滑动较大，第一橡胶弹簧4、第二橡胶弹簧7、第三橡胶弹簧11可抵消一部分因水平荷载造成的支座偏移，减小变形，当荷载过大导致变形过大时，第三橡胶弹簧11会触及接触传感器12，控制模块根据接触传感器12发出的信号控制电源模块给第一电磁铁2、第二电磁铁9供电以产生磁场，进而对上钢板3和下钢板8进行吸附，使上球面衬板5和下球面衬板6复位。
在上座板1上还设有加速度传感器，通过加速度传感器检测桥面振动加速度反馈给控制模块，当加速度值超过阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，对磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度，能有效地减小桥面振动。
所述气囊型磁流变弹性体各组分按照重量比包括：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份；所述补强剂为气相法白炭黑。
具体实施时，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺，硫化促进剂为碱金属氧化物。所述增塑剂为二甲基硅油，所述分散剂为甲基戊醇或聚氨酯，所述增容剂为羧化碳纳米管或马来酸酐，所述物理硅胶成孔剂为YQ-100Y、YQ-505Y或ES100W，防水剂为脂肪酸金属盐。
具体实施时，所述上座板1和下座板10由高强度混凝土制成，具有良好的抗压能力。上钢板3和下钢板8由高强度钢制成，具有良好的抗压能力。
具体实施时，多个第一电磁铁2、多个第二电磁铁9、多个第一橡胶弹簧4和多个第二橡胶弹簧7都以阵列布置。
具体实施时，气囊型磁流变弹性体采用如下方法制备：
步骤1：按如下组分配比称重：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份；
步骤2：将橡胶基体、磁性颗粒以及所有填充物料放入炼胶机中，机械均匀搅拌20分钟，再置于80℃下真空桶中脱泡，再将其注入到圆柱体铝制模具内；
步骤3：把硫化剂及硫化促进剂倒入模具内在150℃下硫化20分钟，与此同时施加磁感应强度为0.4T磁场制备各向异性的气囊型磁流变弹性体。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，包括：上座板、上钢板、上球面衬板、下球面衬板、下钢板和下座板；上座板和上钢板之间设有多个第一电磁铁，上钢板和上球面衬板之间设有多个第一橡胶弹簧，上球面衬板和下球面衬板的球面部分相互匹配接触，下球面衬板和下钢板之间设有多个第二橡胶弹簧，下钢板和下座板之间设有多个第二电磁铁，在上球面衬板和下球面衬板外部套设有第三橡胶弹簧，第三橡胶弹簧的上端与上钢板连接，第三橡胶弹簧的下端与下钢板连接，上座板和下座板的四周通过防尘板支撑连接以将支座封闭；所述上球面衬板和下球面衬板都由气囊型磁流变弹性体制成，在防尘板上设有接触传感器、控制模块和电源模块，当支座发生扭转变形第三橡胶弹簧碰触到接触传感器时，控制模块控制电源模块给第一电磁铁和第二电磁铁供电以产生磁场，以对上钢板和下钢板进行吸附，使上球面衬板和下球面衬板复位；在上座板上设有加速度传感器，通过加速度传感器检测桥面振动加速度反馈给控制模块，当加速度值超过阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，对气囊型磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度；
所述气囊型磁流变弹性体各组分按照重量比包括：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份；所述补强剂为气相法白炭黑。
2.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。
3.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺，硫化促进剂为碱金属氧化物。
4.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，所述增塑剂为二甲基硅油，所述分散剂为甲基戊醇或聚氨酯，所述增容剂为羧化碳纳米管或马来酸酐，所述物理硅胶成孔剂为YQ-100Y、YQ-505Y或ES100W，防水剂为脂肪酸金属盐。
5.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，所述上座板和下座板由高强度混凝土制成。
6.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，多个第一电磁铁、多个第二电磁铁、多个第一橡胶弹簧和多个第二橡胶弹簧都以阵列布置。
7.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体球型桥梁支座，其特征在于，上球面衬板和下球面衬板的接触面间涂有润滑剂。
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