CN112413048B - 一种多维度耗能隔振装置 - Google Patents

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Abstract

本发明属于城市高架桥隔振技术领域，公开了一种多维度耗能隔振装置，包括基板，基板上设置有竖向减振单元和横向减振单元，横向减振单元位于竖向减振单元的至少一侧；竖向减振单元包含上端开口的竖向外壳，其开口端盖设压电陶瓷顶板，压电陶瓷顶板下方吊设导体线圈，导体线圈通过导线连接有电阻器；竖向外壳内设有第一耗能部件；横向减振单元包含两侧开口的横向外壳，横向外壳的一个开口端与竖向外壳连通，另一个开口端密封盖设有压电陶瓷侧板；横向外壳内设有第二耗能部件。本发明通过竖向减振单元和横向减振单元，可以同时对竖向和横向两个维度的振动进行吸收转化耗散，能够最大程度的消耗地震或高架桥上车辆振动的能量。

Description

一种多维度耗能隔振装置
技术领域
本发明属于城市高架桥隔振技术领域，尤其涉及一种多维度耗能隔振装置。
背景技术
改革开放以来，随着我国综合国力的提升，科技的进步，城市交通系统蓬勃发展。城市高架桥作为解决城市交通阻塞，改善城市交通状况的基础设施，在世界上大城市的应用都十分普遍。然而，由于城市高架桥的结构特性，很容易因其上的汽车或地震荷载导致安全事故的发生。因此，减隔振构件对城市高架桥的安全性能起到很重要的作用。目前，我国大部分的城市高架桥采用的是简单的钢弹簧或者橡胶隔振支座，这类隔振支座隔振能力有限，容易损坏，并且只能进行竖向隔振，对地震等突发事故起不到高架桥保护的作用。
发明内容
针对现有设计方法的不足，本发明的目的是提供一种多维度耗能隔振装置。本发明在多维振动荷载作用下能够产生较好的多向隔振耗能能力，减少地震和上部汽车荷载对城市高架桥结构带来的危害。
一种多维度耗能隔振装置，包括：基板，所述基板上设置有竖向减振单元和横向减振单元，所述横向减振单元位于竖向减振单元的至少一侧；其中，所述竖向减振单元包含上端开口的竖向外壳，所述竖向外壳的下端与基板固定连接，所述竖向外壳的开口端盖设有压电陶瓷顶板，所述压电陶瓷顶板的下方吊设有导体线圈，导体线圈通过导线连接有电阻器；所述竖向外壳内设置有第一耗能部件，用于将外部传来的竖向振动能消耗掉；
所述横向减振单元包含两侧开口的横向外壳，所述横向外壳的一个开口端与所述竖向外壳连通，另一个开口端密封盖设有压电陶瓷侧板；所述横向外壳内设置有第二耗能部件，用于将外部传来的横向振动能消耗掉。
进一步地，所述第一耗能部件包含第一耗能弹簧，所述第一耗能弹簧竖向设置于压电陶瓷顶板与基板之间，所述竖向外壳内填充有磁流变液。
进一步地，所述第二耗能部件包含一对电磁铁和第二耗能弹簧，其中，一对电磁铁设置于所述横向外壳的相对侧，一个电磁铁设置于压电陶瓷侧板的内侧板上，另一个电磁铁与横向外壳固定连接；所述第二耗能弹簧横向设置于一对电磁铁之间。
进一步地，所述竖向外壳内还设置有永磁体，所述永磁体的N极和S极分别位于所述导电线圈的两侧，使得导电线圈位于永磁体产生的水平方向的磁场内。
进一步地，所述导电线圈的两侧还设置有限位件，所述限位件的底端低于所述导电线圈的底端。
进一步地，所述压电陶瓷顶板与导电线圈之间设置有多个金属垫片。
进一步地，所述横向外壳为中空壳体，中空壳体的内壁上开设有多个通孔。
更进一步地，所述横向外壳为橡胶外壳。
进一步地，所述第一耗能弹簧为碟形弹簧，其材质为记忆合金。
进一步地，所述第二耗能弹簧为记忆合金弹簧。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明通过竖向减振单元和横向减振单元，可以同时对竖向和横向两个维度的振动进行吸收转化耗散，能够最大程度的消耗地震或高架桥上车辆振动的能量，并将其转化为电能、热能消耗掉。
(2)本发明利用电磁感应原理，通过设置永磁体使导电线圈作切割磁感线运动，从而进一步加强本装置的耗能隔振能力，用于高架桥支座，具有良好的隔振效果。
(3)本发明通过金属垫片与碟形弹簧相配合，可以根据使用需要进行金属垫片的增减，从而调节碟形弹簧的伸缩长度，同时便于碟形弹簧的更换和拆卸，可适用于刚度要求不同的不同部位和区域，不用制作多种支座；此外，本发明具有自发电能力，且只在本系统中耗电减震吸能，安全环保，材料耐久性更好。
附图说明
图1是本发明的一种多维度耗能隔振装置的结构示意图；
图2是本发明一种实施例的横向减振单元结构示意图。
以上图中，1基板；2竖向减振单元；21竖向外壳；22压电陶瓷顶板；23导电线圈；24电阻器；25第一耗能弹簧；26磁流变液；27永磁体；28金属垫片；29限位件；3横向减振单元；31横向外壳；32压电陶瓷侧板；33第二耗能弹簧；34电磁铁；35通孔。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、操作流程、所实现目的和效果，给出以下实施例说明。
参考图1和图2，本发明提供的一种多维度耗能隔振装置，包括：基板1，所述基板1上设置有竖向减振单元2和横向减振单元3，所述横向减振单元3位于竖向减振单元2的至少一侧；其中，所述竖向减振单元2包含上端开口的竖向外壳21，所述竖向外壳21的下端与基板1固定连接，所述竖向外壳21的开口端盖设有压电陶瓷顶板22，所述压电陶瓷顶板22的下方吊设有导体线圈，导体线圈通过导线连接有电阻器24；所述竖向外壳21内设置有第一耗能部件，用于将外部传来的竖向振动能消耗掉；所述横向减振单元3包含两侧开口的横向外壳31，所述横向外壳31的一个开口端与所述竖向外壳21连通，另一个开口端密封盖设有压电陶瓷侧板32；所述横向外壳31内设置有第二耗能部件，用于将外部传来的横向振动能消耗掉。
以上实施例中，本发明装置安装于城市高架桥的桥墩支柱与桥梁底面之间，作为桥梁与桥墩支柱之间的一个缓冲区，对桥面上的汽车等交通工具带来的振动进行吸收耗散，以减少振动对桥墩支柱带来的损害。在桥墩支柱顶部设置凹陷区，将本装置置于凹陷区，将基板1与桥墩支柱进行铆接固定，是本装置顶端与高架桥接触即可。当外部传来竖向振动传至本装置时，压电陶瓷顶板22受压产生电，电流通过导线流经导体线圈后流至电阻器24，使电阻器24发热，即将竖向振动转变为热能耗散掉；此外，通过第一耗能部件将外部传来的竖向振动能消耗掉。当外部传来竖向振动加横向振动时，竖向振动的减震耗能方式如上，横向振动的减振耗能方式为：横向振动传至压电陶瓷侧板32使其产生电，电能通过第二耗能部件消耗掉。
本发明装置的装配过程为：首先将竖向外壳21和横向外壳31固定于基板1上，然后将导电线圈23、电阻器24串联后与第一耗能部件分别装入竖向外壳21内，将第二耗能部件装入横向外壳31内；再将压电陶瓷顶板22卡装入、可拆卸固定于或粘接于竖向外壳21的开口端，将压电陶瓷侧板32可拆卸固定或粘接在横向外壳31的外侧开口端，即完成组装，组装完成后将其安装于高架桥的桥墩柱与桥底之间即可，每个桥墩柱安装一个或多个本发明装置。本发明实现了竖向与横向两个维度的振动耗能，减振隔振效果好。
参考图1，根据本发明的一个实施例，所述第一耗能部件包含第一耗能弹簧25，所述第一耗能弹簧25竖向设置于压电陶瓷顶板22与基板1之间，所述竖向外壳21内填充有磁流变液26。
以上实施例中，当外部传来竖向振动时，电阻器24发热耗能，同时加热竖向外壳21内的磁流变液26，使其粘性增大，而压电陶瓷顶板22受压力向下移动，使第一耗能弹簧25在磁流变液26内克服其阻力处于压缩状态，当外部压力消失，则第一耗能弹簧25由压缩状态克服磁流变液26的阻力向上运动，恢复自由伸展状态；如此循环往复，实现竖向振动能转变成热能和克服阻力作功而消耗掉，实现竖向减振隔振。
参考图2，根据本发明的一个实施例，所述第二耗能部件包含一对电磁铁34和第二耗能弹簧33，其中，一对电磁铁34设置于所述横向外壳31的相对侧，一个电磁铁34设置于压电陶瓷侧板32的内侧板上，另一个电磁铁34与横向外壳31固定连接；所述第二耗能弹簧33横向设置于一对电磁铁34之间。
以上实施例中，当外部传来横向振动时，压电陶瓷侧板32变形产生电传至电磁铁34上，该对电磁铁34通过通电产生磁性；由于竖向外壳21与横向外壳31是连通的，因此，磁流变液26可以在两个外壳之间流动，当一边(竖向外壳21或横向外壳31)压缩时则流向另一个外壳内，如图2所示，当压电陶瓷侧板32受压向右移动时，两个电磁铁34铸件靠近，第二耗能弹簧33克服磁流变液26的阻力而压缩耗能；同时该对电磁铁34的磁性相同产生斥力，使两个电磁铁34互相远离，从而使第二耗能弹簧33恢复至自由状态，以上过程循环往复，实现横向振动的耗能减振过程。本实施例中，将电磁铁34与电阻器24通过导线连接，使得横向振动的产生的电能够通过电阻器24发热，进而加热磁流变液26，加快两个方向的耗能过程。
参考图1，根据本发明的一个实施例，所述竖向外壳21内还设置有永磁体27，所述永磁体27的N极和S极分别位于所述导电线圈23的两侧，使得导电线圈23位于永磁体27产生的水平方向的磁场内。
以上实施例中，在竖向外壳21内设置一个U形永磁体27，使其N极和S极分别位于所述导电线圈23的两侧，永磁体27产生由N极指向S极的磁感线，当导电线圈23作上下往复运动时，就会切割永磁体27的磁感线，从而产生感应电流，使导电线圈23上流过的电流增大，电阻器24发热量增加，从而进一步提高整个减振耗能效率。
参考图1，根据本发明的一个实施例，所述导电线圈23的两侧还设置有限位件29，所述限位件29的底端低于所述导电线圈23的底端。
以上实施例中，限位件29为限位板或长条状限位块，为不导电材质，通过支撑件固定于竖向外壳21上或直接粘接于其上方部件上(压电陶瓷顶板22或金属垫片28上)，用于限制导电线圈23向下移动的位置，防止导电线圈23与电阻器24或底板碰撞，保证安全性。
参考图1，根据本发明的一个实施例，所述压电陶瓷顶板22与导电线圈23之间设置有多个金属垫片28。
以上实施例中，金属垫片28的设置，可以根据使用需要进行金属垫片28的增减，从而调节碟形弹簧的伸缩长度，同时便于碟形弹簧的更换和拆卸，可适用于刚度要求不同的不同部位和区域，不用制作多种支座。
参考图1和图2，根据本发明的一个实施例，所述横向外壳31为中空壳体，中空壳体的内壁上开设有多个通孔35。
以上实施例中，磁流变液26可以从通孔35进入中空壳体内，磁流变液26进出通孔35的过程也是一种阻尼耗能的过程，进一步加快耗能过程。
参考图1和图2，根据本发明的一个实施例，所述横向外壳31为橡胶外壳，作为磁流变液26的缓冲区。
参考图1，根据本发明的一个实施例，所述第一耗能弹簧25为碟形弹簧，其材质为记忆合金。
参考图2，根据本发明的一个实施例，所述第二耗能弹簧33为记忆合金弹簧。
以上实施例中，第一耗能弹簧25和第二耗能弹簧33分别为记忆合金材质，其在加热升温后能完全消除其在较低温度下发生的变形，恢复其变形前原始形状的合金材料，从而进一步加快弹簧的恢复过程，加快耗能过程。
本发明作为一种新型有效的隔振支座，针对城市高架桥的特性进行隔振耗能，并且降低由于地震等突发事故对城市高架桥结构造成破坏的可能性。
虽然，本说明书中已经用一般性说明及具体实施方案对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (8)

1.一种多维度耗能隔振装置，其特征在于，包括：基板，所述基板上设置有竖向减振单元和横向减振单元，所述横向减振单元位于竖向减振单元的至少一侧；其中，所述竖向减振单元包含上端开口的竖向外壳，所述竖向外壳的下端与基板固定连接，所述竖向外壳的开口端盖设有压电陶瓷顶板，所述压电陶瓷顶板的下方吊设有导体线圈，导体线圈通过导线连接有电阻器；所述竖向外壳内设置有第一耗能部件，用于将外部传来的竖向振动能消耗掉；
所述第一耗能部件包含第一耗能弹簧，所述第一耗能弹簧竖向设置于压电陶瓷顶板与基板之间，所述竖向外壳内填充有磁流变液；
所述横向减振单元包含两侧开口的横向外壳，所述横向外壳的一个开口端与所述竖向外壳连通，另一个开口端密封盖设有压电陶瓷侧板；所述横向外壳内设置有第二耗能部件，用于将外部传来的横向振动能消耗掉；
所述第二耗能部件包含一对电磁铁和第二耗能弹簧，其中，一对电磁铁设置于所述横向外壳的相对侧，一个电磁铁设置于压电陶瓷侧板的内侧板上，另一个电磁铁与横向外壳固定连接；所述第二耗能弹簧横向设置于一对电磁铁之间。
2.根据权利要求1所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述竖向外壳内还设置有永磁体，所述永磁体的N极和S极分别位于所述导体线圈的两侧，使得导体线圈位于永磁体产生的水平方向的磁场内。
3.根据权利要求1所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述导体线圈的两侧还设置有限位件，所述限位件的底端低于所述导体线圈的底端。
4.根据权利要求1所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述压电陶瓷顶板与导体线圈之间设置有多个金属垫片。
5.根据权利要求1所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述横向外壳为中空壳体，中空壳体的内壁上开设有多个通孔。
6.根据权利要求5所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述横向外壳为橡胶外壳。
7.根据权利要求1所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述第一耗能弹簧为碟形弹簧，其材质为记忆合金。
8.根据权利要求1所述的多维度耗能隔振装置，其特征在于，所述第二耗能弹簧为记忆合金弹簧。
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