CN112854470B - 一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座 - Google Patents
一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，包括：上连接板、中连接板、下连接板、竖向隔震系统、水平隔震系统。竖向隔震系统包括活塞筒体以及一个由环状菱形软钢、形状记忆合金弹簧组成的竖向隔震装置。水平隔震系统为四组水平隔震装置，在水平方向上分别沿纸面以及垂直于纸面两两布置。本发明采用的摩擦摇摆、磁流变阻尼技术实现了对于水平地震作用、竖向地震作用的半主动控制，耗能性能显著，自复位性能稳定，可以有效减少地震作用对于上下部结构的破坏。
Description
技术领域
本发明属于隔震(振)技术领域，具体涉及一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座。
背景技术
随着现代工业化的迅猛发展，房屋建筑、交通运输轨道越来越密集，受到地震运动及某些生产活动引起的振动影响，建筑结构、地铁、振动敏感的仪器设备等可能遭遇不同程度的破坏或累积损伤。
隔振技术在建筑结构隔震领域和仪器设备振动控制领域已得到了广泛的研究和应用。隔振的基本原理是通过在被隔震/振体与其下部基础之间通过支座或者特殊构造来设置刚度较小的隔振层，通过滤波效应减小外部环境振动或者地震动对被隔震/振体(如建筑结构、精密仪器、重要历史文物等)的影响或者阻止被隔震/振体(如某些大型动力机械设备)产生的振动向其下部基础传播。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，主要目的是能够同时隔离水平和竖向地震作用，同时能够组合摩擦摇摆、磁流变效应来更好的提高隔震效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，包括：上连接板、中连接板和下连接板；所述上连接板与中连接板之间连接有水平隔震系统；所述中连接板与下连接板之间连接有竖向隔震系统；
所述水平隔震系统包括水平隔震装置和水平竖向解耦装置；水平竖向解耦装置包括第一水平竖向解耦装置和第二水平竖向解耦装置；第一水平竖向解耦装置位于所述水平隔震装置的顶端，与所述上连接板的底部连接；第二水平竖向解耦装置位于所述水平隔震装置的底端，与所述中连接板的顶部连接；
所述竖向隔震系统包括竖向活塞筒和竖向隔震装置；所述竖向隔震装置的上下两端分别连接所述中连接板下表面的中心位置以及所述下连接板上表面的中心位置；多个所述竖向活塞筒位于所述竖向隔震装置的四周，所述竖向活塞筒的上下两端分别连接所述中连接板的下表面以及所述下连接板的上表面。
具体的，所述第一水平竖向解耦装置包括水平摩擦顶板和抗拔上槽板，所述水平摩擦顶板顶部设置有第一滑槽；所述第二水平竖向解耦装置包括水平摩擦底板和抗拔下槽板，所述水平摩擦底板底部设置有第二滑槽；所述抗拔上槽板与上连接板通过螺栓连接并将所述水平摩擦顶板压在所述上连接板的底部，所述抗拔下槽板与下连接板通过螺栓连接并将所述水平摩擦底板压在中连接板的顶部；
所述上连接板底部设置有水平竖向作用解耦上滑槽，所述中连接板的顶部设置有水平竖向作用解耦下滑槽；所述第一滑槽和水平竖向作用解耦上滑槽之间设置有板间滚珠，所述第二滑槽和水平竖向作用解耦下滑槽之间设置有板间滚珠。
具体的，所述水平隔震装置包括上部波纹凹曲面、波纹滚筒、棱柱形护筒和下部波纹凹曲面；
所述棱柱形护筒固定在水平摩擦底板上，所述上部波纹凹曲面、波纹滚筒、下部波纹凹曲面自上至下依次设置在所述棱柱形护筒内，所述上部波纹凹曲面的顶面与所述水平摩擦顶板的底面相接，所述下部波纹凹曲面的底面和所述水平摩擦底板的顶面相接；所述下部波纹凹曲面上填充有磁流变液；
所述下部波纹凹曲面的磁流变液两侧分别设置有柱形箱体，所述柱形箱体固定于水平摩擦底板上表面；所述柱形箱体内部设置有励磁线圈和柱形箱体磁铁棒，励磁线圈缠绕于柱形箱体磁铁棒的表面。
具体的，所述上部波纹凹曲面的顶部设置有板内上滑槽，所述下部波纹凹曲面设置有板内下滑槽，所述板内上滑槽与所述水平摩擦顶板的底面间设置有板内滚珠，所述板内下滑槽与所述水平摩擦底板的顶面间设置有板内滚珠。
具体的，所述上部波纹凹曲面侧面与所述棱柱形护筒的内壁之间固定连接有形状记忆合金丝，所述下部波纹凹曲面侧面与所述棱柱形护筒的内壁之间固定连接有形状记忆合金丝；所述水平摩擦底板上设置有水平隔震系统电流控制器，所述形状记忆合金丝分别与上部波纹凹曲面侧面、下部波纹凹曲面侧面连接处安装有水平地震作用压力传感器；所述水平隔震系统电流控制器分别与所述水平地震作用压力传感器以及所述柱形箱体内部的励磁线圈电连接。
具体的，所述上连接板下表面、中连接板上表面、水平摩擦顶板的上下表面以及水平摩擦底板的上下表面均涂有聚四氟乙烯材料涂层。
具体的，所述竖向活塞筒包括活塞筒，活塞筒内自上而下依次设置有：第一碟形托板、第一碟形弹簧组、第二碟形弹簧组、第二碟形托板、第一形状记忆合金弹簧、圆形托板、第三碟形弹簧组和第四碟形弹簧组；
所述活塞筒的顶端固定连接有竖向活塞筒顶板，底端固定连接有竖向活塞筒底板；所述竖向活塞筒顶板与中连接板固定连接，所述竖向活塞筒底板与下连接板固定连接；
所述第一碟形托板的下部连接第一碟形弹簧组顶部，所述第一碟形弹簧组的底部嵌入所述第二碟形弹簧组顶部的凹槽内，所述第一碟形弹簧组顶部密封，第二碟形弹簧组底部密封，所述第一碟形弹簧组和第二碟形弹簧组相通并组成内部密闭腔体，环形筒设置于内部密闭腔体中；所述环形筒内设置有柱形磁铁；
所述第二碟形托板上端托着所述第二碟形弹簧组，底部嵌入第一形状记忆合金弹簧的顶端，所述第一形状记忆合金弹簧的底部固定连接于圆形托板的上表面；所述圆形托板可滑动的套设在第一环状固定杆件上，所述圆形托板下部嵌入第三碟形弹簧组顶部的凹槽内，所述第三碟形弹簧组的底部与所述第四碟形弹簧组的顶部连接；第一环状固定杆件穿过所述第三碟形弹簧组、第四碟形弹簧组的中心，位于所述第一形状记忆合金弹簧内；所述第三碟形弹簧组、第四碟形弹簧组与所述第一环状固定杆件接触的位置设有橡胶圈密封；第一环状固定杆件固定在竖向活塞筒底板上；
所述活塞筒上部套设有与所述第一碟形弹簧组和第二碟形弹簧组位置对应的励磁线圈，所述活塞筒下部套设有与所述第三碟形弹簧组和第四碟形弹簧组位置对应的励磁线圈。
具体的，所述碟形弹簧组包括互相扣合在一起的两个碟形弹簧，两个碟形弹簧之间填充有磁流变液，所述碟形弹簧的碟部为波纹状。
具体的，所述下连接板上设置有竖向隔震系统电流控制器，所述竖向活塞筒底板与下连接板之间设置有竖向地震作用压力传感器，所述竖向隔震系统电流控制器分别连接活塞筒上部外的励磁线圈、活塞筒下部外的励磁线圈以及所述竖向地震作用压力传感器。
具体的，所述竖向隔震装置包括软钢阻尼顶板、菱形软钢和软钢阻尼底板；多个所述菱形软钢环形布置；所述菱形软钢相对的两个顶角分别固定连接所述软钢阻尼顶板及软钢阻尼底板；所述软钢阻尼顶板与中连接板固定连接，所述软钢阻尼底板与下连接板固定连接；
所述软钢阻尼底板上表面的中心位置固定有第二环状固定杆件，第二环状固定杆件外套设有第二形状记忆合金弹簧，所述第二形状记忆合金弹簧一端固定连接所述软钢阻尼顶板的下表面，另一端固定连接所述软钢阻尼底板的上表面。
本发明的优点及有益效果为：
(1)本发明实施例提供的半主动三维隔震支座，其水平隔震系统主要吸收水平地震作用，通过上连接板与水平摩擦顶板之间的摩擦耗能，通过波纹滚筒在上部波纹凹曲面、下部波纹凹曲面之间的摇摆摩擦耗能，并且通过磁流变效应对于摇摆摩擦耗能实现半主动控制。此外，可以通过形状记忆合金丝对上部波纹凹曲面、下部波纹凹曲面进行复位。
(2)本发明实施例提供的半主动三维隔震支座，其竖向隔震系统主要吸收竖向地震作用，通过四个活塞筒、一个竖向隔震装置在竖向协调工作消耗竖向地震作用。通过碟形弹簧、菱形软钢阻尼的变形实现耗能；通过碟形弹簧和之间的磁流变液实现对于竖向地震作用的半主动控制；通过第一形状记忆合金弹簧对由于竖向地震作用造成的竖向位移进行复位。
(3)本发明实施例提供的半主动三维隔震支座，其碟形弹簧的剖面形式具有创新性，带有波形纹路，进一步的增加耗能性能。
(4)本发明实施例提供的半主动三维隔震支座，其菱形软钢所围成的环形构造形式具有创新性，可进一步增强耗能效果。
(5)本发明实施例提供的半主动三维隔震支座，设置竖向隔震系统电流控制器与水平隔震系统电流控制器，能够控制电流大小不同。在使用时，竖向隔震系统电流控制器的电流输出大小随着竖向地震作用压力传感器数值的增大而增大；水平隔震系统电流控制器的电流输出大小随着水平地震作用压力传感器数值的增大而减小。
(6)本发明实施例提供的半主动三维隔震支座，作为一种隔震效果好、可移动性强、安装方便的隔震支座，可用于博物馆的珍贵文物、重要设备隔震保护中。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明实施例提供的半主动三维隔震支座的立体结构示意图。
图2是本发明实施例提供的半主动三维隔震支座的正视图。
图3是本发明实施例提供的半主动三维隔震支座的侧视图。
图4是本发明实施例提供的半主动三维隔震支座的俯视图。
图5是本发明实施例中水平隔震装置的剖面图。
图6是本发明实施例中四组上部波纹凹曲面、下部波纹凹曲面与波纹滚筒的空间布置三维效果图。
图7是本发明实施例中竖向隔震系统中活塞筒的剖面图。
图8是本发明实施例中碟形弹簧的剖面图
图9是本发明实施例中碟形弹簧的三维效果图。
图10是本发明实施例中竖向隔震系统中竖向隔震装置三维效果图。
图11是本发明实施例中水平隔震装置中柱形箱体内部构造三维示意图。
图中：1上连接板；2中连接板；3下连接板；4水平摩擦顶板；5水平摩擦底板；6抗拔上槽板；7抗拔下槽板；81水平竖向作用解耦上滑槽；82水平竖向作用解耦下滑槽；91第一板间滚珠；92第二板间滚珠；101第一板内上滑槽；102第二板内上滑槽；103第一板内下滑槽；104第二板内下滑槽；111第一板内滚珠；112第二板内滚珠；113第三板内滚珠；114第四板内滚珠；121第一形状记忆合金丝；122第二形状记忆合金丝；123第三形状记忆合金丝；124第四形状记忆合金丝；13棱柱形护筒；141第一柱形箱体；142第二柱形箱体；15电源箱；161竖向隔震系统电流控制器；162水平隔震系统电流控制器；171第一导线；172第二导线；18竖向活塞筒顶板；19竖向活塞筒底板；201第一竖向地震作用压力传感器；202第二竖向地震作用压力传感器；203第三竖向地震作用压力传感器；211第一励磁线圈；212第二励磁线圈；213第三励磁线圈；22活塞筒；231第一形状记忆合金弹簧；232第二形状记忆合金弹簧；24第一碟形托板；29第二碟形托板；25第一碟形弹簧；26第二碟形弹簧；31第三碟形弹簧；32第四碟形弹簧；33第五碟形弹簧；27环形筒；281柱形磁铁；282棒形磁铁；283柱形箱体磁铁棒；30圆形托板；341第一环状固定杆件；342第二环状固定杆件；35软钢阻尼顶板；36软钢阻尼底板；37菱形软钢；38环状套筒；39上部波纹凹曲面；40下部波纹凹曲面；411第一磁流变液；412第二磁流变液；42波纹滚筒；43水平地震作用压力传感器。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本发明提供进一步的详细说明。除非另有指明，本发明所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本发明所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本发明的示例性实施方式。
如图1～3所示，一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，包括：上连接板1、中连接板2和下连接板3；上连接板1与中连接板2之间连接有水平隔震系统；中连接板2与下连接板3之间连接有竖向隔震系统；水平隔震系统包括水平竖向解耦装置和四个水平隔震装置，水平隔震装置分别在水平方向上沿纸面以及垂直于纸面方向两两布置；水平竖向解耦装置包括第一水平竖向解耦装置和第二水平竖向解耦装置；第一水平竖向解耦装置位于水平隔震装置的顶端，与上连接板1的底部连接；第二水平竖向解耦装置位于水平隔震装置的底端，与中连接板2的顶部连接；竖向隔震系统包括四个竖向活塞筒和一个竖向隔震装置；竖向隔震装置的上下两端分别连接中连接板2下表面的中心位置以及下连接板3上表面的中心位置；多个竖向活塞筒位于竖向隔震装置的四周，竖向活塞筒的上下两端分别连接中连接板2的下表面以及下连接板3的上表面。
第一水平竖向解耦装置包括水平摩擦顶板4和抗拔上槽板6，水平摩擦顶板4顶部设置有第一滑槽；第二水平竖向解耦装置包括水平摩擦底板5和抗拔下槽板7，水平摩擦底板5底部设置有第二滑槽；抗拔上槽板6与上连接板1通过螺栓连接并将水平摩擦顶板4压在上连接板1的底部，抗拔下槽板7与下连接板3通过螺栓连接并将水平摩擦底板5压在中连接板2的顶部；上连接板1底部设置有水平竖向作用解耦上滑槽81，中连接板2的顶部设置有水平竖向作用解耦下滑槽82；第一滑槽和水平竖向作用解耦上滑槽81之间设置有第一板间滚珠91，第二滑槽和水平竖向作用解耦下滑槽82之间设置有第二板间滚珠92。上连接板1下表面、中连接板2上表面、水平摩擦顶板4的上下表面以及水平摩擦底板5的上下表面均涂有聚四氟乙烯材料涂层。
如图4～6和11所示，水平隔震装置包括上部波纹凹曲面39、波纹滚筒42、棱柱形护筒13、下部波纹凹曲面40；棱柱形护筒13固定焊接在水平摩擦底板5上，且与水平摩擦顶板4保持一定间距；上部波纹凹曲面39、波纹滚筒42、下部波纹凹曲面40自上至下依次设置在棱柱形护筒13内，上部波纹凹曲面39的顶面与水平摩擦顶板4的底面相接，下部波纹凹曲面40的底面和水平摩擦底板5的顶面相接；下部波纹凹曲面40上填充有第一磁流变液411；下部波纹凹曲面40的第一磁流变液411两侧分别设置有第一柱形箱体141和第二柱形箱体142，第一柱形箱体141和第二柱形箱体142固定焊接于水平摩擦底板5上表面；柱形箱体内部设置有第三励磁线圈213和柱形箱体磁铁棒283，第三励磁线圈213缠绕于柱形箱体磁铁棒283的表面。
上部波纹凹曲面39的顶部设置有第一板内上滑槽101和第二板内上滑槽102，下部波纹凹曲面40设置有第一板内下滑槽103和第二板内下滑槽104；第一板内上滑槽101和水平摩擦顶板4的底面间设置有第一板内滚珠111，第二板内上滑槽102和水平摩擦顶板4的底面间设置有第二板内滚珠112；第一板内下滑槽103与水平摩擦底板5的顶面间设置有第三板内滚珠113，第二板内下滑槽104与水平摩擦底板5的顶面间设置有第四板内滚珠114。
上部波纹凹曲面39侧面与棱柱形护筒13的内壁之间固定焊接有第一形状记忆合金丝121、第二形状记忆合金丝122，下部波纹凹曲面40侧面与棱柱形护筒13的内壁之间固定焊接有第三形状记忆合金丝123、第四形状记忆合金丝124。水平摩擦底板5上焊接设置有水平隔震系统电流控制器162，形状记忆合金丝与上部波纹凹曲面39侧面、下部波纹凹曲面40侧面焊接处镶嵌安装有水平地震作用压力传感器；水平隔震系统电流控制器162通过第二导线172分别与水平地震作用压力传感器以及柱形箱体内部的第三励磁线圈213电连接。
如图7～10所示，竖向活塞筒包括活塞筒22(上活塞筒、下活塞筒)，活塞筒22内自上而下依次设置有：第一碟形托板24、第一碟形弹簧组(两个第一碟形弹簧25)、第二碟形弹簧组(两个第二碟形弹簧26)、第二碟形托板29、第一形状记忆合金弹簧231、圆形托板30、第三碟形弹簧组(两个第三碟形弹簧31)和第四碟形弹簧组(第四碟形弹簧32和第五碟形弹簧33)。本发明实施例中，碟形弹簧组定义为互相扣合在一起的两个碟形弹簧，两个碟形弹簧的碟部边缘处相贴合、密封，两个碟形弹簧之间填充有磁流变液，且该碟形弹簧的碟部为环形的波纹状结构，该波纹状结构从碟形弹簧的中心开始向碟部边缘处散发若干圈，形成如图8所示的结构，该一圈波纹状形成一个环形的凹槽。两个第一碟形弹簧25之间紧密接触，其间浸满第二磁流变液412；两个第二碟形弹簧26之间紧密接触，其间浸满第二磁流变液412；两个第三碟形弹簧31之间紧密接触，其间浸满第二磁流变液412；第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33之间紧密接触，其间浸满第二磁流变液412。
如图7所示，活塞筒22包括上活塞筒和下活塞筒，上活塞筒嵌套在下活塞筒内；上活塞筒的顶端固定连接有竖向活塞筒顶板18，下活塞筒底端固定连接有竖向活塞筒底板19；竖向活塞筒顶板18与中连接板2固定连接，竖向活塞筒底板19与下连接板3固定连接；
第一碟形托板24的顶部与上活塞筒的内顶接触，第一碟形托板24的下部连接第一碟形弹簧组顶部，嵌入第一碟形弹簧组顶部的凹槽内；第一碟形弹簧组的底部嵌入第二碟形弹簧组顶部的凹槽内，第一碟形弹簧组顶部密封，第二碟形弹簧组底部密封，第一碟形弹簧组和第二碟形弹簧组相通并组成内部密闭腔体；环形筒27穿过第一碟形弹簧组、第二碟形弹簧组的中心，设置于内部密闭腔体中；环形筒27内设置有柱形磁铁281；
第二碟形托板29上端托着第二碟形弹簧组，底部嵌入第一形状记忆合金弹簧231的顶端，第一形状记忆合金弹簧231的底部固定连接于圆形托板30的上表面；圆形托板30可滑动的套设在第一环状固定杆件341上，圆形托板30下部嵌入第三碟形弹簧组顶部的凹槽内，第三碟形弹簧组的底部与第四碟形弹簧组的顶部连接；第一环状固定杆件341穿过第三碟形弹簧组、第四碟形弹簧组的中心，位于第一形状记忆合金弹簧231内；第三碟形弹簧组、第四碟形弹簧组与第一环状固定杆件341接触的位置设有橡胶圈密封；第一环状固定杆件341固定在竖向活塞筒底板19上；
上活塞筒外套设有与第一碟形弹簧组和第二碟形弹簧组位置对应的第一励磁线圈211，下活塞筒外套设有与第三碟形弹簧组和第四碟形弹簧组位置对应的第二励磁线圈212。
下连接板3上设置有竖向隔震系统电流控制器161，竖向活塞筒底板19与下连接板3之间设置有第一竖向地震作用压力传感器201、第二竖向地震作用压力传感器202、第三竖向地震作用压力传感器203，竖向隔震系统电流控制器161通过第一导线171分别连接活塞筒上部外的第一励磁线圈211、活塞筒下部外的第二励磁线圈212、第一竖向地震作用压力传感器201、第二竖向地震作用压力传感器202、第三竖向地震作用压力传感器203，竖向隔震系统电流控制器161连接有电源箱15。
如图10所示，竖向隔震装置包括软钢阻尼顶板35、菱形软钢37和软钢阻尼底板36；多个菱形软钢37环形布置；菱形软钢37相对的两个顶角分别焊接固定软钢阻尼顶板35及软钢阻尼底板36，形成环状的菱形软钢竖向隔震装置；软钢阻尼顶板35与中连接板2固定连接，软钢阻尼底板36与下连接板3固定连接。
软钢阻尼底板36上表面的中心位置焊接固定有第二环状固定杆件342，第二环状固定杆件342外套设有第二形状记忆合金弹簧232，第二形状记忆合金弹簧232一端固定连接软钢阻尼顶板35的下表面，另一端固定连接软钢阻尼底板36的上表面。环状套筒38焊接于软钢阻尼底板36上表面，位于菱形软钢竖向隔震装置外侧。
本发明的工作原理为：通过程序实现竖向隔震系统电流控制器的输出电流随着竖向地震作用的增加而增加、水平隔震系统电流控制器的输出电流随着水平地震作用的增加而降低。
1、当发生水平方向的地震作用时，首先是通过水平摩擦顶板4与上连接板1之间的第一板间滚珠91在水平竖向作用解耦上滑槽81内摩擦耗能，水平摩擦底板5与中连接板2之间的第二板间滚珠92在水平竖向作用解耦下滑槽82内摩擦耗能；
当水平方向的地震作用较小时，水平隔震系统电流控制器输出的电流较大，进而产生较大的磁场，导致下部波纹凹曲面40上的第一磁流变液411由液态向半固态转变，此时，磁流变液的阻尼增大，上部波纹凹曲面39、波纹滚筒42、下部波纹凹曲面40可看作一个整体通过第一板内滚珠111、第二板内滚珠112、第三板内滚珠113、第四板内滚珠114分别在第一板内上滑槽101、第二板内上滑槽102、第一板内下滑槽103、第二板内下滑槽104内摩擦耗能；
当水平地震作用较大时，水平隔震系统电流控制器输出的电流较小，进而产生的磁场也较小，导致下部波纹凹曲面40上的第一磁流变液411由半固态向液态转变，此时，磁流变液的阻尼降低，波纹滚筒42在上部波纹凹曲面39、下部波纹凹曲面40之间摇摆滚动摩擦耗能，同时由于磁流变的阻尼作用可以进一步的增强耗能效果，此外，上部波纹凹曲面39与水平摩擦顶板4通过第一板内滚珠111、第二板内滚珠112分别在第一板内上滑槽101、第二板内上滑槽102内摩擦耗能，下部波纹凹曲面40与水平摩擦底板5通过第三板内滚珠113、第四板内滚珠114分别在第一板内下滑槽103、第二板内下滑槽104内摩擦耗能；
当水平地震作用结束时，第一形状记忆合金丝121、第二形状记忆合金丝122、第三形状记忆合金丝123、第四形状记忆合金丝124使得上部波纹凹曲面39、下部波纹凹曲面40复位。
2、当发生竖向的地震作用时，四个活塞筒和一个竖向隔震装置协调工作，吸收竖向的地震作用。
当竖向的地震作用较小时，竖向隔震系统电流控制器输出的电流较小，从而产生较小的磁场，第一碟形弹簧25、第二碟形弹簧26、第三碟形弹簧31、第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33之间的第二磁流变液412产生较小的阻尼，提高活塞筒的耗能效果，此外，第一碟形弹簧25、第二碟形弹簧26、第三碟形弹簧31、第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33以及竖向隔震装置中的菱形软钢37在竖向地震作用下通过变形来耗能，第一碟形弹簧25、第二碟形弹簧26、第三碟形弹簧31、第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33采用波形纹路的截面形式可以进一步提高其耗能效果；
当竖向的地震作用较大时，竖向隔震系统电流控制器输出的电流较大，从而产生较大的磁场，第一碟形弹簧25、第二碟形弹簧26、第三碟形弹簧31、第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33之间的第二磁流变液412产生较大的阻尼，显著提高竖向地震作用下的耗能性能，此外，第一碟形弹簧25、第二碟形弹簧26、第三碟形弹簧31、第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33以及竖向隔震装置中的菱形软钢37在竖向地震作用下通过变形来耗能，第一碟形弹簧25、第二碟形弹簧26、第三碟形弹簧31、第四碟形弹簧32、第五碟形弹簧33采用波形纹路的截面形式可以进一步提高其耗能效果；
当竖向的地震作用消失时，通过第一形状记忆合金弹簧231、第二形状记忆合金弹簧232对四个活塞筒和一个竖向隔震装置在竖向地震作用下所产生的位移进行复位。
由技术常识可知，本发明可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。因此，上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本发明范围内或在等同于本发明的范围内的改变均被本发明包含。
Claims (7)
1.一种基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，包括：上连接板(1)、中连接板(2)和下连接板(3)；所述上连接板(1)与中连接板(2)之间连接有水平隔震系统；所述中连接板(2)与下连接板(3)之间连接有竖向隔震系统；
所述水平隔震系统包括水平隔震装置和水平竖向解耦装置；水平竖向解耦装置包括第一水平竖向解耦装置和第二水平竖向解耦装置；第一水平竖向解耦装置位于所述水平隔震装置的顶端，与所述上连接板(1)的底部连接；第二水平竖向解耦装置位于所述水平隔震装置的底端，与所述中连接板(2)的顶部连接；
所述竖向隔震系统包括竖向活塞筒和竖向隔震装置；所述竖向隔震装置的上下两端分别连接所述中连接板(2)下表面的中心位置以及所述下连接板(3)上表面的中心位置；多个所述竖向活塞筒位于所述竖向隔震装置的四周，所述竖向活塞筒的上下两端分别连接所述中连接板(2)的下表面以及所述下连接板(3)的上表面；
所述第一水平竖向解耦装置包括水平摩擦顶板(4)和抗拔上槽板(6)，所述水平摩擦顶板(4)顶部设置有第一滑槽；所述第二水平竖向解耦装置包括水平摩擦底板(5)和抗拔下槽板(7)，所述水平摩擦底板(5)底部设置有第二滑槽；所述抗拔上槽板(6)与上连接板(1)通过螺栓连接并将所述水平摩擦顶板(4)压在所述上连接板(1)的底部，所述抗拔下槽板(7)与下连接板(3)通过螺栓连接并将所述水平摩擦底板(5)压在中连接板(2)的顶部；
所述上连接板(1)底部设置有水平竖向作用解耦上滑槽(81)，所述中连接板(2)的顶部设置有水平竖向作用解耦下滑槽(82)；所述第一滑槽和水平竖向作用解耦上滑槽(81)之间设置有板间滚珠，所述第二滑槽和水平竖向作用解耦下滑槽(82)之间设置有板间滚珠；
所述水平隔震装置包括上部波纹凹曲面(39)、波纹滚筒(42)、棱柱形护筒(13)和下部波纹凹曲面(40)；
所述棱柱形护筒(13)固定在水平摩擦底板(5)上，所述上部波纹凹曲面(39)、波纹滚筒(42)、下部波纹凹曲面(40)自上至下依次设置在所述棱柱形护筒(13)内，所述上部波纹凹曲面(39)的顶面与所述水平摩擦顶板(4)的底面相接，所述下部波纹凹曲面(40)的底面和所述水平摩擦底板(5)的顶面相接；所述下部波纹凹曲面(40)上填充有磁流变液；
所述下部波纹凹曲面(40)的磁流变液两侧分别设置有柱形箱体，所述柱形箱体固定于水平摩擦底板(5)上表面；所述柱形箱体内部设置有励磁线圈和柱形箱体磁铁棒(283)，励磁线圈缠绕于柱形箱体磁铁棒(283)的表面；
所述竖向活塞筒包括活塞筒(22)，活塞筒(22)内自上而下依次设置有：第一碟形托板(24)、第一碟形弹簧组、第二碟形弹簧组、第二碟形托板(29)、第一形状记忆合金弹簧(231)、圆形托板(30)、第三碟形弹簧组和第四碟形弹簧组；
所述活塞筒(22)的顶端固定连接有竖向活塞筒顶板(18)，底端固定连接有竖向活塞筒底板(19)；所述竖向活塞筒顶板(18)与中连接板(2)固定连接，所述竖向活塞筒底板(19)与下连接板(3)固定连接；
所述第一碟形托板(24)的下部连接第一碟形弹簧组顶部，所述第一碟形弹簧组的底部嵌入所述第二碟形弹簧组顶部的凹槽内，所述第一碟形弹簧组顶部密封，第二碟形弹簧组底部密封，所述第一碟形弹簧组和第二碟形弹簧组相通并组成内部密闭腔体，环形筒(27)设置于内部密闭腔体中；所述环形筒(27)内设置有柱形磁铁(281)；
所述第二碟形托板(29)上端托着所述第二碟形弹簧组，底部嵌入第一形状记忆合金弹簧(231)的顶端，所述第一形状记忆合金弹簧(231)的底部固定连接于圆形托板(30)的上表面；所述圆形托板(30)可滑动的套设在第一环状固定杆件(341)上，所述圆形托板(30)下部嵌入第三碟形弹簧组顶部的凹槽内，所述第三碟形弹簧组的底部与所述第四碟形弹簧组的顶部连接；第一环状固定杆件(341)穿过所述第三碟形弹簧组、第四碟形弹簧组的中心，位于所述第一形状记忆合金弹簧(231)内；所述第三碟形弹簧组、第四碟形弹簧组与所述第一环状固定杆件(341)接触的位置设有橡胶圈密封；第一环状固定杆件(341)固定在竖向活塞筒底板(19)上；
所述活塞筒(22)上部套设有与所述第一碟形弹簧组和第二碟形弹簧组位置对应的励磁线圈，所述活塞筒(22)下部套设有与所述第三碟形弹簧组和第四碟形弹簧组位置对应的励磁线圈。
2.根据权利要求1所述的基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，所述上部波纹凹曲面(39)的顶部设置有板内上滑槽，所述下部波纹凹曲面(40)设置有板内下滑槽，所述板内上滑槽与所述水平摩擦顶板(4)的底面间设置有板内滚珠，所述板内下滑槽与所述水平摩擦底板(5)的顶面间设置有板内滚珠。
3.根据权利要求1所述的基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，所述上部波纹凹曲面(39)侧面与所述棱柱形护筒(13)的内壁之间固定连接有形状记忆合金丝，所述下部波纹凹曲面(40)侧面与所述棱柱形护筒(13)的内壁之间固定连接有形状记忆合金丝；所述水平摩擦底板(5)上设置有水平隔震系统电流控制器(162)，所述形状记忆合金丝分别与上部波纹凹曲面(39)侧面、下部波纹凹曲面(40)侧面连接处安装有水平地震作用压力传感器；所述水平隔震系统电流控制器(162)分别与所述水平地震作用压力传感器以及所述柱形箱体内部的励磁线圈电连接。
4.根据权利要求1所述的基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，所述上连接板(1)下表面、中连接板(2)上表面、水平摩擦顶板(4)的上下表面以及水平摩擦底板(5)的上下表面均涂有聚四氟乙烯材料涂层。
5.根据权利要求1所述的基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，所述碟形弹簧组包括互相扣合在一起的两个碟形弹簧，两个碟形弹簧之间填充有磁流变液，所述碟形弹簧的碟部为波纹状。
6.根据权利要求1所述的基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，所述下连接板(3)上设置有竖向隔震系统电流控制器(161)，所述竖向活塞筒底板(19)与下连接板(3)之间设置有竖向地震作用压力传感器，所述竖向隔震系统电流控制器(161)分别连接活塞筒(22)上部外的励磁线圈、活塞筒(22)下部外的励磁线圈以及所述竖向地震作用压力传感器。
7.根据权利要求1所述的基于摩擦摇摆和磁流变的半主动控制三维隔震支座，其特征在于，所述竖向隔震装置包括软钢阻尼顶板(35)、菱形软钢(37)和软钢阻尼底板(36)；多个所述菱形软钢(37)环形布置；所述菱形软钢(37)相对的两个顶角分别固定连接所述软钢阻尼顶板(35)及软钢阻尼底板(36)；所述软钢阻尼顶板(35)与中连接板(2)固定连接，所述软钢阻尼底板(36)与下连接板(3)固定连接；
所述软钢阻尼底板(36)上表面的中心位置固定有第二环状固定杆件(342)，第二环状固定杆件(342)外套设有第二形状记忆合金弹簧(232)，所述第二形状记忆合金弹簧(232)一端固定连接所述软钢阻尼顶板(35)的下表面，另一端固定连接所述软钢阻尼底板(36)的上表面。
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