CN113153967A - 一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块,包括固定在桥墩顶部的桥梁支座、第一支撑座、第二支撑座，以及贯穿桥梁支座、第一支撑座和第二支撑座的第二传力部件；第二传力部件上穿设有前支撑板、抗震缓冲装置以及后支撑板，后支撑板靠近第二支撑座设置，前支撑板靠近第一支撑座设置，第一支撑座内壁中套设有第一传力部件；抗震缓冲装置包括一端与前支撑板连接、另一端与后支撑板连接的多个双向磁流变缓冲部件，穿设于第二传力部件和双向磁流变缓冲部件上的气压缓冲部件，以及套设于气压缓冲部件外壁上的磁流变弹性体橡胶。本发明是一种可在地震时对桥梁的双向晃动进行缓冲保护的，且长度、阻尼、刚度均可调节的抗震挡块。
Description
技术领域
本发明主要涉及桥梁工程的技术领域，具体为一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块。
背景技术
国内外多次地震的震害调查结果表明，横桥向的抗震挡块破坏是桥梁工程在震后十分常见的一种破坏形式，抗震挡块的缓冲能力是影响桥梁抗震能力的主要因素。
根据申请号为CN201822002506.2的专利文献所提供的一种能够分级消能的可更换桥梁挡块构造可知，该产品包括主梁、一体浇筑的盖梁和浇筑挡块，以及设置在主梁与浇筑挡块之间的矩形消能块、楔形块和扇形块；该结构在桥梁受到偶然作用的能量冲击时，扇形块与楔形块配合对主梁的横向位移形成缓冲作用；另一方面，消能块与盖梁的相对摩擦，也能够消耗掉一部分能量；同时，当偶然作用的能量过大时，由于消能块的刚度低于浇筑挡块，所以消能块先开裂破损，避免了浇筑挡块的损伤，起到分级消能的作用，保证了桥梁的安全。
上述专利中的产品可对冲击能量进行分级消耗，但每侧挡块结构仅能对桥梁单向冲击力进行缓冲，无法在地震时对桥梁的双向晃动进行缓冲保护，且挡块的长度、阻尼、刚度均无法调节。
发明内容
本发明主要提供了一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，用以解决上述背景技术中提出的技术问题。
本发明解决上述技术问题采用的技术方案为：
一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块,包括依序固定在桥墩顶部的桥梁支座、第一支撑座、第二支撑座，以及贯穿桥梁支座、第一支撑座和第二支撑座的第二传力部件，所述第二传力部件用于将桥梁支座震动压力传递至后支撑板、以使后支撑板靠近前支撑板；
所述第二传力部件上穿设有前支撑板、抗震缓冲装置以及后支撑板，所述后支撑板靠近第二支撑座设置，所述前支撑板靠近所述第一支撑座设置，所述第一支撑座内壁中套设有用于将桥梁支座震动压力传递至前支撑板、以使前支撑板靠近后支撑板的第一传力部件；
所述抗震缓冲装置包括一端与前支撑板连接、另一端与后支撑板连接的多个双向磁流变缓冲部件，穿设于第二传力部件和双向磁流变缓冲部件上的气压缓冲部件，以及套设于所述气压缓冲部件外壁上的磁流变弹性体橡胶，所述磁流变弹性体橡胶一端安装于前支撑板上，另一端安装于后支撑板上。
优选的，所述第一传力部件包括设于桥梁支座侧壁的第一传力板，设于所述第一传力板一侧且滑动套接第一支撑座内壁的传力套管，以及设于所述传力套管一端的第二传力板。在本优选的实施例中，通过第一传力部件便于将桥梁支座震动压力传递至前支撑板，以使前支撑板靠近后支撑板。
优选的，所述第二传力部件包括传力轴杆，所述传力轴杆一端连接第二支撑座侧壁、另一端依次贯穿前支撑板、传力套管以及桥梁支座后连接限位挡板。在本优选的实施例中，通过第二传力部件便于将桥梁支座震动压力传递至后支撑板，以使后支撑板靠近前支撑板。
优选的，所述气压缓冲部件包括设于磁流变弹性体橡胶内的多个压力分隔板，设于所述压力分隔板以及后支撑板上且用于向磁流变弹性体橡胶内输送压力气体的气源管。在本优选的实施例中，通过气压缓冲部件便于进行双向气压缓冲抗震。
优选的，所述气压缓冲部件包括气压控制模块，所述气压控制模块包括设于前支撑板上的第一压力传感器，当进行加压时，PLC控制器接收由第一压力传感器发出的压力信息电信号并触发气泵向气源管输送压力气体。在本优选的实施例中，通过气压控制模块实现气压控制。
优选的，所述双向磁流变缓冲部件包括分别设于前支撑板以及后支撑板侧壁的两个磁流体管，套设所述磁流体管外壁的线圈，滑动连接磁流体管内壁的双向缓冲板，两端分别连接两个双向缓冲板的连杆，所述双向缓冲板将磁流体管内分为第一卸力腔以及第二卸力腔，以及贯通连接磁流体管外壁且用于分别向第一卸力腔以及第二卸力腔内输送磁流变流体的输液管。在本优选的实施例中，通过双向磁流变缓冲部件便于进行双向磁流体缓冲，便于增大阻尼及刚度。
优选的，所述双向磁流变缓冲部件包括磁流变缓冲控制模块，所述磁流变缓冲控制模块包括设于后支撑板外壁的第二压力传感器，当进行缓冲时，PLC控制器接收由第一压力传感器以及第二压力传感器发出的电信号并触发磁流体管对应出液口的电磁阀开启并同时将线圈通电。在本优选的实施例中，通过磁流变缓冲控制模块便于控制阻尼及刚度改变，便于控制缓冲方向。
优选的，所述前支撑板包括接触第二传力板的外延板，接触磁流变弹性体橡胶的连接板，以及设于所述外延板与连接板间的橡胶垫，所述后支撑板与前支撑板结构相同。在本优选的实施例中，通过外延板便于增大缓冲减震的接触面积，通过橡胶垫进行缓冲保护。
优选的，所述第一支撑座包括连接桥墩顶部的卸力底板，设于所述卸力底板顶部的竖板，以及设于所述竖板与卸力底板夹角处且用于加固竖板的加强板，所述第一支撑座与第二支撑座结构相同。在本优选的实施例中，通过卸力底板便于将缓冲力卸至桥墩，通过加强板便于增加竖板的牢固度。
优选的，所述压力分隔板、前支撑板以及后支撑板侧壁均设有用于最小间距保险支撑的保险杆。在本优选的实施例中，通过保险杆实现压力分隔板、前支撑板以及后支撑板间的最小间距保险支撑。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明中通过第一传力部件以及第二传力部件实现不同方向上的压力传导，通过抗震缓冲装置实现双向缓冲，通过第一传力部件便于将桥梁支座震动压力传递至前支撑板，以使前支撑板靠近后支撑板，通过第二传力部件便于将桥梁支座震动压力传递至后支撑板，以使后支撑板靠近前支撑板，通过气压缓冲部件便于进行双向气压缓冲抗震，通过气压控制模块实现气压控制，通过双向磁流变缓冲部件便于进行双向磁流体缓冲，便于增大阻尼及刚度，通过磁流变缓冲控制模块便于控制阻尼及刚度改变，便于控制缓冲方向，通过外延板便于增大缓冲减震的接触面积，通过橡胶垫进行缓冲保护，通过卸力底板便于将缓冲力卸至桥墩，通过加强板便于增加竖板的牢固度，通过保险杆实现压力分隔板、前支撑板以及后支撑板间的最小间距保险支撑。
以下将结合附图与具体的实施例对本发明进行详细的解释说明。
附图说明
图1为本发明的整体结构轴测图；
图2为本发明的整体结构爆炸图；
图3为本发明的主要结构爆炸图；
图4为本发明的抗震缓冲装置结构爆炸图；
图5为本发明的双向磁流变缓冲部件结构爆炸图；
图6为本发明的整体结构侧视图；
图7为本发明的整体结构剖视图；
图8为本发明的A处结构放大图；
图9为本发明的气压控制模块框架图；
图10为本发明的磁流变缓冲控制模块框架图。
附图说明：10、第一支撑座；101、卸力底板；102、竖板；103、加强板；11、前支撑板；111、外延板；112、连接板；113、橡胶垫；12、后支撑板；13、第二支撑座；14、第一传力部件；141、第一传力板；142、传力套管；143、第二传力板；15、第二传力部件；151、传力轴杆；152、限位挡板；20、抗震缓冲装置；21、磁流变弹性体橡胶；22、气压缓冲部件；221、压力分隔板；222、气源管；223、气压控制模块；23、双向磁流变缓冲部件；231、磁流体管；2311、第一卸力腔；2312、第二卸力腔；232、线圈；233、双向缓冲板；234、连杆；235、输液管；236、磁流变缓冲控制模块；24、保险杆。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更加全面的描述，附图中给出了本发明的若干实施例，但是本发明可以通过不同的形式来实现，并不限于文本所描述的实施例，相反的，提供这些实施例是为了使对本发明公开的内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上也可以存在居中的元件，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件，本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常连接的含义相同，本文中在本发明的说明书中所使用的术语知识为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明，本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
请着重参照附图1、2、3、7所示，在本发明一优选实施例中，一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块,包括依序固定在桥墩顶部的桥梁支座、第一支撑座10、第二支撑座13，以及贯穿桥梁支座、第一支撑座10和第二支撑座13的第二传力部件15，所述第二传力部件15用于将桥梁支座震动压力传递至后支撑板12、以使后支撑板12靠近前支撑板11；所述第二传力部件15上穿设有前支撑板11、抗震缓冲装置20以及后支撑板12，所述后支撑板12靠近第二支撑座13设置，所述前支撑板11靠近所述第一支撑座10设置，所述第一支撑座10内壁中套设有用于将桥梁支座震动压力传递至前支撑板11、以使前支撑板11靠近后支撑板12的第一传力部件14；所述第一传力部件14包括设于桥梁支座侧壁的第一传力板141，设于所述第一传力板141一侧且滑动套接第一支撑座10内壁的传力套管142，以及设于所述传力套管142一端的第二传力板143，所述第二传力部件15包括传力轴杆151，所述传力轴杆151一端连接第二支撑座13侧壁、另一端依次贯穿前支撑板11、传力套管142以及桥梁支座后连接限位挡板152，所述前支撑板11包括接触第二传力板143的外延板111，接触磁流变弹性体橡胶21的连接板112，以及设于所述外延板111与连接板112间的橡胶垫113，所述后支撑板12与前支撑板11结构相同，所述第一支撑座10包括连接桥墩顶部的卸力底板101，设于所述卸力底板101顶部的竖板102，以及设于所述竖板102与卸力底板101夹角处且用于加固竖板102的加强板103，所述第一支撑座10与第二支撑座13结构相同。
需要说明的是，在本实施例中，地震时桥梁支座会发生晃动，当桥梁支座往靠近第一支撑座10的方向移动时，压力通过第一传力板141、传力套管142以及第二传力板143传递至前支撑板11，以使前支撑板11靠近后支撑板12，当桥梁支座往远离第一支撑座10的方向移动时，压力经限位挡板152传递至传力轴杆151，以使后支撑板12靠近前支撑板11；
进一步的，卸力底板101便于将竖板102的缓冲力卸至桥墩，通过加强板103便于增加竖板102的牢固度；
进一步的，通过外延板111便于增大缓冲减震的接触面积，通过橡胶垫113可进行缓冲保护。
请着重参照附图3、4、6、9所示，在本发明另一优选实施例中，穿设于第二传力部件15和双向磁流变缓冲部件23上的气压缓冲部件22，以及套设于所述气压缓冲部件22外壁上的磁流变弹性体橡胶21，所述磁流变弹性体橡胶21一端安装于前支撑板11上，另一端安装于后支撑板12上，所述气压缓冲部件22包括设于磁流变弹性体橡胶21内的多个压力分隔板221，设于所述压力分隔板221以及后支撑板12上且用于向磁流变弹性体橡胶21内输送压力气体的气源管222，所述气压缓冲部件22包括气压控制模块223，所述气压控制模块223包括设于前支撑板11上的第一压力传感器，当进行加压时，PLC控制器接收由第一压力传感器发出的压力信息电信号并触发气泵向气源管222输送压力气体。
需要说明的是，在本实施例中，第一压力传感器受到压力时会将压力信息电信号传动至PLC控制器，PLC控制器启动气泵向气源管222输送压力气体，多个气源管222同时向磁流变弹性体橡胶21内输送压力气体，便于进行缓冲卸力；
进一步的，通过多个压力分隔板221，便于压力的均匀分散。
请着重参照附图4、5、7、8、10所示，在本发明另一优选实施例中，所述抗震缓冲装置20包括一端与前支撑板11连接、另一端与后支撑板12连接的多个双向磁流变缓冲部件23，所述双向磁流变缓冲部件23包括分别设于前支撑板11以及后支撑板12侧壁的两个磁流体管231，套设所述磁流体管231外壁的线圈232，滑动连接磁流体管231内壁的双向缓冲板233，两端分别连接两个双向缓冲板233的连杆234，所述双向缓冲板233将磁流体管231内分为第一卸力腔2311以及第二卸力腔2312，以及贯通连接磁流体管231外壁且用于分别向第一卸力腔2311以及第二卸力腔2312内输送磁流变流体的输液管235，所述双向磁流变缓冲部件23包括磁流变缓冲控制模块236，所述磁流变缓冲控制模块236包括设于后支撑板12外壁的第二压力传感器，当进行缓冲时，PLC控制器接收由第一压力传感器以及第二压力传感器发出的电信号并触发磁流体管231对应出液口的电磁阀开启并同时将线圈232通电，所述压力分隔板221、前支撑板11以及后支撑板12侧壁均设有用于最小间距保险支撑的保险杆24。
需要说明的是，在本实施例中，当PLC控制器收集到第一传感器所发出信号后，根据第二压力传感器有无压力信号，控制磁流体管231对应出液口的电磁阀开启并同时将线圈232通电；
进一步的，当PLC控制器收集到第一传感器所发出信号后，若第二压力传感器无压力信号，则后支撑板12向前支撑板11靠近，若第二压力传感器有压力信号，则前支撑板11向后支撑板12靠近，以前支撑板11向后支撑板12靠近为例，此时PLC控制器应开启电磁阀以使磁流体填充处于前支撑板11上磁流体管231内的第一卸力腔2311，以及处于后支撑板12上磁流体管231内的第二卸力腔2312，待磁流体填充完成后将线圈232通电，改变磁流体阻尼性能进行缓冲；
进一步的，保险杆24可为压力分隔板221、前支撑板11以及后支撑板12间提供最小间距保险支撑。
本发明的具体流程如下：
第一压力传感器型号为“F1S”，第二压力传感器型号为“F1S”，PLC控制器型号为“FX3U-128MT/ESS”。
地震时桥梁支座会发生晃动，当桥梁支座往靠近第一支撑座10的方向移动时，压力通过第一传力板141、传力套管142以及第二传力板143传递至前支撑板11，以使前支撑板11靠近后支撑板12，当桥梁支座往远离第一支撑座10的方向移动时，压力经限位挡板152传递至传力轴杆151，以使后支撑板12靠近前支撑板11；
卸力底板101便于将竖板102的缓冲力卸至桥墩，通过加强板103便于增加竖板102的牢固度；
通过外延板111便于增大缓冲减震的接触面积，通过橡胶垫113可进行缓冲保护；
第一压力传感器受到压力时会将压力信息电信号传动至PLC控制器，PLC控制器启动气泵向气源管222输送压力气体，多个气源管222同时向磁流变弹性体橡胶21内输送压力气体，便于进行缓冲卸力；
通过多个压力分隔板221，便于压力的均匀分散；
当PLC控制器收集到第一传感器所发出信号后，根据第二压力传感器有无压力信号，控制磁流体管231对应出液口的电磁阀开启并同时将线圈232通电；
当PLC控制器收集到第一传感器所发出信号后，若第二压力传感器无压力信号，则后支撑板12向前支撑板11靠近，若第二压力传感器有压力信号，则前支撑板11向后支撑板12靠近，以前支撑板11向后支撑板12靠近为例，此时PLC控制器应开启电磁阀以使磁流体填充处于前支撑板11上磁流体管231内的第一卸力腔2311，以及处于后支撑板12上磁流体管231内的第二卸力腔2312，待磁流体填充完成后将线圈232通电，改变磁流体阻尼性能进行缓冲；
保险杆24可为压力分隔板221、前支撑板11以及后支撑板12间提供最小间距保险支撑。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的这种非实质改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块,其特征在于，包括依序固定在桥墩顶部的桥梁支座、第一支撑座(10)、第二支撑座(13)，以及贯穿桥梁支座、第一支撑座(10)和第二支撑座(13)的第二传力部件(15)，所述第二传力部件(15)用于将桥梁支座震动压力传递至后支撑板(12)、以使后支撑板(12)靠近前支撑板(11)；
所述第二传力部件(15)上穿设有前支撑板(11)、抗震缓冲装置(20)以及后支撑板(12)，所述后支撑板(12)靠近第二支撑座(13)设置，所述前支撑板(11)靠近所述第一支撑座(10)设置，所述第一支撑座(10)内壁中套设有用于将桥梁支座震动压力传递至前支撑板(11)、以使前支撑板(11)靠近后支撑板(12)的第一传力部件(14)；
所述抗震缓冲装置(20)包括一端与前支撑板(11)连接、另一端与后支撑板(12)连接的多个双向磁流变缓冲部件(23)，穿设于第二传力部件(15)和双向磁流变缓冲部件(23)上的气压缓冲部件(22)，以及套设于所述气压缓冲部件(22)外壁上的磁流变弹性体橡胶(21)，所述磁流变弹性体橡胶(21)一端安装于前支撑板(11)上，另一端安装于后支撑板(12)上。
2.根据权利要求1所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述第一传力部件(14)包括设于桥梁支座侧壁的第一传力板(141)，设于所述第一传力板(141)一侧且滑动套接第一支撑座(10)内壁的传力套管(142)，以及设于所述传力套管(142)一端的第二传力板(143)。
3.根据权利要求2所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述第二传力部件(15)包括传力轴杆(151)，所述传力轴杆(151)一端连接第二支撑座(13)侧壁、另一端依次贯穿前支撑板(11)、传力套管(142)以及桥梁支座后连接限位挡板(152)。
4.根据权利要求1所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述气压缓冲部件(22)包括设于磁流变弹性体橡胶(21)内的多个压力分隔板(221)，设于所述压力分隔板(221)以及后支撑板(12)上且用于向磁流变弹性体橡胶(21)内输送压力气体的气源管(222)。
5.根据权利要求4所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述气压缓冲部件(22)包括气压控制模块(223)，所述气压控制模块(223)包括设于前支撑板(11)上的第一压力传感器，当进行加压时，PLC控制器接收由第一压力传感器发出的压力信息电信号并触发气泵向气源管(222)输送压力气体。
6.根据权利要求1所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述双向磁流变缓冲部件(23)包括分别设于前支撑板(11)以及后支撑板(12)侧壁的两个磁流体管(231)，套设所述磁流体管(231)外壁的线圈(232)，滑动连接磁流体管(231)内壁的双向缓冲板(233)，两端分别连接两个双向缓冲板(233)的连杆(234)，所述双向缓冲板(233)将磁流体管(231)内分为第一卸力腔(2311)以及第二卸力腔(2312)，以及贯通连接磁流体管(231)外壁且用于分别向第一卸力腔(2311)以及第二卸力腔(2312)内输送磁流变流体的输液管(235)。
7.根据权利要求4所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述双向磁流变缓冲部件(23)包括磁流变缓冲控制模块(236)，所述磁流变缓冲控制模块(236)包括设于后支撑板(12)外壁的第二压力传感器，当进行缓冲时，PLC控制器接收由第一压力传感器以及第二压力传感器发出的电信号并触发磁流体管(231)对应出液口的电磁阀开启并同时将线圈(232)通电。
8.根据权利要求2所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述前支撑板(11)包括接触第二传力板(143)的外延板(111)，接触磁流变弹性体橡胶(21)的连接板(112)，以及设于所述外延板(111)与连接板(112)间的橡胶垫(113)，所述后支撑板(12)与前支撑板(11)结构相同。
9.根据权利要求1所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述第一支撑座(10)包括连接桥墩顶部的卸力底板(101)，设于所述卸力底板(101)顶部的竖板(102)，以及设于所述竖板(102)与卸力底板(101)夹角处且用于加固竖板(102)的加强板(103)，所述第一支撑座(10)与第二支撑座(13)结构相同。
10.根据权利要求4所述的一种用于抗震的纤维增强型磁流变橡胶空气弹簧挡块，其特征在于，所述压力分隔板(221)、前支撑板(11)以及后支撑板(12)侧壁均设有用于最小间距保险支撑的保险杆(24)。
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