專利名稱：自適應(yīng)調(diào)節(jié)剪切性能的疊層型智能隔震支座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于彈性體流變智能材料，其剛度和 阻尼可以智能調(diào)節(jié)的疊層型隔震支座。
背景技術(shù)：
結(jié)構(gòu)隔震技術(shù)已經(jīng)是一種發(fā)展成熟的地震防護(hù)技術(shù)，其減震概念明確，效果明顯，在 幾次大地震中，大量橡膠墊隔震房屋和橋梁等結(jié)構(gòu)都成功經(jīng)受考驗(yàn)。但是在近斷層長(zhǎng)周期 速度和位移脈沖地震作用下，隔震建筑也發(fā)生了許多災(zāi)難性的結(jié)構(gòu)破壞事件，引起了一些 學(xué)者對(duì)隔震技術(shù)的有效性產(chǎn)生關(guān)注。比如，1994年1月17日Northridge大地震震害調(diào) 査發(fā)現(xiàn)，在近震強(qiáng)烈地震作用下，多數(shù)隔震建筑遭到破壞，主要原因就是隔震層變形較大 而使得隔震裝置發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞。為此，許多人提出在橡膠支座上并聯(lián)一個(gè)可調(diào)阻尼器(多 數(shù)采用磁流變液阻尼器)，形成智能復(fù)合隔震系統(tǒng)。研究表明，只要合理調(diào)整阻尼器的參 數(shù)，該系統(tǒng)在保護(hù)隔震結(jié)構(gòu)遭受近震作用下的安全是相當(dāng)有效的。然而，近斷層地震運(yùn)動(dòng) 是在地震的初始就給結(jié)構(gòu)輸入了很高的能量，磁流變液智能阻尼器中磁流變液材料的沉降 問(wèn)題大大的影響了智能復(fù)合隔震系統(tǒng)的性能，往往在磁流變液從沉降凝結(jié)狀態(tài)恢復(fù)到流動(dòng) 狀態(tài)使阻尼器能正常工作之前，地震作用就已經(jīng)對(duì)隔震結(jié)構(gòu)造成了嚴(yán)重?fù)p壞。
因此，進(jìn)一歩改進(jìn)智能隔震裝置，尋找新的結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制方式是十分有必要的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種剪切性能自適應(yīng)調(diào)節(jié)的疊層型智能可調(diào)隔震 支座，該支座可以智能調(diào)節(jié)其水平等效剛度和等效阻尼比，以適應(yīng)外部動(dòng)力荷載的變化。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題采用的技術(shù)方案是主要由磁組件、傳感器和控制器組成。其 中磁組件由交替疊放在一起、形狀相同并硫化處理成整體的磁流變彈性體、導(dǎo)磁鋼板， 以及與磁流變彈性體分離的、纏繞在導(dǎo)磁鐵芯上的線圈繞組組成，這些部件裝在上、下連 接板之間，由此形成了一個(gè)完整的閉合磁回路；在磁路中間設(shè)置了大變形軟磁材料；傳感 器裝在上連接板的頂部，控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與傳感器、線圈繞組相連。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下的主要優(yōu)點(diǎn)
艽一.本支座整體形成了一個(gè)閉合磁路，可以通過(guò)改變線圈繞組的電流來(lái)改變磁路中的 磁通量變化的磁通量垂直通過(guò)磁流變彈性體智能材料時(shí)，可以改變材料的儲(chǔ)能模量和損 耗因子，從而能夠根據(jù)外部響應(yīng)自適應(yīng)改變本支座的剪切性能。
其二.在磁路中問(wèn)設(shè)置了大變形軟磁材料，該材料可以和上F連接板一起產(chǎn)生較大的隔 震層位移(水平位移)，從而使得本支座在振動(dòng)過(guò)程中，線圈繞組和鐵芯不發(fā)生任何變形， 保證了線圈的穩(wěn)定性和支座的使用壽命。
其三.本支座相對(duì)于傳統(tǒng)隔震裝置而吉，解決了在近斷層長(zhǎng)周期速度和位移脈沖地震作用下普通橡膠隔震支座制震效果不好的問(wèn)題，并且具有隔震層層間位移小、安全性高、可 控性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。
其四.木支座相對(duì)于智能復(fù)合隔震系統(tǒng)而言，解決了智能復(fù)合隔震系統(tǒng)中磁流變液沉降 對(duì)隔震效果的不利影響，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)。


圖1為本發(fā)明疊層型智能隔震支座的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖2為圖1的俯視圖。
圖3為本發(fā)明帶有鉛芯10的疊層型智能隔震支座的結(jié)構(gòu)示意圖。 圖4為圖3的俯視圖。
圖5為本發(fā)明疊層型智能隔震支座的磁力線走向圖。
圖6為本發(fā)明疊層型智能隔震支座兩組線圈繞組5的磁力線走向圖。
圖中l(wèi).上連接板；2.磁流變彈性體；3.導(dǎo)磁鋼板；4.下連接板；5.線圈繞組； 6.導(dǎo)磁鐵芯；7.大變形軟磁材料；8.傳感器；9.控制器；10.鉛芯；ll.磁力線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合實(shí)施例及附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一歩說(shuō)明，但不限定本發(fā)明。
本發(fā)明提供的自適應(yīng)調(diào)節(jié)剪切性能的疊層型智能隔震支座(簡(jiǎn)稱智能隔震支座)，其 結(jié)構(gòu)如圖1至圖2所示主要由磁組件、傳感器8和控制器9組成。其屮磁組件由交替
疊放在:一起、形狀相同并硫化處理成整體的磁流變彈性體2、 ^磁鋼板3，以及與磁流變
彈性體2分離的、纏繞在導(dǎo)磁鐵芯6上的線圈繞組5組成，這些部件裝在上、下連接板之
問(wèn)，屮此形成了 個(gè)完整的閉合磁回路；在磁路中間設(shè)置了大變形軟磁材料7;傳感器8
裝在上連接板1的頂部，控制器9通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與傳感器8、線圈繞組5相連。圖2中 :t要顯小隔震支座的形狀，因此未顯示傳感器8和控制器9。
為了使磁流變彈性體2和導(dǎo)磁鋼板3之間能協(xié)調(diào)變形，它們之間需進(jìn)行硫化處理來(lái)增 強(qiáng)彈性休5鋼板之間的粘結(jié)性。
所述的磁流變彈性體2和導(dǎo)磁鋼板3的形狀，為圓形、矩形或者其他形狀(如橢圓形)， 因而使智能隔震支座做成圓形、矩形或者其他形狀(如橢圓形)，以滿足隔震建筑的安裝 要求。該磁流變彈性體可以是其他流變智能材料(如電流變彈性體等)，智能材料改變后， 結(jié)構(gòu)的尺寸需要從新iI-算分析，相應(yīng)的電路材料會(huì)改變，但是結(jié)構(gòu)形式保持不變。
所述磁流變彈性體2是磁流變材料的一個(gè)新的分支。它是由天然橡膠或者硅橡膠基體 和磁性顆粒組成，混合有磁性顆粒的橡膠在外加磁場(chǎng)作用下囚化，利用磁流變效應(yīng)(即磁 性顆粒在磁場(chǎng)方向形成鏈狀聚集結(jié)構(gòu))使顆粒在橡膠基體中形成有序結(jié)構(gòu)。岡化后的這種 有序結(jié)構(gòu)使磁流變彈性體的儲(chǔ)能模量大大提高，當(dāng)撤走外部磁場(chǎng)，材料的儲(chǔ)能模量又恢復(fù) 正常，即磁流變彈性體的力學(xué)性能可以山外加磁場(chǎng)來(lái)控制。我們通過(guò)改變磁感應(yīng)強(qiáng)度來(lái)控 制磁流變彈性體2的力學(xué)性能就可以調(diào)節(jié)隔震支座的剪切性能，形成水平等效剛度和等效 阻尼比均可調(diào)的智能隔震支座。所述的大變形軟磁材料7可為軟磁合金、可變形永磁合金。這些材料具有很高磁導(dǎo)率 和飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度的同時(shí)還具有很強(qiáng)的彈塑性性能，即使產(chǎn)生較大的剪切變形也不會(huì)影響 其導(dǎo)磁性能。大變形軟磁材料7可以裝在上連接板1或者下連接板4與導(dǎo)磁鐵芯6之間。
所述上連接板l、下連接板4、導(dǎo)磁鋼板3、導(dǎo)磁鐵芯6都由導(dǎo)磁材料(硅鋼、磁性合 金、低碳鋼)制成。連接板和導(dǎo)磁鋼板的厚度、導(dǎo)磁鐵芯的寬度(直徑)以及磁流變彈性 體的厚度，都應(yīng)該利用磁場(chǎng)有限兀分析得出優(yōu)化的幾何尺寸，使得通過(guò)磁流變彈性體的磁 感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到最大。
本發(fā)明為了增強(qiáng)智能隔震支座的阻尼特性，還設(shè)有鉛芯10，該鉛芯裝在磁流變彈性 體2與導(dǎo)磁鋼板3的中心部位，如圖3至圖4所示。該鉛芯與磁流變彈性體2和導(dǎo)磁鋼板 3同軸心，并且形狀相同，其邊長(zhǎng)(直徑)根據(jù)實(shí)際情況確定。增加鉛芯后，智能隔震支 座的磁路分析需要重新進(jìn)行磁場(chǎng)有限元計(jì)算。圖4中主要顯示隔震支座的形狀和鉛芯10 的位置，因此未顯示傳感器8和控制器9。
本發(fā)明智能隔震支座的磁力線走向如圖5至圖6所示線圈繞組激發(fā)磁場(chǎng)，導(dǎo)磁鐵芯 可以增強(qiáng)磁感應(yīng)強(qiáng)度。磁力線由鐵芯10丌始，經(jīng)過(guò)大變形軟磁材料7、匕連接板l、磁流 變彈性體2、導(dǎo)磁鋼板3、下連接板4，最后冋到鐵芯IO，形成完整的閉合磁路。
本發(fā)明可以由 一組線圈繞組5激勵(lì)磁場(chǎng)，也可以由多組并聯(lián)線圈繞組5激勵(lì)磁場(chǎng)。圖 6顯示了兩組并聯(lián)線圈繞組的磁力線走向圖，兩組線圈的磁力線都必須遵循右手規(guī)則，對(duì) 于多組線圈繞組，磁力線同樣要遵循右手規(guī)則。
下面簡(jiǎn)述本發(fā)明的工作過(guò)程。
—Ef先，迎過(guò)傳感器8來(lái)感知外部動(dòng)力作用情況，傳感器將動(dòng)力響應(yīng)信號(hào)輸入控制器9, 該控制器會(huì)依據(jù)相應(yīng)的控制策略發(fā)出控制信號(hào)來(lái)改變線圈繞組5中的電流，從而改變通過(guò) 磁流變彈性體2的磁感應(yīng)強(qiáng)度。
當(dāng)?shù)卣鹎忠u時(shí)，本支座會(huì)劇烈振動(dòng)使上連接板1和下連接板4之間產(chǎn)生較大的水平相 對(duì)位移，改相對(duì)位移會(huì)破壞線圈繞組5而使得整個(gè)支座的磁場(chǎng)失效。為了保證線圈繞組5 和導(dǎo)磁鐵芯6在劇烈振動(dòng)下不發(fā)生變形，我們?cè)谏线B接板1 (或者下迕接板4)與導(dǎo)磁鐵 芯6之間裝置了大變形軟磁材料7。大變形軟磁材料7會(huì)與上下連接板一起振動(dòng)，從而保 護(hù)/線圈繞組5的穩(wěn)定性。
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)剪切性能的疊層型智能隔震支座，其特征是主要由磁組件、傳感器(8)和控制器(9)組成，其中磁組件由交替疊放在一起、形狀相同并硫化處理成整體的磁流變彈性體(2)、導(dǎo)磁鋼板(3)，以及與磁流變彈性體(2)分離的、纏繞在導(dǎo)磁鐵芯(6)上的線圈繞組(5)組成，這些部件裝在上、下連接板之間，由此形成了一個(gè)完整的閉合磁回路；在磁路中間設(shè)置了大變形軟磁材料(7)；傳感器(8)裝在上連接板(1)的頂部，控制器(9)通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與傳感器(8)、線圈繞組(5)相連。
2. 如權(quán)利要求1所述的疊層型智能隔震支座，其特征是磁流變彈性體(2)和導(dǎo)磁鋼 板(3)的形狀為圓形。
3. 如權(quán)利要求1所述的疊層型智能隔震支座，其特征是磁流變彈性體(2)和導(dǎo)磁鋼 板(3)的形狀為矩形或者其他形狀。
4. 如權(quán)利要求1或2或3所述的疊層型智能隔震支座，其特征是磁流變彈性體(2) 由其他流變彈性體智能材料替換。
5. 如權(quán)利要求1所述的疊層型智能隔震支座，其特征是該支座中設(shè)有鉛芯(10)，該 鉛芯裝在磁流變彈性體(2)與導(dǎo)磁鋼板(3)的中心部位。
6. 如權(quán)利要求1所述的疊層型智能隔震支座，其特征是大變形軟磁材料(7)，其裝 在上連接板(1)或者下連接板(4)與導(dǎo)磁鐵芯(6)之間。
7. 如權(quán)利要求1所述的疊層型智能隔震支座，其特征是由一組線圈繞組(5)來(lái)激勵(lì) 磁場(chǎng)，或者由多組并聯(lián)線圈繞組(5)來(lái)激勵(lì)磁場(chǎng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及自適應(yīng)調(diào)節(jié)剪切性能的疊層型智能隔震支座，該支座主要由磁組件、傳感器(8)和控制器(9)組成，其中磁組件由交替疊放在一起、形狀相同并硫化處理成整體的磁流變彈性體(2)、導(dǎo)磁鋼板(3)，以及與磁流變彈性體分離的、纏繞在導(dǎo)磁鐵芯(6)上的線圈繞組(5)組成，它們裝在上、下連接板之間，由此形成了一個(gè)完整的閉合磁回路；在磁路中間設(shè)有大變形軟磁材料(7)；傳感器裝在上連接板(1)的頂部，控制器通過(guò)數(shù)據(jù)線分別與傳感器、線圈繞組相連。本發(fā)明能夠根據(jù)外部響應(yīng)自適應(yīng)改變其剪切性能；與普通橡膠隔震支座比較，本支座隔震層層間位移小、可控性強(qiáng)；與智能復(fù)合隔震系統(tǒng)比較，本支座結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好。
文檔編號(hào)F16F15/03GK101586641SQ20091006282
公開(kāi)日2009年11月25日 申請(qǐng)日期2009年6月23日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月23日
發(fā)明者涂建維, 瞿偉廉 申請(qǐng)人:武漢理工大學(xué)