[發(fā)明專利]一種電流變彈性體智能隔震支座

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410039164.5
• 申請(qǐng)日: 2014-01-26
• 公開（公告）號(hào): CN103806569A
• 公開（公告）日: 2014-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 董旭峰;馬寧
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 大連理工大學(xué)
• 主分類號(hào): E04B1/98
• 分類號(hào): E04B1/98;E01D19/04
• 代理公司: 大連理工大學(xué)專利中心 21200
• 代理人: 趙連明;梅洪玉

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑結(jié)構(gòu)減震技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種電流變彈性體智能隔震支座。

背景技術(shù)

基礎(chǔ)隔震技術(shù)是目前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的抗震技術(shù)。其基本原理是：在建筑物與上部結(jié)構(gòu)之間設(shè)置隔震裝置，形成隔震層，把結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)隔離開，利用隔震裝置來隔離或耗散地震能量，以避免或減少地震能量向上部結(jié)構(gòu)輸入，從而達(dá)到減小地震反應(yīng)的目的。

目前，實(shí)際應(yīng)用的隔震裝置包括疊層橡膠支座、摩擦滑移隔震元件、滾動(dòng)元件、以及柔性柱等四類，其中，90%以上的隔震結(jié)構(gòu)采用疊層橡膠支座作為隔震元件。隔震層的設(shè)計(jì)要求是：一、使主體結(jié)構(gòu)在多遇地震作用下減震幅度盡可能大；二、使隔震層在罕遇地震作用下的最大側(cè)移盡量小。普通的隔震裝置雖然可以延長結(jié)構(gòu)自振周期并增大結(jié)構(gòu)阻尼，但不能同時(shí)減小上部結(jié)構(gòu)的剪力和隔震層的位移。當(dāng)上部結(jié)構(gòu)剪力響應(yīng)減小時(shí)，位移響應(yīng)一定會(huì)增大；反之，當(dāng)減小隔震層位移時(shí)，上部結(jié)構(gòu)的剪切響應(yīng)增大。因此，傳統(tǒng)基礎(chǔ)隔震技術(shù)對(duì)于短周期地面運(yùn)動(dòng)影響下的中短周期結(jié)構(gòu)、及遠(yuǎn)震場(chǎng)地的隔震結(jié)構(gòu)，其減震效果較好，但近震場(chǎng)地的長周期和位移脈沖運(yùn)動(dòng)會(huì)對(duì)隔震建筑的抗震性能造成不利的影響。

混合控制是解決上述矛盾的途徑之一，其思想是：在傳統(tǒng)的基礎(chǔ)隔震系統(tǒng)上，加上主動(dòng)控制或半主動(dòng)控制元件，或增加其它被動(dòng)控制方式，應(yīng)用現(xiàn)代控制理論，對(duì)結(jié)構(gòu)相應(yīng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。理論上，混合控制不僅可改善基礎(chǔ)隔震的適應(yīng)性，還能提高隔震效果。但在實(shí)際應(yīng)用中，由于系統(tǒng)復(fù)雜、可靠性較低，混合控制系統(tǒng)并未得到推廣應(yīng)用。

另一個(gè)解決問題的途徑是設(shè)置限位保護(hù)裝置，其基本思想是在原有隔震裝置的基礎(chǔ)上設(shè)置擋土墻、彈性緩沖裝置等限位保護(hù)裝置，當(dāng)隔震裝置的水平位移超過設(shè)定值時(shí)，限位保護(hù)裝置對(duì)隔震層施加彈性作用力,以限制位移變形的進(jìn)一步增大。實(shí)際應(yīng)用中，由于設(shè)置限位裝置導(dǎo)致結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且提供的彈性作用力無法自適應(yīng)調(diào)節(jié)，其實(shí)際效果并不理想。

近年來，磁流變彈性體的出現(xiàn)為解決這一問題提供了新的途徑。磁流變彈性體通常由橡膠和鐵磁性顆粒復(fù)合制備而成，成型過程中施加磁場(chǎng)可使顆粒在基體中形成有序的預(yù)結(jié)構(gòu)。磁流變彈性體的剪切模量等動(dòng)態(tài)力學(xué)性能可通過磁場(chǎng)實(shí)時(shí)、可逆調(diào)節(jié)。因此，以磁流變彈性體取代橡膠制作的智能隔震支座，其剪切剛度可以通過磁場(chǎng)調(diào)節(jié)，可以應(yīng)用于基于主動(dòng)調(diào)頻的振動(dòng)控制領(lǐng)域。智能隔震裝置在結(jié)構(gòu)調(diào)頻控制中的基本工作原理是：在地震波輸入以高頻成分為主時(shí)，通過對(duì)磁流變體的剛度調(diào)節(jié)，使隔震系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)離地震頻率，將結(jié)構(gòu)的周期調(diào)諧至抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜中的長周期范圍內(nèi)，從而減小輸入主體結(jié)構(gòu)的能量；在地震波輸入以低頻成分為主時(shí)，通過剛度調(diào)節(jié)，避免隔震層的層間位移超過限值，并將結(jié)構(gòu)的周期調(diào)諧至抗震設(shè)計(jì)反應(yīng)譜中的短周期范圍內(nèi)。

基于上述思想，申請(qǐng)?zhí)枮?00910062822.1的中國發(fā)明專利申請(qǐng)中公開了一種自適應(yīng)調(diào)節(jié)剪切性能的疊層型智能隔震支座，該支座由磁組件、傳感器和控制器組成，磁組件由圓形磁流變彈性體和圓形導(dǎo)磁鋼板交替層疊構(gòu)成，驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)由外接磁路提供。

遺憾的是，基于磁流變彈性體的隔震支座仍然未能得到推廣應(yīng)用。其主要原因在于：磁流變彈性體智能隔震支座的剛度需要通過磁場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，而磁場(chǎng)則采用電磁線圈提供；要獲得較大的剛度調(diào)節(jié)幅度，所需施加的磁場(chǎng)較大（一般不小于0.5T），因此必須采用較大的電磁線圈，從而帶來一系列的問題，如智能隔震支座的體積較大、質(zhì)量較重、成本昂貴、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、散熱困難等。

電流變彈性體是一種新型的智能材料，可采用介電顆粒填充聚合物制備而成。其主要特點(diǎn)是，剪切彈性模量等力學(xué)性能可通過電場(chǎng)調(diào)節(jié)。顯然，施加電場(chǎng)要遠(yuǎn)較施加磁場(chǎng)容易的多。因此，與磁流變彈性體相比，電流變彈性體的最大優(yōu)勢(shì)在于可以避免因施加磁場(chǎng)而導(dǎo)致的一系列問題。

因此，基于電流變彈性體，開發(fā)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、質(zhì)量較輕、成本低廉的新型智能隔震支座，對(duì)于減小建筑結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)在地震下的振動(dòng)響應(yīng)具有重要的實(shí)際意義。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是：以電流變彈性體為核心材料，提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積較小、質(zhì)量較輕、成本低廉的新型智能隔震支座，解決傳統(tǒng)隔震系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、剛度不能根據(jù)不同地震波輸入主動(dòng)調(diào)節(jié)的問題。