[發(fā)明專利]基于磁流變支座?阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺及設(shè)計方法

在審

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• 申請日: 2017-03-23
• 公開（公告）號: CN106969895A
• 公開（公告）日: 2017-07-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李銳;張路陽;牟文俊;吳孟娟;唐賢倫
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;F16F15/03
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司11275
• 代理人: 廖曦

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于建筑、橋梁隔振技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于磁流變支座-阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺設(shè)計方法及裝置。

背景技術(shù)

在橋梁沖擊防護(hù)設(shè)計中,通常通過增加結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)度或者采用被動橡膠支座提高結(jié)構(gòu)的平面緩沖隔振能力。然而被動橡膠支座在突發(fā)的載荷(如地震、平面沖擊振動等)作用下，不能調(diào)節(jié)自身橫向剛度、提升強(qiáng)度來降低結(jié)構(gòu)在大水平剪切力作用下產(chǎn)生的破壞性位移，也不能產(chǎn)生更大的形變阻尼來耗散瞬間的沖擊能量；而將傳統(tǒng)被動支座和阻尼器聯(lián)合使用的方法，總體上也缺乏良好的抗平面沖擊和振動隔離的兼容能力，因而成為結(jié)構(gòu)安全體系中的薄弱環(huán)節(jié)。

磁流變彈性體(Magneto-rheological Elastomers，MRE)是近年來出現(xiàn)的一種新型智能材料，它是將微米級鐵磁顆粒散布在聚合介質(zhì)(如橡膠)中形成的一種柔性固狀混合體，其剛度和阻尼等材料特性可以通過外加磁場來控制，同時兼具傳統(tǒng)磁流變液的優(yōu)點，如可逆性好、響應(yīng)快、可控能力強(qiáng)等，又克服了其穩(wěn)定性差、易沉降等缺點。基于MRE材料設(shè)計的磁流變支座能克服傳統(tǒng)被動橡膠支座的不足，提高系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的抗沖防護(hù)能力，已成為結(jié)構(gòu)抗震減災(zāi)領(lǐng)域的研究熱點。同時，磁流變支座結(jié)合已有的磁流變阻尼器，可以取得更為優(yōu)良的緩沖隔振效果。

將剛度和阻尼可調(diào)的磁流變支座和磁流變阻尼器一起應(yīng)用在橋梁隔振系統(tǒng)中的研究鮮有報道且具有重大意義，而對其進(jìn)行試驗研究又是不可或缺的環(huán)節(jié)。但由于大型工程項目在實驗室進(jìn)行實物研究，具有不易操作、成本高、難以實現(xiàn)等缺點，而簡易的幾何相似也不能反映出實際工程系統(tǒng)的動力學(xué)特征等。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種基于磁流變支座-阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺及設(shè)計方法。該平臺主要由橋梁模擬系統(tǒng)、地震模擬振動臺以及控制模塊組成，通過這個平臺，可以實現(xiàn)不同激勵下橋梁緩沖隔振試驗并對比傳統(tǒng)被動減隔震支座和主動緩沖隔振支座的差別、模擬實際地震中橋梁系統(tǒng)的損耗等功能。

本發(fā)明的目的之一是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的，基于磁流變支座-阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺設(shè)計方法，其特征在于：該方法具體為：由基于無量綱分析的相似理論，從反映動力學(xué)特性的物理量量綱角度出發(fā)，推導(dǎo)出剛度、阻尼可調(diào)的磁流變支座和磁流變阻尼器原型和模型間的相似關(guān)系，以該相似關(guān)系為指導(dǎo)設(shè)計符合試驗需求的小尺度磁流變支座和磁流變阻尼器；進(jìn)一步推導(dǎo)出三跨橋梁隔振原型系統(tǒng)和小尺度臺架模型系統(tǒng)間的相似關(guān)系，以該相似關(guān)系為基礎(chǔ)并采用小尺度磁流變支座和阻尼器，完成臺架模型的設(shè)計。

根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于磁流變支座-阻尼器的小尺度三跨橋梁緩沖隔振平臺設(shè)計方法，其特征在于：

選取表征原三跨橋系統(tǒng)動力學(xué)特性的物理量為：質(zhì)量m、剛度k、阻尼c、力A_F、頻率ω、時間t、位移x、速度加速度以質(zhì)量M、長度L、時間T作為基本量綱，則所選取的物理量的量綱為：[m]＝M，[k]＝MT^-2，[c]＝MT^-1，[A_F]＝MLT^-2,[ω]＝T^-1，[t]＝T，[x]＝L，設(shè)y₁為m的量綱次數(shù)，y₂為k的量綱次數(shù)，y₃為c的量綱次數(shù)，y₄為A_F的量綱次數(shù)，y₅為ω的量綱次數(shù)，y₆為t的量綱次數(shù)，y₇為x的量綱次數(shù)，y₈為的量綱次數(shù)，y₉為的量綱次數(shù)；構(gòu)造無量綱數(shù)π如式(1)所示；

根據(jù)量綱齊次原則，寫出上式的量綱有：

整理后可得：

同樣由量綱其次原則可得：

將式(4)中y₂，y₃，y₄用y₁，y₅，y₆，y₇，y₈，y₉表示可得：

將式(5)帶入式(1)可得