抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法及装置，该方法采用竖向刚度大、结构强度高、弹性模量可调的磁流变弹性体作为支座主体，通过支座刚度的调整来实现桥墩-梁结构在大载荷作用下的抗冲隔振；采用能提供大阻尼且介质无沉降的磁流变脂阻尼器作为减振器件，在阻尼器两端用球形铰链连接方式来提高其三维转动能力，通过阻尼的调节抑制墩-梁位移并进一步减振耗能；磁流变弹性体支座、磁流变脂阻尼器和控制器共同构成桥墩抗冲隔振支承装置，控制器通过检测桥梁的冲击振动状态来智能地调整支座-阻尼器的刚度、阻尼，提高墩-梁结构强度和阻尼比，在桥梁受到大载荷冲击振动时，缓减或隔离冲击的传递并抑制墩-梁移位，保障桥梁结构安全。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种大冲击载荷下桥梁结构的抗冲减振及灾害防护技术，特别涉及一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法及装置。
技术介绍
桥梁在面临地震、爆炸、车辆过载与撞击、船撞桥墩等大载荷作用威胁时，常在墩-梁结合处产生很大的冲击破坏力和移位，轻则引起墩-梁结构损伤、重则造成坍塌，给人民生命财产和国民经济发展带来危害。目前，降低墩-梁结构在大冲击载荷下的动态响应并提高其缓冲隔振能力，已成为桥梁结构抗冲防护工程领域亟待解决的关键问题。 为了提高桥墩隔减振及缓冲能力，通常在桥的梁与墩(台)之间设置被动支座(如钢支座、橡胶支座、特殊抗震支座等类型)，它具有较高的垂向刚度和较低的水平弹性(刚度)，能够一定程度地通过延长结构振动周期来减少冲击振动对桥梁上部结构的破坏力。传统被动支座在一般振动载荷作用下虽然具有良好的隔减振性能，但在大载荷冲击下却无法“智能”地调节自身刚度、提升竖向强度来抵抗冲击力和大变形，也无法产生较大的阻尼/形变来耗散瞬间大能量，因而在大水平剪切力作用下会产生破坏性的位移，总体上缺乏良好的抗冲击和振动隔离的兼容能力，成为桥梁结构安全体系中的最薄弱环节，常引发墩-梁移位、落梁等震害发生，给墩-梁结构的抗冲防护带来极大的隐患。 桥墩支座是连接桥梁上部结构与桥墩(台)之间的纽带，其性能直接决定了梁-墩结构的隔减振和抗冲能力。桥墩支座的发展经过了钢支座、橡胶垫支座、平面滑动橡胶支座和盆式橡胶支座等。近年来，国内外学者开始采用半主动与被动减振结合的方式来设计桥梁支承装置，如采用可调阻尼的磁流变液阻尼器与被动橡胶支座配合，可在一定程度抑制支承系统的振动能量。但即使采用了阻尼可调器件和被动支座结合方式，其抗冲能力也是有限的，因为(大载荷)冲击发生的持续时间非常短(可在几十毫秒内)，最大动态载荷通常发生在前几个周期，仅仅调节阻尼是不够的，还需要能自适应调节刚度来改变结构的固有频率(振动周期)、提高结构强度和抗冲能力。所以，探索把可调刚度、阻尼的磁流变弹性体元件和磁流变脂器件同时用于桥墩抗冲支承装置研究，通过刚度、阻尼的智能调节来提高结构强度(或调整共振频率)和阻尼比，在桥梁受到大载荷冲击及振动的紧急时刻，去缓减或隔离冲击振动力(能量)的传递并抑制墩-梁移位，双管齐下保障墩-梁结构安全就显得尤为重要。 因此，探索利用剪切、拉伸模量及各向刚度可调的磁流变弹性体支座替代桥墩被动支座，用阻尼可调的磁流变脂器件替代有介质沉降缺点的一般流体阻尼器，提出基于刚度阻尼耦合作用的抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器设计方法及系统装置，为在大冲击载荷下的桥墩半主动抗冲隔振系统提供保护，对保障墩-梁结构安全有十分重要的学术意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法及其装置，将磁流变弹性体支座和磁流变脂阻尼器组合使用，结合冲击振动状态控制器，保障大载荷冲击振动下的墩-梁结构安全。 为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案： 一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法，该方法采用弹性模量可调的高强度磁流变弹性体作为支座主体，通过支座刚度的调整来实现桥的墩-梁结构的抗冲隔振；采用阻尼大范围可调的磁流变脂阻尼器作为减振器件，通过阻尼(力)的调节抑制墩-梁移位并进一步减振耗能；将磁流变弹性体支座、磁流变脂阻尼器和控制器共同构成桥墩抗冲隔振支承装置，通过检测桥梁的冲击振动状态来智能地控制支座-阻尼器的刚度、阻尼，提高墩-梁结构强度(或调整共振频率)和阻尼比，缓减或隔离冲击振动力(能量)的传递并抑制墩-梁位移，从而保障桥梁结构安全。 进一步，所述磁流变弹性体支座包括金属片、橡胶、磁流变弹性体单元、磁芯、电磁线圈、钢壳；在支座内，金属片、橡胶和磁流变弹性体单元间隔排布，构成金属片-橡胶层-磁流变弹性体单元层；其中，磁流变弹性体单元由高分子聚合物和微米尺度的铁磁性颗粒组成，在通电线圈的磁场作用下铁磁性颗粒可形成链或柱状等有序聚集结构。这样，能显著改变其剪切模量，以磁流变弹性体为核心设计的智能支座能在冲击振动载荷作用的初期快速调节自身刚度、提升竖向强度，调整墩-梁结构的固有频率并降低破坏性位移和抵抗冲击力；并且磁流变弹性体支座在不注入控制量(或控制失效)时，该结构中金属片-橡胶层-弹性体单元层仍具有被动支座的基本功能，从而保证支座“失效安全”。 进一步，在该设计方法中，所述的磁流变脂阻尼器包括圆筒、活塞、线圈绕组、磁流变脂、永磁体、活塞杆、压力补偿器；其中，磁流变脂是以溶胶作为连续相的母液，将微米级的磁性颗粒均匀地分散到其中而形成，在通电线圈产生的励磁电流磁场作用下，磁流变脂中的铁磁颗粒会形成链状结构，并通过与永磁体磁场叠加，使得中低等振动工况条件下线圈的励磁电流为零，从而降低阻尼器能耗。在大载荷冲击的后期，磁流变脂阻尼器对冲击残余和振动的衰减能力较强，可抑制墩-梁结构的振动能量并限制墩-梁的纵横向位移；通过在阻尼器两端采用球形链接方式，提升其三维转(移)动水平和抑制墩-梁空间位移的能力。 本专利技术还提供了一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器系统：该系统包括磁流变弹性体支座、磁流变脂阻尼器和逻辑控制器，三者共同构成桥墩抗冲隔振支承装置；通过传感器检测桥的墩-梁结构的冲击振动状态，逻辑控制器根据冲击振动的大小划分控制等级，根据不同等级计算出对应的输入到支座-阻尼器的驱动电流，通过对磁流变弹性体支座和磁流变脂阻尼器的刚度、阻尼的快速调节，来实现桥的墩-梁结构的抗冲隔振、限位和耗能功能，保障桥梁结构安全。 本专利技术的有益效果在于：本专利技术从大载荷冲击下保证桥墩-梁的安全角度出发，采用基于可调刚度、阻尼的磁流变弹性体及磁流变脂技术，利用剪切、拉伸模量及各向刚度可调的磁流变弹性体支座替代桥墩被动支座，使得桥墩支座在冲击载荷下可以“智能”地调节自身刚度来改变结构的固有频率(振动周期)、提升竖向强度来抵抗冲击力和大变形；用阻尼可调的磁流变脂器件替代有介质沉降缺点的一般流体阻尼器，使得阻尼器在桥梁受到冲击及振动的紧急时刻，能进一步通过调节阻尼比去缓减冲击振动力(能量)的传递并抑制墩-梁移位。 附图说明 为了使本专利技术的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本专利技术提供如下附图进行说明： 图1为磁流变支座-阻尼器构成的桥墩抗冲隔振型复合支承系统示意图； 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座‑阻尼器的设计方法，其特征在于：该方法采用弹性模量可调的高强度磁流变弹性体作为支座主体，通过支座刚度的调整来实现桥的墩‑梁结构的抗冲隔振；采用阻尼大范围可调的磁流变脂阻尼器作为减振器件，通过阻尼的调节抑制墩‑梁移位并进一步减振耗能；将磁流变弹性体支座、磁流变脂阻尼器和控制器共同构成桥墩抗冲隔振支承装置，通过检测桥梁的冲击振动状态来智能地控制支座‑阻尼器的刚度、阻尼，提高墩‑梁结构强度和阻尼比，缓减或隔离冲击振动力的传递并抑制墩‑梁位移，从而保障桥梁结构安全。

【技术特征摘要】
1.一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法，其特征在于：该方法采用弹性模量
可调的高强度磁流变弹性体作为支座主体，通过支座刚度的调整来实现桥的墩-梁结构的
抗冲隔振；采用阻尼大范围可调的磁流变脂阻尼器作为减振器件，通过阻尼的调节抑制
墩-梁移位并进一步减振耗能；将磁流变弹性体支座、磁流变脂阻尼器和控制器共同构成
桥墩抗冲隔振支承装置，通过检测桥梁的冲击振动状态来智能地控制支座-阻尼器的刚
度、阻尼，提高墩-梁结构强度和阻尼比，缓减或隔离冲击振动力的传递并抑制墩-梁位
移，从而保障桥梁结构安全。
2.根据权利要求1所述的一种抗冲隔振型桥墩磁流变支座-阻尼器的设计方法，其特征在于：
所述磁流变弹性体支座包括金属片、橡胶、磁流变弹性体单元、磁芯、电磁线圈、钢壳；
在支座内，金属片、橡胶和磁流变弹性体单元间隔排布，构成金属片-橡胶层-磁流变弹
性体单元层；其中，磁流变弹性体单元由高分子聚合物和微米尺度的铁磁性颗粒组成，
在通电线圈的磁场作用下铁磁性颗粒可形成链或柱状等有序聚集结构。

【专利技术属性】
技术研发人员：李锐，冯俊青，赵勇，周思敏，郑太雄，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;85