一種纖維磁流變體顆粒三維隔震支座的製作方法

2023-06-11 05:39:37 3

本發明屬於土木建築工程振動控制技術領域，特別是涉及一種纖維磁流變體顆粒三維隔震支座。

背景技術：

磁流變材料是一類具有流變特性可控的智能材料，在外加磁場作用下，其流變特性可發生連續、迅速和可逆的變化，因而在航空航天、汽車和建築結構領域得到了廣泛的應用。磁流變彈性體作為磁流變材料的一個新分支，是由諸如橡膠等高分子聚合物和鐵磁性顆粒在外加磁場作用下固化而成，兼有磁流變材料和彈性體的優點，同時能克服磁流變液具有的沉降和穩定性問題，因此，磁流變體在減隔振和振動控制方面具有廣泛的應用前景。當前，國內外學者針對磁流變體減隔振問題開展了大量的研究工作，如香港中文大學廖維新和陳超發明了一種自供電、自傳感的磁流變阻尼裝置，該裝置包含緩衝活塞組件、減震缸、發電部件、控制單元以及傳感部件。大連理工大學歐進萍等發明了一種磁流變彈性體支座智能變剛度調諧質量阻尼器系統，該系統包括調諧質量塊、受力組件、勵磁組件、傳感器和控制器，其中的磁流變彈性體支座由鋼板和磁流變彈性體層疊合而成，並採用橡膠保護層包裹；勵磁組件包括與磁流變彈性體支座數量相同的線圈、鐵芯和隔熱硬絕緣層，線圈安裝在磁流變彈性體支座的上部，通過鐵芯、上部連接板和下部到此連接板與相鄰的線圈形成串聯，形成一個閉合的導磁迴路，通過控制線圈電流和電壓改變系統的剪切剛度。歐進萍等還發明一種組合式磁流變彈性體智能隔震支座，支座包括受力組件、勵磁組件、傳感器和控制器，其中受力組件由至少兩個受力子組件構成，每個受力子組件從內至外由同軸的圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層、環形鉛芯及環形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層組成，控制器根據電流信號改變支座的剪切剛度。對於三維隔震支座，國內外學者一般將豎向隔震支座與水平隔震支座串聯形成組合形式的三維隔震支座。華中科技大學熊世樹等採用蝶形彈簧作為豎向隔震裝置；張永山等研製出抗傾覆的蝶形彈簧三維隔震支座；歐進萍等將蝶形彈簧組與三角形鋼板阻尼器串聯使用；東南大學王維等提出由鉛芯橡膠隔震支座、蝶形彈簧、導杆和上中下連扳構成的三維隔震支座；北京工業大學趙亞敏等研發出由1個中心主蝶形彈簧和8個環形均布設置的輔助蝶形彈簧柱並聯而成的組合式蝶形彈簧豎向隔震支座；此外，廣州大學周福霖等提出疊層橡膠墊-活塞式豎向隔震支座和螺旋彈簧豎向隔震支座。雖然國內外學者提出多種隔震裝置，但這些裝置都存在一些缺陷，很少在實際工程結構的豎向隔震中應用。

技術實現要素：

為了解決上述問題，本發明的目的在於提供一種纖維磁流變體顆粒三維隔震支座。

為了達到上述目的，本發明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座包括上連接板、水平隔震支座、中間連接板和豎向隔震支座；其中水平隔震支座採用水平鉛芯橡膠隔震支座或磁流變彈性體-鋼板硫化疊層支座；上連接板和中間連接板分別水平連接在水平隔震支座的上端和下端；豎向隔震支座包括矽油儲藏室、纖維磁流變體細顆粒層、線圈、纖維磁流變體粗顆粒層、下連接板、導磁導向杆、永磁鐵和鋼套；其中鋼套為圓管狀；下連接板水平連接在鋼套的下端；導磁導向杆垂直設置，下端固定在下連接板的表面中部；纖維磁流變體粗顆粒層鋪設在鋼套內下連接板的表面；永磁鐵為環狀結構，設置在鋼套內纖維磁流變體粗顆粒層的表面，中心孔套在導磁導向杆上，並且外圓周壁中部沿周向向內形成有一個環形凹槽；線圈是由纏繞在永磁鐵上凹槽內的絕緣銅線構成，並且兩端連接直流電源；纖維磁流變體細顆粒層鋪設在鋼套內永磁鐵的上端表面；矽油儲藏室為環形罐式結構，內部貯有矽油，中心孔套在導磁導向杆上，外圓周壁上設有一個外埠位於鋼套上方的加油孔，內圓周壁上設有一個注油孔，並且頂面邊緣和中間連接板的邊緣利用螺栓連接在一起。

所述的纖維磁流變體細顆粒層和纖維磁流變體粗顆粒層中的纖維磁流變體顆粒是將作為基體材料的704矽橡膠、作為磁性顆粒的粒徑3～8μm的球形羥基鐵粉、高強玻璃纖維或碳纖維按27％的體積濃度攪拌均勻而製成磁流變體混合物，然後將該混合物製成球形顆粒，並將球形顆粒放置在均勻的高磁場內經過12小時的固化而製成。

所述永磁鐵採用汝鐵硼材料製成。

所述的導磁導向杆為軟鐵導磁導向杆。

本發明提供纖維磁流變體顆粒三維隔震支座主要由水平隔震支座通過中間連接板與下部的豎向隔震支座串聯而構成，相比於普通三維隔震支座，本支座具有豎向剛度可調的功能；通過在磁流變體中加入玻璃纖維或碳纖維，可以有效地提高磁流變體顆粒的抗壓強度；通過設置兩種粒徑的磁流變體纖維顆粒層，可以避免豎向激勵可能引起的共振效應；通過施加不同方向和大小的電流，可以增強或減弱永磁鐵產生的磁場大小，進而擴大磁流變體顆粒剛度的可調節範圍，增大豎向激勵隔振頻率的寬度。

附圖說明

圖1是本發明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座縱向結構剖視圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施例對本發明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座進行詳細的說明。

如圖1所示，本發明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座包括上連接板1、水平隔震支座2、中間連接板12和豎向隔震支座13；其中水平隔震支座2採用水平鉛芯橡膠隔震支座或磁流變彈性體-鋼板硫化疊層支座；上連接板1和中間連接板12分別水平連接在水平隔震支座2的上端和下端；豎向隔震支座13包括矽油儲藏室3、纖維磁流變體細顆粒層4、線圈5、纖維磁流變體粗顆粒層6、下連接板7、導磁導向杆8、永磁鐵9和鋼套11；其中鋼套11為圓管狀；下連接板7水平連接在鋼套11的下端；導磁導向杆8垂直設置，下端固定在下連接板7的表面中部；纖維磁流變體粗顆粒層6鋪設在鋼套11內下連接板7的表面；永磁鐵9為環狀結構，設置在鋼套11內纖維磁流變體粗顆粒層6的表面，中心孔套在導磁導向杆8上，並且外圓周壁中部沿周向向內形成有一個環形凹槽；線圈5是由纏繞在永磁鐵9上凹槽內的絕緣銅線構成，並且兩端連接直流電源；纖維磁流變體細顆粒層4鋪設在鋼套11內永磁鐵9的上端表面；矽油儲藏室3為環形罐式結構，內部貯有矽油，中心孔套在導磁導向杆8上，外圓周壁上設有一個外埠位於鋼套11上方的加油孔10，內圓周壁上設有一個注油孔13，並且頂面邊緣和中間連接板12的邊緣利用螺栓連接在一起。

所述的纖維磁流變體細顆粒層4和纖維磁流變體粗顆粒層6中的纖維磁流變體顆粒是將作為基體材料的704矽橡膠、作為磁性顆粒的粒徑3～8μm的球形羥基鐵粉、高強玻璃纖維或碳纖維按27％的體積濃度攪拌均勻而製成磁流變體混合物，然後將該混合物製成球形顆粒，並將球形顆粒放置在均勻的高磁場內經過12小時的固化而製成，球形顆粒的粒徑根據支座設計的承載力和隔振頻率要求而定。

所述永磁鐵9採用汝鐵硼材料製成，其尺寸應滿足支座承載力上限要求，磁極方向按照支座設計要求和線圈5的直流電源正負極方向確定。

所述的導磁導向杆8為軟鐵導磁導向杆。

現將本發明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座使用方法闡述如下：

本發明提供三維隔震支座可用於建築結構和大跨空間結構水平隔震和豎向隔振，特別適用於地鐵上蓋建築結構中通過隔離地鐵振動提高結構舒適性。其中水平隔震支座2的水平剪切剛度小，水平地震動作用下結構變形將在此處集中，通過隔離地震動向上部結構傳遞起到保護上部結構地震安全性的作用。纖維磁流變體顆粒在豎向激振作用下會相互擠壓，同時顆粒自身也會發生壓縮變形，纖維磁流變體細顆粒層4和纖維磁流變體粗顆粒層6豎向剛度較小，通過合理設計磁流變體顆粒層4和6的粒徑和厚度，可以控制磁流變體顆粒層的壓縮剛度，隔振後結構的豎向頻率降低到1～2Hz以下，而地鐵振動的激振頻率約為10～20Hz，因此可以顯著地隔離地鐵振動等激勵作用。線圈5在接通電流時產生強磁場，磁場通過軟鐵製作的導磁導向杆8增強並形成閉合磁路，通過改變線圈5中電流大小和方向可改變磁流變體顆粒所處磁場強度和方向，進而起到控制纖維磁流變體顆粒受壓剛度的效果，相應地支座豎向剛度也隨磁流變體顆粒剛度的變化而變化，進而起到控制結構豎向剛度的目的。纖維磁流變體顆粒由兩種粒徑組成，分別置於兩個腔室中，兩種顆粒受壓剛度不同，可以避開豎向激勵共振頻率。通過加油孔10向矽油儲藏室3中注入矽油，矽油通過注油孔13滲入導磁導向杆8表面，豎向振動時，矽油起到潤滑導磁導向杆8的作用。