[发明专利]一种变刚度隔震一体化智能支座

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构减震技术领域，特别是涉及一种变刚度隔震一体化智能支座。

背景技术

在各种结构抗震体系中，技术、理论发展最成熟，应用最广泛的是基础隔震技术。基础隔震是在建筑物与上部结构之间设置隔震装置，形成隔震层，把结构与基础隔离开，利用隔震装置来隔离或耗散地震能量，以避免或减少地震能量向上部结构输入，从而降低地震反应、实现减震目的。隔震层竖向刚度大，而横向抗推刚度小，并可提供较大阻尼，因此能显著降低结构的整体振动频率，延长结构的自振周期，消散地震能量。同时由于附加阻尼使结构的加速度反应降低，使结构动位移主要集中于隔震层，而上部结构类似一刚体，其层间相对位移很小，结构基本上处于弹性工作状态，从而可避免建筑物破坏与倒塌。

目前，实际应用的隔震装置包括叠层橡胶支座、摩擦滑移隔震元件、滚动元件、以及柔性柱等四类。其中，叠层橡胶支座应用最多，迄今90%以上的隔震结构采用该元件。隔震装置的设置可以延长结构自振周期并增大结构阻尼，但不能同时减小上部结构的剪力和隔震层的位移。当上部结构剪力响应减小时，位移响应一定会增大。因此，基础隔震对于短周期地面运动影响下的中短周期结构和远震场地的隔震结构而言，其减震效果比较好，但是近震场地的长周期和位移脉冲运动会对隔震建筑的抗震性能和设计带来不利的影响。隔震层的设计要求是既要使结构在多遇地震作用下减震幅度尽可能大, 又要使隔震层在罕遇地震作用下的最大侧移尽量小。

为了解决橡胶支座的限位问题，研究人员提出混合控制策略：即在普通的基础隔震系统上，加上主动控制或半主动控制元件，或增加其他被动控制方式，应用现代控制理论，对结构相应进行实时控制。研究发现，应用混合基础隔震，不仅可改善基础隔震的适应性，还能提高隔震效果。最常用的是将基础隔震与磁流变阻尼器混合，构成主动变阻尼隔震混合控制系统。某些主动或半主动控制元件也可提供可调的刚度，但无法提供竖向的支撑作用，只能作为横向的限位控制元件，与隔震基础联合作用进行混合控制。这些混合控制系统虽然效果良好，但结构复杂，其可靠性较低。

设置限位保护装置是另一种控制隔震层位移的方法，其思想是在原有隔震装置的基础上设置第二道防线的过载保护措施，如挡土墙、弹性缓冲限位装置等，当隔震装置的水平位移超过一定值时，弹性缓冲装置对隔震层施加一定的弹性作用力, 与橡胶支座的恢复力一起限制变形的继续增大。然而，设计限位装置的办法使得结构较为复杂，且提供的弹性作用力不可调节，自适应性差。

磁流变材料在磁场的作用下，其流变特性可发生连续的、迅速的和可逆的变化。其中，最典型的是磁流变液，作为一种性能优良的智能材料，磁流变液已经应用于汽车座椅减振器、刹车器以及土木结构阻尼器等领域。磁流变弹性体是磁流变材料的一个新的分支，是磁流变液的固体形式。它主要由高分子聚合物（如橡胶）和铁磁性材料组成，混合有铁磁性颗粒的聚合物在外加磁场作用下固化，利用磁致效应，使颗粒在基体中形成有序结构。其宏观表现是剪切模量等性能可通过磁场调节。由于磁流变弹性体兼有磁流变液材料的优点，又具有弹性体的优点，克服了磁流变液沉降、稳定性差等缺点。磁流变弹性体的优势使其可以应用于基于主动调频的振动控制领域，大大简化机械结构，完成一些传统材料难以实现的功能。

磁流变弹性体作为智能隔震装置在结构调频控制中的基本工作原理是：在地震波输入以高频成分为主时，通过对磁流变体的刚度调节，使隔震系统的固有频率远离地震频率，将结构的周期调谐至抗震设计反应谱中的长周期范围内，从而减小输入主体结构的能量；在地震波输入以低频成分为主时，通过刚度调节，避免隔震层的层间位移超过限值，并将结构的周期调谐至抗震设计反应谱中的短周期范围内。

申请号为200810111674.3的中国发明专利申请中公开了一种竖向变刚度隔震支座，该支座中设置了锥形的变刚度曲面板，可以被动地调节隔震支座在竖直方向上的刚度。

申请号为201010225126.0的中国发明专利申请中公开了一种变刚度隔震支座，该支座包括内支座和外支座，之间留有空隙，可在不同受力状态下提供不同的水平刚度和阻尼力。

申请号为201010225114.8的中国发明专利申请中公开了另一种变刚度隔震支座，该支座包括上支座和下支座，之间通过中隔板连接，可以在不同受力状态下提供不同的水平刚度和阻尼力。

申请号为200910062822.1的中国发明专利申请中公开了一种自适应调节剪切性能的叠层型智能隔震支座，该支座由磁组件、传感器和控制器组成，磁组件由圆形磁流变弹性体和圆形导磁钢板交替层叠构成，驱动磁场由外接磁路提供。