[发明专利]一种电流变弹性体智能隔震支座

说明书

技术领域

本发明属于建筑结构减震技术领域，特别是涉及一种电流变弹性体智能隔震支座。

背景技术

基础隔震技术是目前技术最成熟、应用最广泛的抗震技术。其基本原理是：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，从而达到减小地震反应的目的。

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，90%以上的隔震结构采用叠层橡胶支座作为隔震元件。隔震层的设计要求是：一、使主体结构在多遇地震作用下减震幅度尽可能大；二、使隔震层在罕遇地震作用下的最大侧移尽量小。普通的隔震装置虽然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；反之，当减小隔震层位移时，上部结构的剪切响应增大。因此，传统基础隔震技术对于短周期地面运动影响下的中短周期结构、及远震场地的隔震结构，其减震效果较好，但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造成不利的影响。

混合控制是解决上述矛盾的途径之一，其思想是：在传统的基础隔震系统上，加上主动控制或半主动控制元件，或增加其它被动控制方式，应用现代控制理论，对结构相应进行实时控制。理论上，混合控制不仅可改善基础隔震的适应性，还能提高隔震效果。但在实际应用中，由于系统复杂、可靠性较低，混合控制系统并未得到推广应用。

另一个解决问题的途径是设置限位保护装置，其基本思想是在原有隔震装置的基础上设置挡土墙、弹性缓冲装置等限位保护装置，当隔震装置的水平位移超过设定值时，限位保护装置对隔震层施加弹性作用力,以限制位移变形的进一步增大。实际应用中，由于设置限位装置导致结构复杂，且提供的弹性作用力无法自适应调节，其实际效果并不理想。

近年来，磁流变弹性体的出现为解决这一问题提供了新的途径。磁流变弹性体通常由橡胶和铁磁性颗粒复合制备而成，成型过程中施加磁场可使颗粒在基体中形成有序的预结构。磁流变弹性体的剪切模量等动态力学性能可通过磁场实时、可逆调节。因此，以磁流变弹性体取代橡胶制作的智能隔震支座，其剪切刚度可以通过磁场调节，可以应用于基于主动调频的振动控制领域。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。

基于上述思想，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。

遗憾的是，基于磁流变弹性体的隔震支座仍然未能得到推广应用。其主要原因在于：磁流变弹性体智能隔震支座的刚度需要通过磁场进行调节，而磁场则采用电磁线圈提供；要获得较大的刚度调节幅度，所需施加的磁场较大（一般不小于0.5T），因此必须采用较大的电磁线圈，从而带来一系列的问题，如智能隔震支座的体积较大、质量较重、成本昂贵、结构复杂、散热困难等。

电流变弹性体是一种新型的智能材料，可采用介电颗粒填充聚合物制备而成。其主要特点是，剪切弹性模量等力学性能可通过电场调节。显然，施加电场要远较施加磁场容易的多。因此，与磁流变弹性体相比，电流变弹性体的最大优势在于可以避免因施加磁场而导致的一系列问题。

因此，基于电流变弹性体，开发一种结构简单、体积较小、质量较轻、成本低廉的新型智能隔震支座，对于减小建筑结构及桥梁结构在地震下的振动响应具有重要的实际意义。

发明内容

本发明的目的是：以电流变弹性体为核心材料，提供一种结构简单、体积较小、质量较轻、成本低廉的新型智能隔震支座，解决传统隔震系统结构复杂、刚度不能根据不同地震波输入主动调节的问题。