本發(fā)明屬于土木建筑工程振動控制技術(shù)領(lǐng)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(shù)：

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(fā)生連續(xù)、迅速和可逆的變化，因而在航空航天、汽車和建筑結(jié)構(gòu)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)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(yōu)點(diǎn)，同時能克服磁流變液具有的沉降和穩(wěn)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(yīng)用前景。當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)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(xué)廖維新和陳超發(fā)明了一種自供電、自傳感的磁流變阻尼裝置，該裝置包含緩沖活塞組件、減震缸、發(fā)電部件、控制單元以及傳感部件。大連理工大學(xué)歐進(jìn)萍等發(fā)明了一種磁流變彈性體支座智能變剛度調(diào)諧質(zhì)量阻尼器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括調(diào)諧質(zhì)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，并采用橡膠保護(hù)層包裹；勵磁組件包括與磁流變彈性體支座數(shù)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(lián)，形成一個閉合的導(dǎo)磁回路，通過控制線圈電流和電壓改變系統(tǒng)的剪切剛度。歐進(jìn)萍等還發(fā)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(gòu)成，每個受力子組件從內(nèi)至外由同軸的圓形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層、環(huán)形鉛芯及環(huán)形磁流變彈性體-鋼板硫化疊層組成，控制器根據(jù)電流信號改變支座的剪切剛度。對于三維隔震支座，國內(nèi)外學(xué)者一般將豎向隔震支座與水平隔震支座串聯(lián)形成組合形式的三維隔震支座。華中科技大學(xué)熊世樹等采用蝶形彈簧作為豎向隔震裝置；張永山等研制出抗傾覆的蝶形彈簧三維隔震支座；歐進(jìn)萍等將蝶形彈簧組與三角形鋼板阻尼器串聯(lián)使用；東南大學(xué)王維等提出由鉛芯橡膠隔震支座、蝶形彈簧、導(dǎo)桿和上中下連扳構(gòu)成的三維隔震支座；北京工業(yè)大學(xué)趙亞敏等研發(fā)出由1個中心主蝶形彈簧和8個環(huán)形均布設(shè)置的輔助蝶形彈簧柱并聯(lián)而成的組合式蝶形彈簧豎向隔震支座；此外，廣州大學(xué)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(nèi)外學(xué)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(shí)際工程結(jié)構(gòu)的豎向隔震中應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種纖維磁流變體顆粒三維隔震支座。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)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；其中水平隔震支座采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；豎向隔震支座包括硅油儲藏室、纖維磁流變體細(xì)顆粒層、線圈、纖維磁流變體粗顆粒層、下連接板、導(dǎo)磁導(dǎo)向桿、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(dǎo)磁導(dǎo)向桿垂直設(shè)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(shè)在鋼套內(nèi)下連接板的表面；永磁鐵為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置在鋼套內(nèi)纖維磁流變體粗顆粒層的表面，中心孔套在導(dǎo)磁導(dǎo)向桿上，并且外圓周壁中部沿周向向內(nèi)形成有一個環(huán)形凹槽；線圈是由纏繞在永磁鐵上凹槽內(nèi)的絕緣銅線構(gòu)成，并且兩端連接直流電源；纖維磁流變體細(xì)顆粒層鋪設(shè)在鋼套內(nèi)永磁鐵的上端表面；硅油儲藏室為環(huán)形罐式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部貯有硅油，中心孔套在導(dǎo)磁導(dǎo)向桿上，外圓周壁上設(shè)有一個外端口位于鋼套上方的加油孔，內(nèi)圓周壁上設(shè)有一個注油孔，并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(xì)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硅橡膠、作為磁性顆粒的粒徑3～8μm的球形羥基鐵粉、高強(qiáng)玻璃纖維或碳纖維按27％的體積濃度攪拌均勻而制成磁流變體混合物，然后將該混合物制成球形顆粒，并將球形顆粒放置在均勻的高磁場內(nèi)經(jīng)過12小時的固化而制成。

所述永磁鐵采用汝鐵硼材料制成。

所述的導(dǎo)磁導(dǎo)向桿為軟鐵導(dǎo)磁導(dǎo)向桿。

本發(fā)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(lián)而構(gòu)成，相比于普通三維隔震支座，本支座具有豎向剛度可調(diào)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(qiáng)度；通過設(shè)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(yīng)；通過施加不同方向和大小的電流，可以增強(qiáng)或減弱永磁鐵產(chǎn)生的磁場大小，進(jìn)而擴(kuò)大磁流變體顆粒剛度的可調(diào)節(jié)范圍，增大豎向激勵隔振頻率的寬度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座縱向結(jié)構(gòu)剖視圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明提供的纖維磁流變體顆粒三維隔震支座進(jìn)行詳細(xì)的說明。

如圖1所示，本發(fā)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采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包括硅油儲藏室3、纖維磁流變體細(xì)顆粒層4、線圈5、纖維磁流變體粗顆粒層6、下連接板7、導(dǎo)磁導(dǎo)向桿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(dǎo)磁導(dǎo)向桿8垂直設(shè)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(shè)在鋼套11內(nèi)下連接板7的表面；永磁鐵9為環(huán)狀結(jié)構(gòu)，設(shè)置在鋼套11內(nèi)纖維磁流變體粗顆粒層6的表面，中心孔套在導(dǎo)磁導(dǎo)向桿8上，并且外圓周壁中部沿周向向內(nèi)形成有一個環(huán)形凹槽；線圈5是由纏繞在永磁鐵9上凹槽內(nèi)的絕緣銅線構(gòu)成，并且兩端連接直流電源；纖維磁流變體細(xì)顆粒層4鋪設(shè)在鋼套11內(nèi)永磁鐵9的上端表面；硅油儲藏室3為環(huán)形罐式結(jié)構(gòu)，內(nèi)部貯有硅油，中心孔套在導(dǎo)磁導(dǎo)向桿8上，外圓周壁上設(shè)有一個外端口位于鋼套11上方的加油孔10，內(nèi)圓周壁上設(shè)有一個注油孔13，并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(xì)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硅橡膠、作為磁性顆粒的粒徑3～8μm的球形羥基鐵粉、高強(qiáng)玻璃纖維或碳纖維按27％的體積濃度攪拌均勻而制成磁流變體混合物，然后將該混合物制成球形顆粒，并將球形顆粒放置在均勻的高磁場內(nèi)經(jīng)過12小時的固化而制成，球形顆粒的粒徑根據(jù)支座設(shè)計的承載力和隔振頻率要求而定。

所述永磁鐵9采用汝鐵硼材料制成，其尺寸應(yīng)滿足支座承載力上限要求，磁極方向按照支座設(shè)計要求和線圈5的直流電源正負(fù)極方向確定。

所述的導(dǎo)磁導(dǎo)向桿8為軟鐵導(dǎo)磁導(dǎo)向桿。

現(xiàn)將本發(fā)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(fā)明提供三維隔震支座可用于建筑結(jié)構(gòu)和大跨空間結(jié)構(gòu)水平隔震和豎向隔振，特別適用于地鐵上蓋建筑結(jié)構(gòu)中通過隔離地鐵振動提高結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)變形將在此處集中，通過隔離地震動向上部結(jié)構(gòu)傳遞起到保護(hù)上部結(jié)構(gòu)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(fā)生壓縮變形，纖維磁流變體細(xì)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(shè)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，隔振后結(jié)構(gòu)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(chǎn)生強(qiáng)磁場，磁場通過軟鐵制作的導(dǎo)磁導(dǎo)向桿8增強(qiáng)并形成閉合磁路，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(qiáng)度和方向，進(jìn)而起到控制纖維磁流變體顆粒受壓剛度的效果，相應(yīng)地支座豎向剛度也隨磁流變體顆粒剛度的變化而變化，進(jìn)而起到控制結(jié)構(gòu)豎向剛度的目的。纖維磁流變體顆粒由兩種粒徑組成，分別置于兩個腔室中，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向硅油儲藏室3中注入硅油，硅油通過注油孔13滲入導(dǎo)磁導(dǎo)向桿8表面，豎向振動時，硅油起到潤滑導(dǎo)磁導(dǎo)向桿8的作用。