本發(fā)明屬于土木工程阻尼消能減振，具體涉及一種自適應(yīng)非線性三維隔振支座。
背景技術(shù)：
1、眾所周知，建筑隔振技術(shù)是降低環(huán)境振動(dòng)對(duì)建筑物影響的重要手段。目前建筑隔振技術(shù)主要針對(duì)地鐵環(huán)境振動(dòng)，一般通過(guò)橡膠支座、彈簧阻尼器等線性隔振裝置將振動(dòng)能量傳遞到地面，降低建筑物的振動(dòng)響應(yīng)。然而，這類(lèi)技術(shù)存在以下局限性：
2、一是地震防護(hù)能力不足：現(xiàn)有隔振裝置多基于地鐵振動(dòng)(頻率10hz～50hz)設(shè)計(jì)，對(duì)地震作用(低頻0.1hz～10hz)的隔振性能研究不足。地震波的長(zhǎng)周期特性易引發(fā)結(jié)構(gòu)共振，傳統(tǒng)線性系統(tǒng)難以兼顧高頻地鐵振動(dòng)與低頻地震的復(fù)合隔振需求。
3、二是線性設(shè)計(jì)的固有矛盾：線性隔振系統(tǒng)的隔振頻帶與剛度呈負(fù)相關(guān)。降低剛度可拓寬低頻隔振范圍，但會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)靜位移增大，影響安全性；而提高剛度則縮小隔振頻帶，難以隔離高頻振動(dòng)。這種矛盾限制了線性系統(tǒng)在復(fù)雜振動(dòng)環(huán)境中的應(yīng)用。
4、三是復(fù)合型隔振技術(shù)不成熟：地鐵振動(dòng)與地震耦合作用下的隔振研究尚處起步階段?，F(xiàn)有三維隔振系統(tǒng)(如厚肉橡膠支座)雖能部分實(shí)現(xiàn)多維隔振，但缺乏非線性調(diào)控機(jī)制，無(wú)法動(dòng)態(tài)適應(yīng)不同頻率振動(dòng)的能量耗散需求。
5、四是非線性機(jī)構(gòu)效能有限：近年發(fā)展的準(zhǔn)零剛度隔振器通過(guò)負(fù)剛度機(jī)構(gòu)降低系統(tǒng)固有頻率，但存在承載力下降問(wèn)題?，F(xiàn)有非線性設(shè)計(jì)多依賴(lài)單一耗能機(jī)制(如摩擦、磁流變阻尼)，未能有效整合磁力負(fù)剛度、渦流耗能、調(diào)諧液體阻尼等多種非線性效應(yīng)，限制了隔振帶寬和能量耗散效率。
6、五是自復(fù)位與安全性矛盾：傳統(tǒng)隔振裝置在強(qiáng)振后易產(chǎn)生殘余變形，需額外復(fù)位機(jī)構(gòu)。而提高復(fù)位剛度又會(huì)增加系統(tǒng)剛度，惡化高頻隔振性能。如何在非線性設(shè)計(jì)中平衡自復(fù)位能力與動(dòng)態(tài)剛度仍是難題。
7、綜上所述，現(xiàn)有隔振裝置在復(fù)合振動(dòng)環(huán)境下的隔振帶寬、能量耗散效率及安全性方面存在顯著不足，亟需開(kāi)發(fā)兼具非線性調(diào)控、多頻帶隔振和自復(fù)位能力的新型隔振裝置。
8、有鑒于此，特提出此發(fā)明。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種自適應(yīng)非線性三維隔振支座，主要用于解決現(xiàn)有隔振裝置在復(fù)合振動(dòng)環(huán)境下(如地鐵振動(dòng)與地震耦合作用)隔振帶寬不足、能量耗散效率低、安全性差(如地震防護(hù)能力不足、線性設(shè)計(jì)存在固有矛盾、復(fù)合型隔振技術(shù)不成熟、非線性機(jī)構(gòu)效能有限、自復(fù)位與安全性存在矛盾等)的問(wèn)題。
2、本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)解決的：
3、本發(fā)明提供的一種自適應(yīng)非線性三維隔振支座，包括第一支座板和位于所述第一支座板正下方的第二支座板，所述第一支座板的底部懸置有調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)，所述調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)的四側(cè)面或相對(duì)的兩側(cè)面均固定設(shè)置有第一磁鐵，相應(yīng)的在所述第一支座板與第二支座板之間、且位于調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)的周向?qū)ΨQ(chēng)布置有多組豎向減振機(jī)構(gòu)，所述豎向減振機(jī)構(gòu)靠近第一磁鐵的一側(cè)均安裝有第二磁鐵，且所述第一磁鐵與第二磁鐵之間均設(shè)置有第一電磁線圈，所述第一電磁線圈與固定設(shè)置于第二支座板上表面的發(fā)電機(jī)構(gòu)電性連接并形成閉合回路。
4、進(jìn)一步地，所述調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)包括阻尼殼體和填充于所述阻尼殼體內(nèi)的粘滯液體，所述第一磁鐵固定安裝在阻尼殼體的四側(cè)面或相對(duì)的兩側(cè)面，所述阻尼殼體通過(guò)剛性繩與設(shè)置于第一支座板底部的定滑輪聯(lián)動(dòng)連接。
5、進(jìn)一步地，所述調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置于阻尼殼體內(nèi)的鐵塊，所述鐵塊在粘滯液體中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生粘滯阻力進(jìn)行耗能減振，同時(shí)在所述第一支座板內(nèi)、且位于鐵塊的正上方設(shè)置有第二電磁線圈，所述第二電磁線圈與第一電磁線圈串聯(lián)，用于使所述鐵塊發(fā)生渦流進(jìn)行耗能減振。
6、進(jìn)一步地，所述粘滯液體為高粘度硅油。
7、進(jìn)一步地，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)包括固定設(shè)置于第二支座板上、且位于調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)下方的支撐塊，所述支撐塊的正上方固定安裝有承載板，所述支撐塊的四側(cè)面或相對(duì)的兩側(cè)面均固定設(shè)置有第一壓電片，相應(yīng)的所述承載板的周向懸置有與第一壓電片配合發(fā)電的鐵質(zhì)擺錐，所述第一壓電片通過(guò)電線與第一電磁線圈構(gòu)成閉合回路。
8、進(jìn)一步地，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)還包括位于承載板下方、并與所述承載板通過(guò)第一彈性件連接的鐵環(huán)，所述鐵環(huán)通過(guò)與設(shè)置在支撐塊頂部的第二壓電片配合發(fā)電，所述第二壓電片通過(guò)電線與第一電磁線圈連接，用于使所述鐵質(zhì)擺錐受水平振動(dòng)撞擊第一壓電片和/或所述鐵環(huán)受垂直振動(dòng)撞擊第二壓電片產(chǎn)生電流經(jīng)電線傳輸至第一電磁線圈。
9、進(jìn)一步地，所述豎向減振機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)并排豎直設(shè)置的氣缸，兩個(gè)所述氣缸之間設(shè)置有呈封閉的滑道，每個(gè)所述氣缸的活塞端與第二支座板固定連接，且所述活塞上套設(shè)有復(fù)位彈簧，每個(gè)所述氣缸的缸筒端通過(guò)第二彈性件與第一支座板彈性連接。
10、進(jìn)一步地，所述豎向減振機(jī)構(gòu)還包括活動(dòng)設(shè)置于滑道上部的u型板，自然狀態(tài)時(shí)，所述u型板的頂部高出氣缸，所述u型板的底部與兩個(gè)氣缸內(nèi)側(cè)設(shè)置的卡扣之間預(yù)留有間隙；垂直振動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述u型板受到第一支座板的擠壓，使得所述u型板與卡扣進(jìn)行摩擦耗能，同時(shí)封閉兩個(gè)氣缸。
11、進(jìn)一步地，所述豎向減振機(jī)構(gòu)還包括設(shè)置于滑道內(nèi)的多塊第三磁鐵，多塊所述第三磁鐵均位于卡扣的下方位置，相鄰所述第三磁鐵的磁極方向相反，且位于上端的所述第三磁鐵通過(guò)非導(dǎo)磁連接桿與u型板固定連接。
12、進(jìn)一步地，所述第一支座板和第二支座板的材質(zhì)均為橡膠。
13、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果：
14、本發(fā)明提供的三維隔振支座，主要由第一支座板、第二支座板以及設(shè)置兩者之間的調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)、發(fā)電機(jī)構(gòu)、豎向減振機(jī)構(gòu)和相互串聯(lián)的電磁線圈等組成，通過(guò)以上各機(jī)構(gòu)的協(xié)同配合，可針對(duì)不同頻帶(如地鐵振動(dòng)頻率、地震振動(dòng)頻率)、不同方向(如水平方向、垂直方向)的振動(dòng)進(jìn)行自適應(yīng)非線性的響應(yīng)調(diào)節(jié)。此外該三維隔振支座還具有以下幾方面優(yōu)勢(shì)：
15、一是通過(guò)多種耗能機(jī)制，提高減振效率。在豎向減振機(jī)構(gòu)中，氣缸與第一支座板之間的第二彈性件、u型板與卡扣的摩擦耗能、第三磁鐵之間的相互作用以及氣缸底部的活塞等，均能消耗振動(dòng)能量；在調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)中，粘滯液體的耗能、鐵塊的渦流耗能；在發(fā)電機(jī)構(gòu)中，鐵質(zhì)擺錐撞擊第一壓電片和/或鐵環(huán)撞擊第二壓電片產(chǎn)生電能都能傳輸至第一電磁線圈，通過(guò)產(chǎn)生磁場(chǎng)進(jìn)行耗能，即本發(fā)明運(yùn)用多種手段，有效提高了能量耗散效率，彌補(bǔ)了現(xiàn)有隔振裝置減振效率低的缺陷。
16、二是具備非線性調(diào)控能力：第一磁鐵與第二磁鐵之間的第一電磁線圈以及發(fā)電機(jī)構(gòu)的設(shè)置，使得隔振支座能夠根據(jù)振動(dòng)的情況動(dòng)態(tài)調(diào)整磁力負(fù)剛度等非線性效應(yīng)，實(shí)現(xiàn)非線性調(diào)控，能夠動(dòng)態(tài)適應(yīng)不同頻率振動(dòng)的能量耗散需求，克服了現(xiàn)有三維隔振系統(tǒng)缺乏非線性調(diào)控機(jī)制的問(wèn)題，也改善了現(xiàn)有非線性設(shè)計(jì)多依賴(lài)單一耗能機(jī)制的不足，提高了隔振性能。
1.一種自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，包括第一支座板(1)和位于所述第一支座板(1)正下方的第二支座板(2)，所述第一支座板(1)的底部懸置有調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)(3)，所述調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)(3)的四側(cè)面或相對(duì)的兩側(cè)面均固定設(shè)置有第一磁鐵(31)，相應(yīng)的在所述第一支座板(1)與第二支座板(2)之間、且位于調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)(3)的周向?qū)ΨQ(chēng)布置有多組豎向減振機(jī)構(gòu)(4)，所述豎向減振機(jī)構(gòu)(4)靠近第一磁鐵(31)的一側(cè)均安裝有第二磁鐵(5)，且所述第一磁鐵(31)與第二磁鐵(5)之間均設(shè)置有第一電磁線圈(6)，所述第一電磁線圈(6)與固定設(shè)置于第二支座板(2)上表面的發(fā)電機(jī)構(gòu)(7)電性連接并形成閉合回路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)(3)包括阻尼殼體(32)和填充于所述阻尼殼體(32)內(nèi)的粘滯液體(33)，所述第一磁鐵(31)固定安裝在阻尼殼體(32)的四側(cè)面或相對(duì)的兩側(cè)面，所述阻尼殼體(32)通過(guò)剛性繩(34)與設(shè)置于第一支座板(1)底部的定滑輪(35)聯(lián)動(dòng)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)(3)還包括設(shè)置于阻尼殼體(32)內(nèi)的鐵塊(36)，所述鐵塊(36)在粘滯液體(33)中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生粘滯阻力進(jìn)行耗能減振，同時(shí)在所述第一支座板(1)內(nèi)、且位于鐵塊(36)的正上方設(shè)置有第二電磁線圈(8)，所述第二電磁線圈(8)與第一電磁線圈(6)串聯(lián)，用于使所述鐵塊(36)發(fā)生渦流進(jìn)行耗能減振。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述粘滯液體(33)為高粘度硅油。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(7)包括固定設(shè)置于第二支座板(2)上、且位于調(diào)諧液體阻尼機(jī)構(gòu)(3)下方的支撐塊(71)，所述支撐塊(71)的正上方固定安裝有承載板(72)，所述支撐塊(71)的四側(cè)面或相對(duì)的兩側(cè)面均固定設(shè)置有第一壓電片(73)，相應(yīng)的所述承載板(72)的周向懸置有與第一壓電片(73)配合發(fā)電的鐵質(zhì)擺錐(74)，所述第一壓電片(73)通過(guò)電線與第一電磁線圈(6)構(gòu)成閉合回路。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)構(gòu)(7)還包括位于承載板(72)下方、并與所述承載板(72)通過(guò)第一彈性件(75)連接的鐵環(huán)(76)，所述鐵環(huán)(76)通過(guò)與設(shè)置在支撐塊(71)頂部的第二壓電片(77)配合發(fā)電，所述第二壓電片(77)通過(guò)電線與第一電磁線圈(6)連接，用于使所述鐵質(zhì)擺錐(74)受水平振動(dòng)撞擊第一壓電片(73)和/或所述鐵環(huán)(76)受垂直振動(dòng)撞擊第二壓電片(77)產(chǎn)生電流經(jīng)電線傳輸至第一電磁線圈(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述豎向減振機(jī)構(gòu)(4)包括兩個(gè)并排豎直設(shè)置的氣缸(41)，兩個(gè)所述氣缸(41)之間設(shè)置有呈封閉的滑道，每個(gè)所述氣缸(41)的活塞端與第二支座板(2)固定連接，且所述活塞上套設(shè)有復(fù)位彈簧(42)，每個(gè)所述氣缸(41)的缸筒端通過(guò)第二彈性件(43)與第一支座板(1)彈性連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述豎向減振機(jī)構(gòu)(4)還包括活動(dòng)設(shè)置于滑道上部的u型板(44)，自然狀態(tài)時(shí)，所述u型板(44)的頂部高出氣缸(41)，所述u型板(44)的底部與兩個(gè)氣缸(41)內(nèi)側(cè)設(shè)置的卡扣(45)之間預(yù)留有間隙；垂直振動(dòng)狀態(tài)時(shí)，所述u型板(44)受到第一支座板(1)的擠壓，使得所述u型板(44)與卡扣(45)進(jìn)行摩擦耗能，同時(shí)封閉兩個(gè)氣缸(41)。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述豎向減振機(jī)構(gòu)(4)還包括設(shè)置于滑道內(nèi)的多塊第三磁鐵(46)，多塊所述第三磁鐵(46)均位于卡扣(45)的下方位置，相鄰所述第三磁鐵(46)的磁極方向相反，且位于上端的所述第三磁鐵(46)通過(guò)非導(dǎo)磁連接桿與u型板(44)固定連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1～9任意一項(xiàng)所述的自適應(yīng)非線性三維隔振支座，其特征在于，所述第一支座板(1)和第二支座板(2)的材質(zhì)均為橡膠。