CN110184906A - 一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座 - Google Patents

一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座 Download PDF

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Abstract

本发明的一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，包括：顶板、底板、受力组件和多个支撑体，受力组件固定在顶板和底板间，多个支撑体设置在底板下方；受力组件由多层钢板和橡胶板交替硫化而成，支撑体包括从上至下依次设置的电磁线圈、第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体，第二磁流变弹性体上端设有凹槽，凹槽内设置多个空气橡胶弹簧，第一磁流变弹性体的下端设置在空气橡胶弹簧上端，电磁线圈上端焊接在底板的底面上。本发明通过安装在顶板上的加速度传感器检测桥梁的振动加速度并传输给控制模块，当加速度大于阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，以对第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度。

Description

一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座
技术领域
本发明属于桥梁技术领域，涉及一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座。
背景技术
近年来，我国城市发展快速，地面交通拥堵严重，人们也越来越重视对桥梁的应用，各大中城市为缓解地面交通压力而进行高架桥brt快速道路建设。而桥梁支座在整个桥梁结构中虽然是个非常小的部分，在桥梁工程造价所占比例也很小，但它的作用却是不可忽视的。国外20世纪70年代开始研制球型支座，由于球型支座本身所具有的特点，很快在弯桥上应用。伴随着我国桥梁支座的制造和加工水平的不断提高，在解决具有特种用途的支座的研究和开发不断加快，如可调式盆式支座、拉压式支座和专用于地震区桥梁上使用的盆式抗震橡胶支座、球型抗震支座以及铅销橡胶支座等。同时，对桥梁支座质量的监控工作也在不断加强，对桥梁支座的动力性能的实验研究也正在兴起，以使桥梁支座更好地适应我国桥梁建设的需要。然而，如何使叠层型支座应用在弯桥处，如何提高桥梁支座的刚度和抗震能力，成为了亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，可以通过调整支撑体高度来实现桥面桥墩与支座的无缝连接，在材料中加入气囊型磁流变弹性体，可以有效增加支座刚度以及强度。
本发明提供一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，包括：顶板、底板、受力组件和多个支撑体，所述受力组件粘结固定在所述顶板和底板之间，所述多个支撑体呈阵列分布设置在底板下方用于支撑底板；所述受力组件由多层钢板和橡胶板交替硫化粘结而成，所述支撑体包括从上至下依次设置的电磁线圈、第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体，所述第二磁流变弹性体上端设有凹槽，所述凹槽内设置多个空气橡胶弹簧，所述第一磁流变弹性体的下端设置在空气橡胶弹簧上端，所述电磁线圈下端固定在第一磁流变弹性体上端，电磁线圈上端焊接在底板的底面上，所述支撑体封装在不锈钢壳体内；所述第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体都为气囊型磁流变弹性体，其各组分按照重量比包括：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份，所述补强剂为气相法白炭黑。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺；硫化促进剂为碱金属氧化物。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述增塑剂为二甲基硅油，分散剂为甲基戊醇或聚氨酯，增容剂为羧化碳纳米管或马来酸酐，所述物理硅胶成孔剂为YQ-100Y、YQ-505Y或ES100W；防水剂为脂肪酸金属盐。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述受力组件的中心位置浇筑有铅芯。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体均为圆柱体结构，且第一磁流变弹性体的直径小于第二磁流变弹性体的直径。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述顶板和底板由钢制成。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，所述空气橡胶弹簧由橡胶制成其内部充入压缩空气。
在本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座中，在所述顶板上安装有依次连接的加速度传感器、控制模块和电源模块，通过加速度传感器检测桥梁的振动加速度并传输给控制模块，当加速度大于阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，以对第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度。
本发明的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，上部采用叠层式设计，下部采用套筒式设计，橡胶板和钢板交替连接，使受力组件弹性更强。中间加入铅芯结构，其良好的弹塑性在振动控制中能够实现耗散振动能量的效果。支撑体顶部为励磁线圈且与钢板焊接，支撑体中下部为气囊型磁流变弹性体支撑结构。通过安装在顶板上的加速度传感器检测桥梁的振动加速度并传输给控制模块，当加速度大于阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，以对第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度。
在安装时，可通过外加磁场，将中部磁流变弹性体支撑结构吸附到支撑体顶部处，安装结束撤去磁场，使支座由重力作用落到底层橡胶弹簧上。支座下部支撑体可设置多个，并且每个高度可调，因此，此支座适合在弯桥或不规则桥梁中使用。该结构简单，操作方便，节约材料，实用性强，成本较低，可以实现对不同形状桥梁中桥面桥墩与支座的无缝连接。
附图说明
图1为本发明的一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座的立体图；
图2为本发明的一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座的内部结构剖面图；
图3为本发明的一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座的支撑体的内部剖面图。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明的一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，包括：顶板1、底板2、受力组件和多个支撑体4。所述顶板1和底板2由钢制成。所述受力组件粘结固定在所述顶板1和底板2之间，所述多个支撑体4呈阵列分布设置在底板2下方用于支撑底板2。
所述受力组件由多层钢板31和橡胶板32交替硫化粘结而成，钢板31的面积大于橡胶板32的面积，用以提高垂直承载能力。橡胶板32厚度不能过大，以免受到压缩载荷时导致橡胶侧向膨胀过大影响支座寿命。
如图3所示，所述支撑体4包括从上至下依次设置的励磁线圈5、第一磁流变弹性体6和第二磁流变弹性体7，所述第二磁流变弹性体7上端设有凹槽，所述凹槽内设置多个空气橡胶弹簧8，空气橡胶弹簧8，嵌入于第二磁流变弹性体7中，具有高承压强度，具有一定的刚度以及抗剪强度，以提高抗震能力。所述空气橡胶弹簧由橡胶制成其内部充入压缩空气。具体实施时，在密封的容器中充入压缩空气，利用气体可压缩性实现弹性作用，能隔绝高频振动且能隔音、降噪。所述第一磁流变弹性体6的下端设置在空气橡胶弹簧8上端，所述励磁线圈5下端固定在第一磁流变弹性体6上端，励磁线圈5上端焊接在底板2的底面上。所述支撑体4封装在不锈钢壳体内。
具体实施时，所述第一磁流变弹性体6和第二磁流变弹性体7都为气囊型磁流变弹性体，其各组分按照重量比包括：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份，所述补强剂为气相法白炭黑。
具体实施时，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。
具体实施时，所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺；硫化促进剂为碱金属氧化物。
具体实施时，所述增塑剂为二甲基硅油，分散剂为甲基戊醇或聚氨酯，增容剂为羧化碳纳米管或马来酸酐，所述物理硅胶成孔剂为YQ-100Y、YQ-505Y或ES100W；防水剂为脂肪酸金属盐。
具体实施时，气囊型磁流变弹性体采用下列方法制成：将橡胶基体、磁性颗粒以及所有填充物料放入炼胶机中，机械均匀搅拌20分钟，置于80℃下真空桶中脱泡，再将其注入到铝制模具内；把硫化剂和硫化促进剂倒入模具内在150℃下硫化20分钟左右，与此同时施加磁感应强度为0.4T磁场制备各向异性的气囊型磁流变弹性体。
如图2所示，所述受力组件3的中心位置浇筑有铅芯9，增加了支座的阻尼，当桥梁支座发生剪切变形时，整个铅芯9会在钢板31和橡胶板32强迫下发生剪切变形，用以实现耗散震动能量的作用。
具体实施时，所述第一磁流变弹性体6和第二磁流变弹性体7均为圆柱体结构，且第一磁流变弹性体6的直径小于第二磁流变弹性体7的直径。
具体实施时，在所述顶板1上安装有依次连接的加速度传感器、控制模块和电源模块，通过加速度传感器检测桥梁的振动加速度并传输给控制模块，当加速度大于阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，以对第一磁流变弹性体6和第二磁流变弹性体7施加磁场以调节其阻尼和刚度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明的思想，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，包括：顶板、底板、受力组件和多个支撑体，所述受力组件粘结固定在所述顶板和底板之间，所述多个支撑体呈阵列分布设置在底板下方用于支撑底板；所述受力组件由多层钢板和橡胶板交替硫化粘结而成，所述支撑体包括从上至下依次设置的电磁线圈、第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体，所述第二磁流变弹性体上端设有凹槽，所述凹槽内设置多个空气橡胶弹簧，所述第一磁流变弹性体的下端设置在空气橡胶弹簧上端，所述电磁线圈下端固定在第一磁流变弹性体上端，电磁线圈上端焊接在底板的底面上，所述支撑体封装在不锈钢壳体内；所述第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体都为气囊型磁流变弹性体，其各组分按照重量比包括：橡胶基体100～150份、磁性颗粒600～700份、硫化剂16～25份、硫化促进剂4～5份、填充物料130～220份，其中填充物料包括增塑剂20～30份、分散剂30～50份、增容剂50～60份、补强剂10～20份、物理硅胶成孔剂10～30份、防水剂10～30份，所述补强剂为气相法白炭黑。
2.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述磁性颗粒选用微米级羰基铁粉和硅钢粉，两者比例为25:1，选用此磁性颗粒在保证饱和磁化强度的前提下改善了导磁率，减小涡流损耗。
3.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述硫化剂为硒、碲、过氧化物或硫磺；硫化促进剂为碱金属氧化物。
4.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述增塑剂为二甲基硅油，分散剂为甲基戊醇或聚氨酯，增容剂为羧化碳纳米管或马来酸酐，所述物理硅胶成孔剂为YQ-100Y、YQ-505Y或ES100W；防水剂为脂肪酸金属盐。
5.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述受力组件的中心位置浇筑有铅芯。
6.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体均为圆柱体结构，且第一磁流变弹性体的直径小于第二磁流变弹性体的直径。
7.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述顶板和底板由钢制成。
8.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，所述空气橡胶弹簧由橡胶制成其内部充入压缩空气。
9.如权利要求1所述的气囊型磁流变弹性体叠层型桥梁支座，其特征在于，在所述顶板上安装有依次连接的加速度传感器、控制模块和电源模块，通过加速度传感器检测桥梁的振动加速度并传输给控制模块，当加速度大于阈值时，控制模块控制电源模块向电磁线圈供电，以对第一磁流变弹性体和第二磁流变弹性体施加磁场以调节其阻尼和刚度。
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