CN209619844U - 基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述桥梁隔振支座包括上台座、下台座以及设置于所述上台座与所述下台座之间的一维声子晶体结构，所述一维声子晶体结构包括呈上下设置的两个隔振单元，两个所述隔振单元之间以及所述隔振单元与所述上台座、所述下台座之间均设置有橡胶夹层，所述隔振单元包括自上而下依次设置的永磁体、抗压磁流变弹性体和具有铁芯的第一励磁线圈，所述下台座对应于所述一维声子晶体结构的正下方的位置埋设有第一压电单元，所述第一压电单元的输出端经整流电路与所述第一励磁线圈相连。本实用新型的优点是：隔振支座的刚度和阻尼可以根据受到的振动力进行自适应调节，从而达到良好的隔振效果。

Description

基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座

技术领域

本实用新型涉及桥梁减振技术领域，具体涉及一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座。

背景技术

桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，位于桥梁和垫石之间，它能将桥梁上部结构承受的荷载和变形（位移和角转）可靠地传递给桥梁下部结构，是桥梁的重要传力装置。有固定支座和活动支座两种。桥梁工程常用的支座形式包括：油毛毡或平板支座、板式橡胶支座、球型支座、钢支座和特殊支座等，其中，传统的桥梁橡胶支座使用寿命低，并且出厂后刚度阻尼不可调节。

随着桥梁建设事业的不断发展，桥梁的振动损伤和振动噪声逐渐引起人们的关注，当桥梁上方经常有重型设备经过或发生地震时，大多数的隔振装置都会发生损坏，从而危及桥梁安全。因此，开发出一种可有效降低桥梁振动损伤以及振动噪声的隔振装置十分有必要。

发明内容

本实用新型的目的是根据上述现有技术的不足之处，提供了一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，该桥梁隔支座通过在上台座与下台座之间设置层状的一维声子晶体周期性结构，利用压电单元受挤压时产生电压进而改变通入励磁线圈的电流大小，从而实现通过识别振动效应的大小以自适应调节支座的刚度和阻尼。

本实用新型目的实现由以下技术方案完成：

一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述桥梁隔振支座包括上台座、下台座以及设置于所述上台座与所述下台座之间的一维声子晶体结构，所述一维声子晶体结构包括呈上下设置的两个隔振单元，两个所述隔振单元之间以及所述隔振单元与所述上台座、所述下台座之间均设置有橡胶夹层，所述隔振单元包括自上而下依次设置的永磁体、抗压磁流变弹性体和具有铁芯的第一励磁线圈，所述下台座对应于所述一维声子晶体结构的正下方的位置埋设有第一压电单元，所述第一压电单元的输出端经整流电路与所述第一励磁线圈相连。

所述上台座底部中央设置有一多面体凸台，所述下台座顶部中央对称设置有两个承台，所述承台具有与所述凸台的侧斜面相适配的斜面。

所述一维声子晶体结构的形状为圆柱状，其数量为4个，且所述一维声子晶体结构对称设置于所述承台外侧。

所述侧斜面与所述斜面之间设置有抗剪磁流变弹性体，所述承台内埋设有与所述侧斜面相平行的第二压电单元，所述承台内还设置有第二励磁线圈，所述第二励磁线圈位于所述多面体凸台***，所述第二压电单元的输出端经整流电路与所述第二励磁线圈相连。

所述多面体凸台为导磁多面体凸台。

所述第一压电单元和第二压电单元，所述第一压电单元和所述第二压电单元均包括上极板、下极板以及所述上极板和所述下极板之间的压电材料层。

所述多面体凸台外周还设置有第三励磁线圈，所述第二压电单元的输出端经整流电路与所述第三励磁线圈相连。

所述上台座上方还设置有支座上承板，所述下台座下方还设置有支座下承板，所述上台座与所述支座上承板之间以及所述下台座与所述支座下承板之间均设置有减振垫。

所述减振垫为锌铝合金减振阻尼垫。

所述支座上承板和所述支座下承板的四角均设置有螺栓孔，所述支座上承板通过螺栓固定于桥梁底面，所述支座下承板通过螺栓固定于桥墩顶面。

本实用新型的优点是：有效解决了传统的桥梁橡胶支座使用寿命低、并且出厂后刚度阻尼不可调节的弊端，可实现刚度和阻尼的自适应调节，达到更佳的隔振效果。

附图说明

图1为本实用新型中桥梁隔振支座的结构示意图；

图2为图1中A-A剖面的示意图；

图3为本实用新型中一维声子晶体结构的示意图；

图4为本实用新型中压电单元与励磁线圈的连接示意图；

图5为抗剪磁流变弹性体的设置位置示意图。

具体实施方式

以下结合附图通过实施例对本实用新型的特征及其它相关特征作进一步详细说明，以便于同行业技术人员的理解：

如图1-5，图中标记1-21分别为：支座上承板1、上台座2、下台座3、支座下承板4、多面体凸台5、承台6、一维声子晶体结构7、永磁体8、抗压磁流变弹性体9、第一励磁线圈10、橡胶夹层11、铁芯12、第一压电单元13、抗剪磁流变弹性体14、第二压电单元15、第二励磁线圈16、第三励磁线圈17、上极板18、下极板19、压电材料层20、整流电路21。

实施例：如图所示，本实施例具体涉及一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，该桥梁隔支座通过在上台座与下台座之间设置层状的一维声子晶体周期性结构，利用压电单元受挤压时产生电压进而改变通入励磁线圈的电流大小，从而实现通过识别振动效应的大小以自适应调节支座的刚度和阻尼。

如图1-3所示，本实施例中的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座包括自上而下依次设置的支座上承板1、上台座2、下台座3以及支座下承板4，其中，支座上承板1和上台座2呈凹凸配合，支座下承板4和下台座3也呈凹凸配合，以实现支座的横向限位；支座上承板1和支座下承板4的四角均开设有螺栓孔，支座上承板1通过螺栓与桥梁底面连接固定，支座下承板4则通过螺栓与桥墩顶部连接固定；此外，支座上承板1与上台座2之间以及支座下承板4与下台座3之间还设置有一层减振垫，本实施例中的减振垫具体选用锌铝合金减振阻尼垫，以有效控制支座的振动水平，从而使噪声减小、磨损减小。

如图1-3所示，在上台座2和下台座3之间设置有一维声子晶体结构7，该一维声子晶体结构7呈层状结构，包括呈上下设置的两个隔振单元，这两个隔振单元之间设置有橡胶夹层11，且位于上方的隔振单元与上台座2之间同样设置有橡胶夹层11，位于下方的隔振单元与下台座3之间也设置有橡胶夹层11；每个隔振单元包括自上而下依次设置的永磁体8、抗压磁流变弹性体9和第一励磁线圈10，抗压磁流变弹性体9的弹性模量可随外加磁场强度而变化，与普通磁流变液相比，不但具有可控性、可逆性、响应迅速等优异性能，还具有稳定性好的优点；第一励磁线圈10绕设在铁芯12的***，从而当第一励磁线圈10通入电流产生磁场时，铁芯12可使其获得较强的磁场，从而使位于该磁场有效影响范围内的抗压磁流变弹性体9的刚度和阻尼发生变化以满足设计要求；“橡胶夹层11-隔振单元-橡胶夹层11-隔振单元-橡胶夹层11”呈一维声子晶体周期性结构，当桥梁振动自上而下传播时，一维声子晶体结构7将产生带隙，具有抑制多频段振动向下传递的良好效果。

如图1、4所示，在下台座3的上部对应于一维声子晶体结构7的正下方的位置处埋设有第一压电单元13，第一压电单元13包括上极板18、下极板19以及填充在两者之间的压电材料层20，当第一压电单元13受到上部压力的挤压时，压电材料层20将产生变形，从而在上极板18和下极板19上产生等量的异号电量，即两板之间产生电压，即电压的大小与所受的压力大小一一对应；第一压电单元13的输出端经整流电路21与第一励磁线圈12的输入端相连，利用整流电路21将电压信号转化为对应的电流信号输入到第一励磁线圈12中，也即第一压电单元13的电压大小与输入到第一励磁线圈12中的电流大小一一对应，电流大小的不同将产生不同的磁场，使得抗压磁流变弹性体9的刚度和阻尼发生变化，从而通过识别振动效应的大小实现自适应地调整支座的刚度和阻尼，达到良好的减振降噪效果。

如图1、4、5所示，在上台座2的底部中央设置有一多面体凸台5，而下台座3的上部中央对称设置有两个承台6，承台6具有与多面体凸台5的斜侧面相适配的斜面，该斜侧面与该斜面互相平行，两者之间还设置有一层抗剪磁流变弹性体14，其弹性模量同样随外加磁场强度的变化而改变；在承台6的内部对应于该抗剪磁流变弹性体14的位置处还埋设有第二压电单元15，第二压电单元15平行于多面体凸台5的侧斜面，从而确保第二压电单元15与多面体凸台5施加给承台6的压力相垂直，第二压电单元15的具体结构与第一压电单元13相同，在此不再赘述；在承台6内部、多面体凸台5的***还埋设了第二励磁线圈16，在上台座2的底部、多面体凸台5的外周还绕设有第三励磁线圈17，第二压电单元15同样经一整流电路分别与第二励磁线圈16和第三励磁线圈17相连接；当多面体凸台5受力向下移动时，两个承台6将受到压力，从而埋设在承台6内的第二压电单元15将产生与受到的压力呈正相关的电压信号，该电压信号经整流电路整流后得到对应该电压大小的电流信号，并输入到第二励磁线圈16和第三励磁线圈17中，使两者产生与电流大小相对应的磁场，从而使得在该磁场有效影响范围内的抗剪磁流变弹性体14的刚度和阻尼产生变化，从而通过识别振动效应的大小实现自适应地调整支座的刚度和阻尼，达到良好的减振降噪效果；为了进一步增强两个励磁线圈产生的磁场强度，本实施例中的多面体凸台5为导磁多面体凸台，能够起到良好的导磁作用，从而使作用于抗剪磁流变弹性体14的磁场更强。

如图1-3所示，本实施例中的一维声子晶体结构7呈圆柱状，并且数量为4个，四个一维声子晶体结构7对称支撑于承台6的外侧，形成支座的四足，当然一维声子晶体结构7的形状也可将其设计为长方体状等，数量也可根据实际情况进行选取。

如图1-5所示，本实施例中的基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座的工作原理如下：

将支座上承板1通过螺栓与桥梁底面固定，将支座下承板4通过螺栓与桥墩顶面固定，当桥梁受力产生振动时，通过支座上承板1和上台座2将压力传递至多面体凸台5和一维声子晶体结构7；

其中，一维声子晶体结构7正下方的第一压电单元13受到压力产生电压，并将电压信号经整流电路21整流后得到电流信号输入到第一励磁线圈10，第一励磁线圈10产生磁场并利用铁芯12得以确保其强度满足设计要求，从而改变处在该磁场有效影响范围内的抗压磁流变弹性体9的刚度和阻尼，从而通过识别振动效应的大小实现自适应地调整支座的刚度和阻尼，达到良好的减振降噪效果；同时，由于一维声子晶体结构7呈一维声子晶体周期性结构，会在振动自上而下传播时产生带隙，起到抑制多频段振动向下传递的作用；

此外，多面体凸台5受力向下运动，位于承台6内部的第二压电单元15受到压力产生电压，并将电压信号经整流电路整流得到的电流信号输入到第二励磁线圈16和第三励磁线圈17中，使其产生磁场并利用导磁的多面体凸台5进行导磁以确保其强度满足设计要求，从而改变处于该磁场有效影响范围内的斜面上的抗剪磁流变弹性体14的刚度和阻尼，即通过识别振动效应的大小实现自适应地调整支座的刚度和阻尼，达到良好的减振降噪效果。

本实施例的有益效果是：有效解决了传统的桥梁橡胶支座使用寿命低、并且出厂后刚度阻尼不可调节的弊端，可通过识别振动效应的大小以实现刚度和阻尼的自适应调节，达到更佳的隔振效果。

Claims (10)

1.一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述桥梁隔振支座包括上台座、下台座以及设置于所述上台座与所述下台座之间的一维声子晶体结构，所述一维声子晶体结构包括呈上下设置的两个隔振单元，两个所述隔振单元之间以及所述隔振单元与所述上台座、所述下台座之间均设置有橡胶夹层，所述隔振单元包括自上而下依次设置的永磁体、抗压磁流变弹性体和具有铁芯的第一励磁线圈，所述下台座对应于所述一维声子晶体结构的正下方的位置埋设有第一压电单元，所述第一压电单元的输出端经整流电路与所述第一励磁线圈相连。

2.根据权利要求1所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述上台座底部中央设置有一多面体凸台，所述下台座顶部中央对称设置有两个承台，所述承台具有与所述凸台的侧斜面相适配的斜面。

3.根据权利要求2所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述一维声子晶体结构的形状为圆柱状，其数量为4个，且所述一维声子晶体结构对称设置于所述承台外侧。

4.根据权利要求2所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述侧斜面与所述斜面之间设置有抗剪磁流变弹性体，所述承台内埋设有与所述侧斜面相平行的第二压电单元，所述承台内还设置有第二励磁线圈，所述第二励磁线圈位于所述多面体凸台***，所述第二压电单元的输出端经整流电路与所述第二励磁线圈相连。

5.根据权利要求4所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述多面体凸台为导磁多面体凸台。

6.根据权利要求4所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述第一压电单元和第二压电单元，所述第一压电单元和所述第二压电单元均包括上极板、下极板以及所述上极板和所述下极板之间的压电材料层。

7.根据权利要求4所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述多面体凸台外周还设置有第三励磁线圈，所述第二压电单元的输出端经整流电路与所述第三励磁线圈相连。

8.根据权利要求1所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述上台座上方还设置有支座上承板，所述下台座下方还设置有支座下承板，所述上台座与所述支座上承板之间以及所述下台座与所述支座下承板之间均设置有减振垫。

9.根据权利要求8所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述减振垫为锌铝合金减振阻尼垫。

10.根据权利要求1所述的一种基于一维声子晶体结构的刚度阻尼自适应桥梁隔振支座，其特征在于所述支座上承板和所述支座下承板的四角均设置有螺栓孔，所述支座上承板通过螺栓固定于桥梁底面，所述支座下承板通过螺栓固定于桥墩顶面。