鐘芬芳

[摘要]本文簡(jiǎn)要回顧了常規(guī)隔震系統(tǒng)存在的不足，重點(diǎn)概述了智能隔震裝置多年來(lái)的研究成果。最后從我國(guó)實(shí)際出發(fā)，對(duì)今后智能隔震裝置的研究、應(yīng)用等方面提出了若干建議。

[關(guān)鍵詞]傳統(tǒng)隔震支座；智能隔震；磁流變彈性體

由于地震的不可預(yù)見(jiàn)性，人們習(xí)慣性采用減震或隔震或減隔震來(lái)應(yīng)對(duì)，目前，專(zhuān)家學(xué)者們正在前仆后繼的朝著隔震方向努力前進(jìn)。從周福霖院士在我國(guó)汕頭市建立起來(lái)的第一棟橡膠支座隔震房屋到周云教授建立的被稱為“樓堅(jiān)強(qiáng)”的蘆山醫(yī)院，隔震技術(shù)都在地震作用下經(jīng)受住了考驗(yàn)。只是，我國(guó)傳統(tǒng)的隔震支座存在著兩個(gè)主要問(wèn)題。

（1）傳統(tǒng)的隔震支座雖然在地震作用下能有效減小主體結(jié)構(gòu)的位移，通過(guò)阻尼吸收部分地震能量，減少傳人上部結(jié)構(gòu)的能量，但是與此同時(shí)卻增大了隔震層的位移。特別是在近震條件下。

（2）傳統(tǒng)的隔震支座在豎向隔震方面收效甚少。因此，許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于傳統(tǒng)隔震系統(tǒng)所存在的不足進(jìn)行了大量研究，取得了可喜結(jié)果。本文系統(tǒng)介紹了已研發(fā)的智能隔震裝置，并對(duì)其研究課題提出了展望。

1.智能隔震裝置

疊層型智能隔震裝置能夠避免隔震建筑在近震作用下其結(jié)構(gòu)發(fā)生毀滅性的破壞，同時(shí)能夠避免單純的在橡膠支座上并聯(lián)一個(gè)可調(diào)控磁流變液阻尼器所帶來(lái)的沉降凝結(jié)，以及地震作用在其沉降凝結(jié)狀態(tài)恢復(fù)到流動(dòng)狀態(tài)過(guò)程中對(duì)結(jié)構(gòu)造成的嚴(yán)重?fù)p壞。

涂建維等設(shè)計(jì)出了一種磁流變彈性體隔震支座并對(duì)其進(jìn)行了有限元分析。吳平在涂建維的基礎(chǔ)上提出了依靠勵(lì)磁電流控制的復(fù)合型智能隔震支座。單線圈輸入型隔震支座，雙線圈輸入型隔震支座以及疊層鋼板繞線圈型隔震支座，通過(guò)有限元分析得出疊成鋼板繞線圈型實(shí)現(xiàn)彈性體薄片由鄰近線圈供給磁場(chǎng)，同時(shí)也可以讓磁路更通暢，唯一的不足就是鋼板尺寸必須在普通橡膠支座的基礎(chǔ)上加厚，而且每片鋼板上面線圈匝數(shù)很少。

劉雪琴等設(shè)計(jì)的以硅橡膠磁流變彈性體為隔振材料，在擠壓和剪切兩種模式環(huán)境下的新型磁流變彈性體隔振器。Liao，G.J等把四個(gè)MRE當(dāng)作可調(diào)彈簧設(shè)計(jì)了一款基于磁流變彈性體的隔振器，其剛度可以通過(guò)改變磁場(chǎng)來(lái)控制，并且，在組合開(kāi)關(guān)的控制下，該隔振器具有良好的隔震效果。Li，Yancheng等針對(duì)基礎(chǔ)隔震設(shè)計(jì)提出了一種新型隔震器，即自適應(yīng)隔震器。該裝置是利用磁流變彈性體這種磁場(chǎng)敏感材料的性能設(shè)計(jì)出來(lái)的，試驗(yàn)測(cè)試表明該自適應(yīng)隔震器可以成功地改變橫向剛度和阻尼力。為MRE彈性體在土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域的發(fā)展開(kāi)辟了道路。雖然，磁流變彈性體的研究由來(lái)已久，但是，應(yīng)用到工程抗/隔震方面極少，在工程應(yīng)用方面仍然需要大量的試驗(yàn)研究。

2.本文設(shè)計(jì)的支座

本文所研究的支座是在橡膠支座的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出來(lái)的。將磁流變彈性體代替橡膠支座中的橡膠，考慮到磁流變彈性體的可控性，希望通過(guò)可調(diào)控的儲(chǔ)能模量和阻尼比，使隔震支座能更好的適應(yīng)外荷載的變化，大大減小結(jié)構(gòu)的動(dòng)力響應(yīng)。因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)合理的磁路使磁流變彈性體隔震支座在磁場(chǎng)的作用下能充分發(fā)揮其磁流變效應(yīng)，起到減小結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的作用。有關(guān)文獻(xiàn)將支座和鐵芯弄成一個(gè)閉合回路，采用軟磁性材料彌補(bǔ)了上下錯(cuò)動(dòng)可能導(dǎo)致的磁路的短路，只是該情況下產(chǎn)生較大位移時(shí)，軟磁性材料區(qū)域?qū)?huì)成為薄弱環(huán)節(jié)，影響支座性能的發(fā)揮。本文大膽將兩個(gè)橡膠支座采用并聯(lián)的方式組合起來(lái)，由上下兩塊導(dǎo)磁鋼板連接，形成一個(gè)閉合回路。磁流變彈性體隔震支座的初步形狀如圖1所示，為了減少磁阻，選用相對(duì)磁導(dǎo)率較高的鐵磁材料——低碳鋼，其B-H曲線如圖2所示。

對(duì)隔震支座進(jìn)行磁路簡(jiǎn)化根據(jù)安培環(huán)路定律對(duì)整個(gè)回路建立方程，安培環(huán)路電律如下。