[发明专利]基于磁流变支座‑阻尼器的小尺度三跨桥梁缓冲隔振平台及设计方法

说明书

技术领域

本发明属于建筑、桥梁隔振技术领域，具体涉及一种基于磁流变支座-阻尼器的小尺度三跨桥梁缓冲隔振平台设计方法及装置。

背景技术

在桥梁冲击防护设计中,通常通过增加结构自身强度或者采用被动橡胶支座提高结构的平面缓冲隔振能力。然而被动橡胶支座在突发的载荷(如地震、平面冲击振动等)作用下，不能调节自身横向刚度、提升强度来降低结构在大水平剪切力作用下产生的破坏性位移，也不能产生更大的形变阻尼来耗散瞬间的冲击能量；而将传统被动支座和阻尼器联合使用的方法，总体上也缺乏良好的抗平面冲击和振动隔离的兼容能力，因而成为结构安全体系中的薄弱环节。

磁流变弹性体(Magneto-rheological Elastomers，MRE)是近年来出现的一种新型智能材料，它是将微米级铁磁颗粒散布在聚合介质(如橡胶)中形成的一种柔性固状混合体，其刚度和阻尼等材料特性可以通过外加磁场来控制，同时兼具传统磁流变液的优点，如可逆性好、响应快、可控能力强等，又克服了其稳定性差、易沉降等缺点。基于MRE材料设计的磁流变支座能克服传统被动橡胶支座的不足，提高系统结构的抗冲防护能力，已成为结构抗震减灾领域的研究热点。同时，磁流变支座结合已有的磁流变阻尼器，可以取得更为优良的缓冲隔振效果。

将刚度和阻尼可调的磁流变支座和磁流变阻尼器一起应用在桥梁隔振系统中的研究鲜有报道且具有重大意义，而对其进行试验研究又是不可或缺的环节。但由于大型工程项目在实验室进行实物研究，具有不易操作、成本高、难以实现等缺点，而简易的几何相似也不能反映出实际工程系统的动力学特征等。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种基于磁流变支座-阻尼器的小尺度三跨桥梁缓冲隔振平台及设计方法。该平台主要由桥梁模拟系统、地震模拟振动台以及控制模块组成，通过这个平台，可以实现不同激励下桥梁缓冲隔振试验并对比传统被动减隔震支座和主动缓冲隔振支座的差别、模拟实际地震中桥梁系统的损耗等功能。

本发明的目的之一是通过以下技术方案来实现的，基于磁流变支座-阻尼器的小尺度三跨桥梁缓冲隔振平台设计方法，其特征在于：该方法具体为：由基于无量纲分析的相似理论，从反映动力学特性的物理量量纲角度出发，推导出刚度、阻尼可调的磁流变支座和磁流变阻尼器原型和模型间的相似关系，以该相似关系为指导设计符合试验需求的小尺度磁流变支座和磁流变阻尼器；进一步推导出三跨桥梁隔振原型系统和小尺度台架模型系统间的相似关系，以该相似关系为基础并采用小尺度磁流变支座和阻尼器，完成台架模型的设计。

根据权利要求1所述的基于磁流变支座-阻尼器的小尺度三跨桥梁缓冲隔振平台设计方法，其特征在于：

选取表征原三跨桥系统动力学特性的物理量为：质量m、刚度k、阻尼c、力A_F、频率ω、时间t、位移x、速度加速度以质量M、长度L、时间T作为基本量纲，则所选取的物理量的量纲为：[m]＝M，[k]＝MT^-2，[c]＝MT^-1，[A_F]＝MLT^-2,[ω]＝T^-1，[t]＝T，[x]＝L，设y₁为m的量纲次数，y₂为k的量纲次数，y₃为c的量纲次数，y₄为A_F的量纲次数，y₅为ω的量纲次数，y₆为t的量纲次数，y₇为x的量纲次数，y₈为的量纲次数，y₉为的量纲次数；构造无量纲数π如式(1)所示；

根据量纲齐次原则，写出上式的量纲有：

整理后可得：

同样由量纲其次原则可得：

将式(4)中y₂，y₃，y₄用y₁，y₅，y₆，y₇，y₈，y₉表示可得：

将式(5)带入式(1)可得