磁流变弹性体隔震结构装置

钟芬芳

[摘要]本文简要回顾了常规隔震系统存在的不足，重点概述了智能隔震装置多年来的研究成果。最后从我国实际出发，对今后智能隔震装置的研究、应用等方面提出了若干建议。

[关键词]传统隔震支座；智能隔震；磁流变弹性体

由于地震的不可预见性，人们习惯性采用减震或隔震或减隔震来应对，目前，专家学者们正在前仆后继的朝着隔震方向努力前进。从周福霖院士在我国汕头市建立起来的第一栋橡胶支座隔震房屋到周云教授建立的被称为“楼坚强”的芦山医院，隔震技术都在地震作用下经受住了考验。只是，我国传统的隔震支座存在着两个主要问题。

（1）传统的隔震支座虽然在地震作用下能有效减小主体结构的位移，通过阻尼吸收部分地震能量，减少传人上部结构的能量，但是与此同时却增大了隔震层的位移。特别是在近震条件下。

（2）传统的隔震支座在竖向隔震方面收效甚少。因此，许多国内外学者对于传统隔震系统所存在的不足进行了大量研究，取得了可喜结果。本文系统介绍了已研发的智能隔震装置，并对其研究课题提出了展望。

1.智能隔震装置

叠层型智能隔震装置能够避免隔震建筑在近震作用下其结构发生毁灭性的破坏，同时能够避免单纯的在橡胶支座上并联一个可调控磁流变液阻尼器所带来的沉降凝结，以及地震作用在其沉降凝结状态恢复到流动状态过程中对结构造成的严重损坏。

涂建维等设計出了一种磁流变弹性体隔震支座并对其进行了有限元分析。吴平在涂建维的基础上提出了依靠励磁电流控制的复合型智能隔震支座。单线圈输入型隔震支座，双线圈输入型隔震支座以及叠层钢板绕线圈型隔震支座，通过有限元分析得出叠成钢板绕线圈型实现弹性体薄片由邻近线圈供给磁场，同时也可以让磁路更通畅，唯一的不足就是钢板尺寸必须在普通橡胶支座的基础上加厚，而且每片钢板上面线圈匝数很少。

刘雪琴等设计的以硅橡胶磁流变弹性体为隔振材料，在挤压和剪切两种模式环境下的新型磁流变弹性体隔振器。Liao，G.J等把四个MRE当作可调弹簧设计了一款基于磁流变弹性体的隔振器，其刚度可以通过改变磁场来控制，并且，在组合开关的控制下，该隔振器具有良好的隔震效果。Li，Yancheng等针对基础隔震设计提出了一种新型隔震器，即自适应隔震器。该装置是利用磁流变弹性体这种磁场敏感材料的性能设计出来的，试验测试表明该自适应隔震器可以成功地改变横向刚度和阻尼力。为MRE弹性体在土木工程结构振动控制领域的发展开辟了道路。虽然，磁流变弹性体的研究由来已久，但是，应用到工程抗/隔震方面极少，在工程应用方面仍然需要大量的试验研究。

2.本文设计的支座

本文所研究的支座是在橡胶支座的基础上设计出来的。将磁流变弹性体代替橡胶支座中的橡胶，考虑到磁流变弹性体的可控性，希望通过可调控的储能模量和阻尼比，使隔震支座能更好的适应外荷载的变化，大大减小结构的动力响应。因此需要设计一个合理的磁路使磁流变弹性体隔震支座在磁场的作用下能充分发挥其磁流变效应，起到减小结构动力响应的作用。有关文献将支座和铁芯弄成一个闭合回路，采用软磁性材料弥补了上下错动可能导致的磁路的短路，只是该情况下产生较大位移时，软磁性材料区域将会成为薄弱环节，影响支座性能的发挥。本文大胆将两个橡胶支座采用并联的方式组合起来，由上下两块导磁钢板连接，形成一个闭合回路。磁流变弹性体隔震支座的初步形状如图1所示，为了减少磁阻，选用相对磁导率较高的铁磁材料——低碳钢，其B-H曲线如图2所示。

对隔震支座进行磁路简化根据安培环路定律对整个回路建立方程，安培环路电律如下。