一种气囊式智能隔震系统及其控制方法

1.本发明涉及工程防震、隔震技术，特别涉及可抵御多类别强动载的防护工程隔震技术，具体是一种气囊式智能隔震系统及其控制方法。


背景技术：

2.钢丝绳隔震器以其优越的隔冲性能，已成为爆炸冲击振动控制的研究热点。大量理论分析和试验研究表明，钢丝绳隔震器具有承载力大、屈服阶段刚度软化、阻尼适中、滞回曲线饱满等优点，因而在防护工程领域得到广泛应用。通常，钢丝绳隔震器在使用过程中其顶部和底部夹板均为固定连接。因此，其振动现象表现为受拉和受压的往复循环过程。然而，钢丝绳隔震器的受拉刚度硬化特点，使其在震动的受拉阶段对震动波的传递具有放大效应。因此，对钢丝绳隔震器与隔震地板所组成的整个钢丝绳隔震系统进行优化，减小或避免钢丝绳隔震器的受拉振动，有助于提升其隔震性能。
3.此外，由于现有公开文献所研究的隔震器通常是基于某一类强动载而设计，如：天然地震动，因而其普遍仅适用于某一类强动载的隔震。然而，对于易受天然地震动和爆炸地震动作用的地下防护工程，既有隔震器显然无法满足多类别强动载（如：天然地震动、爆炸地震动、环境地脉动等）作用下的工程隔震需求。因此，隔震频谱范围较广、能够应对多类别强动载作用的智能隔震系统亟待深入研究。


技术实现要素：

4.针对背景技术中提出的问题，本发明的目的是提供一种气囊式智能隔震系统及其控制方法，其通过借鉴汽车安全气囊减震理念，可应对多类别强动载，同时具备主动监测所处工作环境、定性辨识强动载类别、自主判别是否需要起爆隔震气囊的智能功能，可提升既有钢丝绳隔震系统的隔震性能，降低钢丝绳隔震器的受拉振动，增强地下防护工程隔震系统应对多类别强动载的能力。
5.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种气囊式智能隔震系统，包括钢丝绳隔震器、水平向隔震气囊、竖向隔震气囊、检测控制装置和设置在硬化地面上方的地板，所述的钢丝绳隔震器均布于地板底部，钢丝绳隔震器顶部与地板固连，底部与地面不连接；所述的水平向隔震气囊设置在地板侧面与墙壁之间，用于水平方向的隔震；竖向隔震气囊设置在地板与地面之间，用于竖直方向上的隔震；竖向隔震气囊内预充有低压气体，预充低压气体用于提升气囊介入震动隔震过程的速度，降低气囊起爆过程中所产生的冲击力和附加加速度；所述的水平向隔震气囊和竖向隔震气囊均连接监测控制装置，所述监测控制装置包括控制器、用于检测钢丝绳隔震器的位移传感器和埋设于地面下的岩土传感器，监测控制装置连接有驱动系统，驱动系统用于分别驱动水平向隔震气囊和竖向隔震气囊。
6.所述的水平向隔震气囊为单曲式隔震气囊，其具有一个充气型腔且充气型腔的轴
线水平设置。
7.所述的竖向隔震气囊为双曲式隔震气囊，其具有两个连通的充气型腔，且两个充气型腔的轴线共线并竖向设置。
8.所述的钢丝绳隔震器其底部夹板四周设置有限位墩柱，用于限定钢丝绳隔震器的竖向移动方向。
9.所述的位移传感器设置在钢丝绳隔震器一侧，用于检测钢丝绳隔震器底部夹板的位移高度。
10.所述的岩土传感器为压电式传感器，用于监测岩土受到冲击震动时的加速度。
11.本发明还提供了上述气囊式智能隔震系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、系统监测外部环境冲击震动，并根据采集到的冲击震动信息判定震动类型；具体如下：当竖直方向加速度峰值超过预设阈值，判定为爆炸冲击震动；当水平方向加速度峰值超过设定阈值，则判定为天然地震动；当竖直方向加速度峰值和水平方向加速度峰值均未超过设定阈值，则判定为地脉动；步骤2、系统根据震动类型不同采取不同的控制策略，具体如下：当震动类型为爆炸冲击震动时，水平向隔震气囊均不起爆，此时若钢丝隔震器底部夹板向上运动至预定高度，则起爆竖向隔震气囊，由竖向隔震气囊承担所有负载；否则，竖向隔震气囊均不起爆，仅由钢丝绳隔震器承担所有负载；当震动类型为天然地震动时，竖向隔震气囊均不起爆，仅起爆水平向隔震气囊；当震动类型为地脉动时，竖向隔震气囊、水平向隔震气囊均不起爆。
12.本发明的有益效果：本发明通过借鉴汽车安全气囊减震理念，同时具备主动监测所处工作环境、定性辨识强动载类别、自主判别是否需要起爆隔震气囊的智能功能，可应对多类别强动载，并且提升既有钢丝绳隔震系统的隔震性能，降低钢丝绳隔震器的受拉振动，增强地下防护工程隔震系统的隔震能力。
附图说明
13.图1为本发明的整体结构示意图。
14.图2为本发明的控制方法流程图。
15.图3为检测控制装置的连接示意图。
16.图中：1、岩土传感器，2、水平向隔震气囊，3、竖直向隔震气囊，4、钢丝绳隔震器，5、控制器，6、驱动系统，7、地面，8、限位墩柱，9、地板，10、墙壁，11、岩土介质，12、位移传感器,401、底部夹板。
具体实施方式
17.下面将结合说明书附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
18.如图1、图3所示，一种气囊式智能隔震系统，包括钢丝绳隔震器4、水平向隔震气囊2、竖向隔震气囊3、检测控制装置和设置在硬化地面7上方的地板9，所述的钢丝绳隔震器4
均布于地板9底部，钢丝绳隔震器4顶部与地板9固连，底部与地面7不连接；在本发明的一个实施例中，所述地面7为混凝土地面，地板9也为混凝土制成的地板，钢丝绳隔震器4顶部夹板与地板9底面固连，底部夹板401置于地面7上而不与地面7连接，此时，钢丝绳隔震器4起到支撑地板9的作用；所述的水平向隔震气囊2设置在地板9侧面与墙壁10之间，用于水平方向的隔震；竖向隔震气囊3设置在地板9与地面7之间，用于竖直方向上的隔震；竖向隔震气囊3内预充有低压气体，在本发明的一个实施例中，预充低压气体为氮气，预充后，竖向隔震气囊3的囊袋长期处于半展开状态，可以提升气囊介入震动隔震过程的速度，降低气囊起爆过程中所产生的冲击力和附加加速度；所述的水平向隔震气囊2和竖向隔震气囊3均连接监测控制装置，所述监测控制装置包括控制器5、用于检测钢丝绳隔震器4的位移传感器12和埋设于地面下的岩土传感器1，监测控制装置连接有驱动系统6，驱动系统6用于分别驱动水平向隔震气囊2和竖向隔震气囊3。具体的，驱动系统6连接各个气囊的气体发生器，驱动系统6与驱动气体发生器的连接及驱动原理为公知技术，此处不再赘述。
19.所述的水平向隔震气囊2为单曲式隔震气囊，其具有一个充气型腔且充气型腔的轴线水平设置。
20.所述的竖向隔震气囊3为双曲式隔震气囊，其具有两个连通的充气型腔，且两个充气型腔的轴线共线并竖向设置。设定双曲式隔震气囊的结构也是为了降低气囊起爆过程中所产生的冲击力和附加加速度。
21.所述的钢丝绳隔震器4其底部夹板401四周设置有限位墩柱8，用于限定钢丝绳隔震器4的竖向移动方向。
22.所述的位移传感器12设置在钢丝绳隔震器4一侧，用于检测钢丝绳隔震器4底部夹板401的位移高度。
23.所述的岩土传感器1为压电式传感器，用于监测岩土受到冲击震动时的加速度。
24.本发明还提供了上述气囊式智能隔震系统的控制方法，包括以下步骤：步骤1、系统监测外部环境冲击震动，并根据采集到的冲击震动信息判定震动类型；具体如下：当竖直方向加速度峰值超过预设阈值，判定为爆炸冲击震动；当水平方向加速度峰值超过设定阈值，则判定为天然地震动；当竖直方向加速度峰值和水平方向加速度峰值均未超过设定阈值，则判定为地脉动；步骤2、系统根据震动类型不同采取不同的控制策略，具体如下：当震动类型为爆炸冲击震动时，水平向隔震气囊均不起爆，此时若钢丝隔震器底部夹板向上运动至预定高度，则起爆竖向隔震气囊，由竖向隔震气囊承担所有负载；否则，竖向隔震气囊均不起爆，仅由钢丝绳隔震器承担所有负载；当震动类型为天然地震动时，竖向隔震气囊均不起爆，仅起爆水平向隔震气囊；当震动类型为地脉动时，竖向隔震气囊、水平向隔震气囊均不起爆。
25.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。
26.本发明未详述部分为现有技术。