本发明涉及一种磁流变式建筑物基柱，属于建筑物抗震设防技术领域。
背景技术：
可以这样说，人类每时每刻都面临着遭受自然灾害破坏的风险。在各种自然灾害中，地震是具有超强破坏力的自然灾害之一。我国国内，从唐山大地震、汶川地震到玉树地震来看，地震带给灾民、社会和国家的损失是无法估量的。从地震破坏的机理来看，地震是以波的形式将有害能量传递给建筑物，致使建筑物发生上下左右的“抖动”，建筑物遭受不同程度的损坏。地震中，建筑物的损害是次要的，更重要的是建筑物内的人员由于建筑物的抖动倒塌遭受伤亡，有时就是毫秒只差，就能决定一个生命的存在与否。在地震面前渺小的我们，要抗拒地震的伤害是不可能的，唯一能做的就是减少我们在地震中受到的伤害。对于建筑物，抗震设防工作是最重要的，而目前建筑物的抗震设防普遍是加强建筑物基础的强度，属于“被动式”的抗震设防，不能从根本上减少地震对建筑物和人员的伤害。因此设计一种能够从根本上减少地震对建筑物的伤害的基柱对加强建筑物抗震设防尤为必要。
技术实现要素：
为解决现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是设计一种能够从根本上减少地震对建筑物的伤害的基柱，基柱为圆柱体，并且呈间断式空心体，空心腔内装有磁流变液；基柱内壁是光滑的并缠有线圈，外壁为粗糙面。该基柱内的磁流变液在建筑物遭遇地震的同时发生磁流变现象，利用磁流变液变化过程中的吸能效应吸收一部分由于地震建筑物将要发生的震动、抖动等，从而减少或延缓地震带给建筑物的破坏，以此来降低建筑物的损伤和为建筑物内的人员赢取更多逃生时间。该种基柱配备地震监测仪，解决检测地震强度和地震持续时间的问题；建筑物内安装角度传感器，用于检测建筑物在地震中倾斜程度；系统根据地震监测仪和角度传感器检测到的结果控制各个方位的磁流变基柱的工作状态。
本发明采用的技术方案是：一种磁流变式建筑物基柱包括空心腔、实心体、粗糙面、线圈、磁流变液、蓄电池、地震监测仪、角度传感器、单片机；线圈通过单片机与蓄电池连接；地震监测仪和角度传感器均与蓄电池连接；地震监测仪和角度传感器均与单片机连接；空心腔与实心体连接。
进一步的，磁流变液装于空心腔内，磁流变液采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当磁流变现象发生时，磁流变液具有吸能的作用；地震发生时会产生对建筑物和人体破坏性非常大的次声波，建筑物下面的土层动荡会使建筑物上下左右的抖动，磁流变现象过程中会吸收其中一部分有害次声波和迫使建筑物发生抖动的“有害能量”，实现减震和延缓震动的作用，从而降低地震对建筑的损害，一定程度上也保护建筑物内人员的安全。
进一步的，空心腔和实心体共同组成基柱的柱体，基柱总体形状为圆柱体，基柱整体呈间断式空心状，即一段空心一段实心依次连续构成整根基柱，每根基柱顶部和底部均为实心体；基柱整体材料为合金钢，其长度和横截面半径由建筑物的大小和抗震的级设计；基柱的外表面为粗糙面，能够与建筑物基础更好的贴合。
进一步的，基柱的每个空心腔内都缠有线圈，每根基柱上的所有线圈均由一根主线供电，采取并联的连接方式，主线与建筑物电网和蓄电池连接，系统工作的电能来源第一选择是建筑物电网，发生地震时，如果建筑物电网瘫痪，系统会切换到由蓄电池供电。
进一步的，地震监测仪为现有装置；地震监测仪由建筑物电网供电，建筑物建造完成后地震监测仪即开始工作；地震检测仪安装于建筑物底层或者易于工作人员调试或者检修的地方；地震是通过地震波的形式对地面上的建筑物造成伤损害的，地震波又分为横波和纵波，地震监测仪通过地震波接受装置检测横波和纵波，再根据其他相关装置的综合分析，就确定了地震的方位和强度；地震监测仪将检测到的数据反馈给单片机。
进一步的，角度传感器为现有装置，型号为l3g4200d，安装于建筑物底层的中心位置，由于地震中建筑物不是沿垂直或者水平方向抖动或者震动，往往是带有一定角度的抖动或者震动，所以由角度传感器负责实时检测地震中建筑物向各个方向偏移的程度，并且将检测到的实时角度偏移数据反馈给单片机。
进一步的，整根磁流变式基柱位于整栋建筑物的下面；地震波分为纵波和横波，所以在地震发生时建筑物往往会发生纵向和横向上的抖动，因此此种基柱在安装时采用横向和纵向共存的安装方式，总体呈现为立体网格；框架中的基柱分为横向基柱和纵向基柱两种，纵向安装的基柱一端与建筑物直接接触，横向安装的基柱与纵向安装的基柱连接；纵向和横向的密度根据建筑物的大小和建筑物抗震设防要求设计安装；横向基柱负责吸收一部分由横波引起的抖动和震动，纵向基柱负责吸收一部分由纵波引起的抖动和震动。
进一步的，单片机接收来自于地震监测仪和角度传感器在地震时测得的数据，并根据接收到的数据控制基柱内线圈接入的电流强度从而控制基柱内磁流变液的工作状态和工作强度。
在该种磁流变基柱的系统电路图中，xtal1，xtal2，相接的电路为单片机工作所必须的起震电路。rst相接的是单片机开关，可通过按键控制整个电路的开关。与p0.5相接的是地震监测仪，传感器采用压电陶瓷片作为振动检测器件，当地震来临时检测地震的强度和持续时间。与p0.6、p0.7相接的是角度传感器三轴陀螺仪l3g4200d，可以测量出物体绕x、y、z三轴角速度的变化，从而监控建筑物在地震中的倾斜程度。与p1.7相接的是磁流变基柱，地震时单片机通过角度传感器和地震监测仪所收集的信息，控制各个方位的磁流变基柱的工作方式和工作强度。单片机型号：at89c51
过程描述：该磁流变式建筑物地基基柱，基柱内是间断式空心，空心腔里装有磁流变液。地震时，地震监测仪检测地震强度和持续时间，角度传感器检测建筑物在地震中的倾斜程度。将测得的信息传感单片机，单片机根据地震情况控制各个方位的磁流变基柱的工作方式和工作强度。基柱内的磁流变液的吸能效应吸收一部分由于地震将建筑物将要受到的震动和抖动等，减少地震带给建筑物的伤害。
一种磁流变式建筑物基柱，其控制方法如以下步骤：
步骤1.建筑物建造完毕即将使用之前，安装于建筑物底层的地震监测仪与建筑物电网接通并开始工作，实时监测是否有地震发生，当地震发生时检测地震强度和地震持续时间并将检测数据反馈给单片机。
步骤2.当地震发生，单片机收到地震监测仪的数据时，角度传感器接通电源并实时检测建筑物抖动时的偏移状况，并将检测数据反馈给单片机。
步骤3.单片机接收到地震监测仪和角度传感器的检测数据后，判断出建筑物各个方位的抖动或震动情况和角度偏移情况，综合地震强度、持续时间和偏移程度给不同方位的基柱内的线圈接通不同强度的电流，从而控制各个方位基柱内磁流变液的工作强度，以此保证建筑物在地震中能够尽量降低抖动强度和尽量维持稳定。
步骤4.如果建筑物电网在地震中瘫痪，那么系统会接通蓄电池，保证系统能够正常运行。
本发明的工作原理是：基柱为圆柱体，并且呈间断式空心体，空心腔内装有磁流变液；基柱内壁是光滑的并缠有线圈，外壁为粗糙面。该基柱内的磁流变液在建筑物遭遇地震的同时发生磁流变现象，利用磁流变液变化过程中的吸能效应吸收一部分由于地震建筑物将要受到的震动、抖动等，从而减少或延缓地震带给建筑物的破坏，以此来降低建筑物的损伤和为建筑物内的人员赢取更多逃生时间。该种基柱配备地震监测仪，解决检测地震强度和地震持续时间的问题；建筑物内安装角度传感器，用于检测建筑物在地震中倾斜程度；系统根据地震监测仪和角度传感器检测到的结果控制各个方位的磁流变基柱的工作状态。
该种磁流变式建筑物基柱在发生地震时的工作情况如下：
基柱的工作状况主要体现在基柱空心腔内磁流变液反生磁流变现象的频率、持续时间以及磁流变强度三个方面，而这三个方面是以地震监测仪和角度传感器的监测数据为依据、单片机综合控制实现的。地震监测仪会反馈给单片机地震强度、地震持续时间、横波和纵波的频率等相关数据，而角度传感器则反馈给单片机建筑物在地震中的偏移数据。首先，磁流变现象是可逆的，并且是毫秒级的可逆过程。单片机通过横波和纵波的频率分别给横向基柱和纵向基柱以相应的供电频率给空心腔内的线圈供电，从而使磁流变现象具有一定的变化频率，能够更好吸收由横波和纵波带来的抖动和震动。另外，由于地震通常是有一定的持续时间和强度变化，单片机通过接收到的地震强度和持续时间实时控制通向各个基柱内线圈电流的大小和通电时间。地震时，建筑物不会沿垂直或者水平方向下沉、抖动，由于建筑物下的土基不均匀，往往会使建筑物在具有一定倾角的情况下发生下沉、抖动。当角度传感器检测到建筑物在倾斜时，单片机会通过控制通向倾斜一方的基柱内线圈的电流大小加大磁流变现象强度，从而增强其刚度；相反的，在翘起一方的基柱内磁流变现象会比倾斜一方的稍弱，基柱刚度会稍低。这样，一方面通过磁流变现象吸收横向、纵向的震动和抖动，一方面通过不同方位基柱刚度的差异抵消一部分由于地基不均匀导致的倾斜，两方面结合起来达到减少或者延缓地震带给建筑物的损伤。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、此种基柱内的磁流变液在工作时能够吸收地震将要传递给建筑物的有害能量，如地震波、地基抖动和震动等，从根本上减少地震对建筑物的损害；2、在不影响建筑物的整体外观和基础强度的前提下提高了建筑物抗震设防等级；3、磁流变效应的发生能够一定程度上“延缓”建筑物受震的时间，可为建筑物内的人员争取更多的逃生时间；4、此建筑物基柱系统在建筑物内安装地震监测仪，建筑物内的人员可第一时间得知地震消息，对地震逃生起到一定作用。
附图说明
图1为该种磁流变式建筑物基柱的整体结构图；
图2为该种磁流变式建筑物基柱的系统电路图；
图中各个标号为：1-空心腔；2-实心体；3-粗糙面；4-线圈；5-磁流变液；7-地震监测仪8-角度传感器；9-单片机。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
请参阅图1，一种磁流变式建筑物基柱，其特征在于包括空心腔1、实心体2、粗糙面3、线圈4、磁流变液5、蓄电池6、地震监测仪7、角度传感器8、单片机9；线圈4通过单片机9与蓄电池6连接；地震监测仪7和角度传感器8均与蓄电池6连接；地震监测仪7和角度传感器8均与单片机9连接；空心腔1与实心体2连接。
磁流变液5装于空心腔1内，磁流变液5采用的是一种智能材料，由磁性颗粒、防沉降凝聚添加剂按照一定的比例悬浮于母液中配置而成；在未加磁场的情况下，磁流变液呈现牛顿流体状态，但是在施加磁场的一瞬间，它的黏性和塑性等流变特性会发生急剧性的变化，毫秒级内即可实现牛顿流体到非牛顿流体的转变呈半固态或固态，且这种转变是可逆的，从而产生磁流变现象；当磁流变现象发生时，磁流变液具有吸能的作用；地震发生时会产生对建筑物和人体破坏性非常大的次声波，建筑物下面的土层动荡会使建筑物上下左右的抖动，磁流变现象过程中会吸收其中一部分有害次声波和迫使建筑物发生抖动的“有害能量”，实现减震和延缓震动的作用，从而降低地震对建筑的损害，一定程度上也保护建筑物内人员的安全。
空心腔1和实心体2共同组成基柱的柱体，基柱总体形状为圆柱体，基柱整体呈间断式空心状，即一段空心一段实心依次连续构成整根基柱，每根基柱顶部和底部均为实心体2；基柱整体材料为合金钢，其长度和横截面半径由建筑物的大小和抗震的级设计；基柱的外表面为粗糙面，能够与建筑物基础更好的贴合。
基柱的每个空心腔内都缠有线圈4，为磁流变现象提供磁场，每根基柱上的所有线圈均由一根主线供电，采取并联的连接方式，主线与建筑物电网和蓄电池6连接，系统工作的电能来源第一选择是建筑物电网，发生地震时，如果建筑物电网瘫痪，系统会切换到由蓄电池6供电。
地震监测仪7为现有装置；地震监测仪7由建筑物电网供电，建筑物建造完成后地震检测仪7即开始工作；地震监测仪7安装于建筑物底层或者易于工作人员调试或者检修的地方；地震是通过地震波的形式对地面上的建筑物造成伤损害的，地震波又分为横波和纵波，地震监测仪7通过地震波接受装置检测横波和纵波，再根据其他相关装置的综合分析，就确定了地震的方位和强度；地震监测仪将检测到的数据反馈给单片机9。
角度传感器8为现有装置，型号为l3g4200d，安装于建筑物底层的中心位置，由于地震中建筑物不是沿垂直或者水平方向抖动或者震动，往往是带有一定角度的抖动或者震动，所以由角度传感器8负责实时检测地震中建筑物向各个方向偏移的程度，并且将检测到的实时角度偏移偏移数据反馈给单片机9。
整根磁流变式基柱位于整栋建筑物的下面；地震波分为纵波和横波，所以在地震发生时建筑物往往会发生纵向和横向上的抖动，因此此种基柱在安装时采用横向和纵向共存的安装方式，总体呈现为立体网格；纵向安装的基柱一端与建筑物直接接触，横向安装的基柱与纵向安装的基连接；框架中的基柱分为横向基柱和纵向基柱两种，纵向和横向安装的密度根据建筑物的大小和建筑物抗震设防要求设计安装；横向基柱负责吸收一部分由横波引起的抖动和震动，纵向基柱负责吸收一部分由纵波引起的抖动和震动。
单片机9接收来自于地震监测仪7和角度传感器8在地震时测得的数据，并根据接收到的数据控制基柱内线圈接入的电流强度从而控制基柱内磁流变液的工作状态和工作强度。
该种磁流变式建筑物基柱在发生地震时的工作情况如下：
基柱的工作状况主要体现在基柱空心腔内磁流变液反生磁流变现象的频率、持续时间以及磁流变强度三个方面，而这三个方面是以地震监测仪和角度传感器的监测数据为依据、单片机综合控制实现的。地震监测仪会反馈给单片机地震强度、地震持续时间、横波和纵波的频率等相关数据，而角度传感器则反馈给单片机建筑物在地震中的偏移数据。首先，磁流变现象是可逆的，并且是毫秒级的可逆过程。单片机通过横波和纵波的频率分别给横向基柱和纵向基柱以相应的供电频率给空心腔内的线圈供电，从而使磁流变现象具有一定的变化频率，能够更好吸收由横波和纵波带来的抖动和震动。另外，由于地震通常是有一定的持续时间和强度变化，单片机通过接收到的地震强度和持续时间实时控制通向各个基柱内线圈电流的大小和通电时间。地震时，建筑物不会沿垂直或者水平方向下沉、抖动，由于建筑物下的土基不均匀，往往会使建筑物在具有一定倾角的情况下发生下沉、抖动。当角度传感器检测到建筑物在倾斜时，单片机会通过控制通向倾斜一方的基柱内线圈的电流大小加大磁流变现象强度，从而增强其刚度；相反的，在翘起一方的基柱内磁流变现象会比倾斜一方的稍弱，基柱刚度会稍低。这样，一方面通过磁流变现象吸收横向、纵向的震动和抖动，一方面通过不同方位基柱刚度的差异抵消一部分由于地基不均匀导致的倾斜，两方面结合起来达到减少或者延缓地震带给建筑物的损伤。
请参阅图2，在该种磁流变基柱的系统电路图中，xtal1，xtal2，相接的电路为单片机9工作所必须的起震电路。rst相接的是单片机开关，可通过按键控制整个电路的开关。与p0.5相接的是地震监测仪7，传感器采用压电陶瓷片作为振动检测器件，当地震来临时检测地震的强度和持续时间。与p0.6、p0.7相接的是角度传感器8三轴陀螺仪l3g4200d，可以测量出物体绕x、y、z三轴角速度的变化，从而监控建筑物在地震中的倾斜程度。与p1.7相接的是磁流变基柱，地震时单片机通过角度传感器8和地震监测仪7所收集的信息，控制各个方位的磁流变基柱的工作方式和工作强度。单片机9的型号：at89c51。
过程描述：该磁流变式建筑物基柱，基柱内是间断式空心，空心腔里装有磁流变液。地震时，地震监测仪7检测地震强度和持续时间，角度传感器8检测建筑物在地震中的倾斜程度。将测得的信息传感单片机9，单片机9根据地震情况控制各个方位的磁流变基柱的工作方式和工作强度。基柱内的磁流变液的吸能效应吸收一部分由于地震将建筑物将要受到的震动和抖动等，减少地震带给建筑物的伤害。
上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和保护范围进行限定，在不脱离本发明构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应在本发明的保护范围之内。