本发明涉及土木工程防震减灾，具体涉及一种基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座。
背景技术：
1、隔震技术作为一项地震减灾的有效手段，通过增设隔震支座，使结构振动周期延长，从而降低地震作用的影响，并将结构的变形集中在隔震层，有效减小了上部结构以及非结构构件的损伤程度。然而，隔震结构在面对一些特殊类型的地震动时可能会面临挑战。例如，当遇到低频成分丰富的远场长周期地震动或者近断层脉冲型地震动时，隔震结构容易发生类共振效应，导致隔震支座位移超限，进而影响其减震效果。同时，在超出设计预期的强烈地震作用下，隔震支座会有失效的可能，使得隔震系统功能受损，甚至导致结构损坏。因此，为了提高隔震结构的整体韧性和抗震性能，需要不断深入研究和改进隔震技术；优化隔震支座的设计，增强结构的整体抗震能力，以及建立健全的监测和维护机制，确保隔震结构在地震事件中能够有效发挥其减灾作用，降低人员和财产损失。
2、为解决上述问题，进一步推广应用隔震技术，一种有效的思路是结合了主动控制和隔震技术的创新型防震装置。与传统的隔震支座不同，半主动控制隔震支座具有能够感知结构振动状态并主动调节减震效果的能力。这种支座通常包括可控装置和控制系统(算法)。控制系统(算法)中包含传感器用于监测结构的振动响应，将数据传输给控制算法。控制系统根据实时的振动信息，通过对隔震支座进行动态调节，以实现对结构振动的精准控制。
3、因此，需要针对上述特殊地震动下的高层基础隔震结构的抗震特点进行合理的隔震支座设计，减轻结构在上述特殊地震动下的结构和构件破坏程度。调整或改变结构的动力特性或动力作用，从而为结构抗震提供一条安全有效的途径。
4、常见隔震支座有橡胶隔震支座、铅芯橡胶支座或滑动隔震支座等，其工作原理是利用隔震装置将地震时建筑物的摆动转化为建筑物相对于地面的位移，通过隔震装置刚性和柔性相结合的优点，吸收地震是建筑体的能量，大大降低建筑物的扭曲和摇摆，从而降低结构和构件的损坏。此类隔震支座既能有效降低水平地震作用，又能承受较大竖向荷载，延长结构周期，具有较好的隔震效果。
5、摩擦摆隔震支座是一种常用于建筑物和桥梁等结构的隔震装置，用于减小地震引起的结构振动。它的基本原理是利用摩擦力和摆动作用来消耗地震能量，从而减轻结构所受到的地震影响。这种隔震支座通常由一个支座和一个摩擦面组成。支座可以是一个底座，而摩擦面则覆盖在底座和结构之间。当地震发生时，结构产生振动，摩擦摆隔震支座的摩擦面会产生摩擦力，这会限制结构的振动幅度并吸收地震能量，从而保护结构不受严重损坏。摩擦摆隔震支座的优点之一是其相对简单的设计和安装，同时具有较高的可靠性和耐久性。此外，它们还可以根据结构的需要进行调节，以实现更精准的隔震效果。
6、通常应用于机械设备的动能回收技术手段，旨在有效利用动能转换为其他形式的能源，以实现能源的节约和再利用。在汽车领域，动能回收系统常见于制动能量回收技术，通过利用制动时车轮的动能，将其转化为电能并储存于电池中，以供车辆后续使用，从而提高整车的能源利用效率，延长电池的续航里程。而在工业生产中，动能回收技术也广泛应用于各种减速机械设备、电梯和传送带等，通过捕捉减速或停止过程中产生的动能，将其转化为电能或其他形式的能量，以减少能源的浪费和提高设备的运行效率。动能回收技术的应用有助于降低对传统能源的依赖，减少环境污染，提高能源利用效率，对促进可持续发展和环保产生积极影响。
7、然而，目前隔震支座存在一些问题，如：隔震支座在多次变形后残余变形较大，阻尼比会随着变形次数而减小，其耐久性会变差；特殊地震动下隔震支座容易出现位移超限和结构共振破坏。
8、有鉴于此，特提出此发明。
技术实现思路
1、本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，本发明提供了一种有效解决特殊地震动下隔震支座位移超限问题以及隔震结构可能发生共振问题的半主动控制摩擦摆隔震支座，基于动能回收技术，将摩擦摆抗震支座双向位移解耦并附加电动机，根据传感器检测到的地震时的位移、加速度、速度等指标，通过控制系统调节电动机动能回收力度或必要时电动机主动提供阻尼力，以此实现半主动控制。即通过调节电动机的动能回收力度或主动工作来实现摩擦摆的半主动控制。
2、为实现上述目的，本发明采取了如下技术方案：
3、本发明提供了一种基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，包括从下至上依次设置的支座底板、支座中板和支座上盖，在所述支座底板和支座中板、所述支座中板和支座上盖之间分别设置有一组平行的簧片阻尼齿条，在所述簧片阻尼齿条的下端设置有与之配合传动的阻尼齿轮，在所述支座底板和支座中板设置簧片阻尼齿条的两侧均安装有电机减速装置，所述阻尼齿轮通过齿轮传动轴与电机减速装置中的减速器连接。
4、进一步地，在所述支座底板和支座中板之间设置的簧片阻尼齿条方向与支座中板和支座上盖之间设置的簧片阻尼齿条方向相互垂直。
5、进一步地，所述簧片阻尼齿条由上限位槽与带有弧形传动齿的下限位槽夹持两侧簧片组成，所述上限位槽通过齿条固定螺杆与支座中板或支座上盖固定连接。
6、进一步地，所述簧片通过簧片固定螺杆固定在上限位槽上，所述簧片与下限位槽之间保持滑动状态。
7、进一步地，所述簧片可以替换为弹簧或者其他能够保证簧片阻尼齿条与阻尼齿轮有效啮合的装置，所述簧片与下限位槽接触可以替换为滑轮或者其他能够减少摩擦损耗的装置。
8、进一步地，所述簧片阻尼齿条的中部设置转动轴孔，所述转动轴孔与设置在支座上盖或支座中板两侧的固定轴转动连接，所述簧片阻尼齿条通过在中部设置转动轴孔，将其限位在所述支座中板和支座上盖/支座中板和支座底板之间并转动。
9、进一步地，所述支座上盖的下表面以及支座中板的下表面的中部均设置有向下凸出的弧形摩擦面，而在所述支座中板的上表面和支座底板的上表面对应设置有相互配合的向下凹的弧形摩擦面。
10、进一步地，在所述支座中板的上表面和支座底板的上表面对应的弧形摩擦面两侧设置有定位槽，对应地，在所述支座上盖的下表面和支座中板的下表面上设置有与定位槽配合定位的定位部，在弧形摩擦面和定位槽之间安装有簧片阻尼齿条。
11、进一步地，所述电机减速装置由两端设置的电动机和中间连接的减速器组成。
12、进一步地，所述减速器为采用固定齿比或可调齿比的自动变速箱结构。
13、进一步地，所述摩擦摆隔震支座电连接控制系统，通过传感器模块可以将震动电信号传递到控制系统中，由控制系统控制电动机输出速度，电源采用电池和国网双供电模式，电源电池可以作为动能回收的储能装备。
14、进一步地，所述传感器模块可以是探测到物体显著振动或者显著位移的其他电路控制模块。
15、进一步地，电源电池与支座上部结构的固结可以是设置预埋件连接、螺栓连接或者焊接等方式。
16、进一步地，电动机可以提供足够阻尼力的大扭矩规格。
17、进一步地，所述阻尼齿轮、电动机传动轴、齿轮传动轴和减速器的材料应具有足够的强度和刚度。
18、本发明具有以下有益效果：
19、1、相比于传统高层基础隔震结构，本发明设计一种新型半主动控制摩擦摆隔震支座，采用水平正交解耦的设计，采用电动机经减速器调节施加双向可控制阻尼力，在不同类型地震作用下调节阻尼力大小，避免共振破坏，解决隔震支座的位移超限问题，耗散地震能量，减轻结构和构件的损伤；同时采用动能回收技术能够利用地震能量，达到绿色低碳环保。
20、2、本发明的半主动控制摩擦摆隔震支座在地震过程中充分耗能后，当地震结束，通过电动机推动来主动调节支座三层板相对位置，整个系统能主动恢复震前初始位置，以便系统在后续余震中能够继续发挥减隔震能力，尽量减少余震的后续破坏。
1.一种基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，包括从下至上依次设置的支座底板(1)、支座中板(2)和支座上盖(3)，在所述支座底板(1)和支座中板(2)、所述支座中板(2)和支座上盖(3)之间分别设置有一组平行的簧片阻尼齿条(7)，在所述簧片阻尼齿条(7)的下端设置有与之配合传动的阻尼齿轮(6)，
2.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，在所述支座底板(1)和支座中板(2)之间设置的簧片阻尼齿条(7)方向与支座中板(2)和支座上盖(3)之间设置的簧片阻尼齿条(7)方向相互垂直。
3.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述簧片阻尼齿条(7)由上限位槽(73)与带有弧形传动齿(74)的下限位槽(72)夹持两侧簧片(71)组成，所述上限位槽(73)通过齿条固定螺杆(77)与支座中板(2)或支座上盖(3)固定连接。
4.根据权利要求3所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述簧片(71)通过簧片固定螺杆(76)固定在上限位槽(73)上，所述簧片(71)与下限位槽(72)之间保持滑动状态。
5.根据权利要求3所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述簧片(71)为弹簧或者其他能够保证簧片阻尼齿条(7)与阻尼齿轮(6)有效啮合的装置，所述簧片(71)与下限位槽(72)接触为滑轮或者其他能够减少摩擦损耗的装置。
6.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述簧片阻尼齿条(7)的中部设置转动轴孔(75)，所述转动轴孔(75)与设置在支座上盖(3)或支座中板(2)两侧的固定轴转动连接，所述簧片阻尼齿条(7)通过在中部设置转动轴孔(75)，将其限位在所述支座中板(2)和支座上盖(3)/支座中板(2)和支座底板(1)之间并转动。
7.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述支座上盖(3)的下表面以及支座中板(2)的下表面的中部均设置有向下凸出的弧形摩擦面，而在所述支座中板(2)的上表面和支座底板(1)的上表面对应设置有相互配合的向下凹的弧形摩擦面。
8.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，在所述支座中板(2)的上表面和支座底板(1)的上表面对应的弧形摩擦面两侧设置有定位槽，在弧形摩擦面和定位槽之间安装有簧片阻尼齿条(7)。
9.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述电机减速装置由两端设置的电动机(4)和中间连接的减速器(5)组成。
10.根据权利要求1所述的基于动能回收原理的新型半主动控制摩擦摆隔震支座，其特征在于，所述减速器(5)为采用固定齿比或可调齿比的自动变速箱结构。
