CN109681571A - 一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法 - Google Patents

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    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
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Abstract

本发明公开了一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法。该系统包括传感器，远程信号收发处理终端，阻尼调节子系统，质量调节子系统。传感器布设在桥位外围，对各种外部激励作用进行实时监测。阻尼调节子系统包含多个可调阻尼器，阻尼器布置在墩梁连接处。质量调节子系统包含质量块，吊装小车，小车轨道以及连接件。质量块初始存放在墩身两侧，轨道沿顺桥向铺设在主梁底部，连接件安装在主梁底部。该方法通过传感器采集各种外部激励作用信号并实时传输至远程信号收发处理终端进行处理运算，获得最优的阻尼调节子系统和质量调节子系统调整方案。最终改变结构自身振动特性，避开高能振动频带，实现结构在实时状态下的最优动力特性。

Description

一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法
技术领域
本发明涉及桥梁工程技术领域，具体是一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法。
背景技术
桥梁作为一种耗资巨大、设计建造周期和使用年限都很长的大型基础交通设施，在促进国民经济建设、地域文化交流和推动社会发展中发挥着极为重要的作用。在漫长的使用年限中，桥梁在强风、地震、波浪等外部激励作用下产生的振动会引起桥梁结构损坏、承载能力降低，严重影响了桥梁的安全性和可靠性。当前桥梁监测技术发展迅猛，新型测量技术的研究和无线监测系统的开发使得获得的自然环境激励信息更加全面，精确，且获得更加迅速，然而结构在外部激励作用下的调整措施显得十分乏力。当前多是采取安全预警评估，实施交通管制等“防御式软措施”，而对预先安装的阻尼器等硬件设备，大多也只能被动的固化工作，且应对环境功能单一，难以适应复杂多变的不同类型外部环境激励。因此，从桥梁结构自身调整入手并利用现代信息手段，将软硬件技术充分融合，开发一种面对不同环境激励时，具有能适时、自动调整结构自身动力特性功能的桥梁智能触配减振系统，保障桥梁结构安全，具有重要的现实意义。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法。
本发明解决所述系统技术问题的技术方案是，提供一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于该系统包括传感器，远程信号收发处理终端，阻尼调节子系统，质量调节子系统。
传感器布设在桥位外围，对各种外部激励作用进行实时监测，外部激励作用类型包括强风，船只、浮冰等漂浮物撞击，地震，波浪，车辆冲击振动等。
阻尼调节子系统包含多个可调阻尼器，阻尼器布置在墩梁连接处。在远程信号收发处理终端发出调节信号后，子系统触控各个阻尼器开关并调整其参数，调节各个阻尼器特性，从而改变桥梁结构阻尼特性。
质量调节子系统包含质量块，吊装小车，小车轨道以及连接件。质量块初始存放在墩身两侧，轨道沿顺桥向铺设在主梁底部，连接件安装在主梁底部。在远程信号收发处理终端发出调节信号后，触发吊装小车并将将相匹配的质量块由墩身两侧的初始位置吊运至主梁底部相应位置上，并通过连接件与主梁锁定，从而改变结构质量分布特性。
本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种面向环境激励的桥梁智能触配减振方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、采用传感器对各种外部激励作用进行实时监测，并将信号实时传输至远程信号收发处理终端。
步骤2、远程信号收发处理终端硬件设备内嵌的算法对信号进行迅速处理运算。该算法通过在外部激励的频谱图上得到高能振动频带，确定优化频率区间，根据结构动力优化理论，对桥梁结构质量和阻尼特性进行优化分配计算，得出目标激励作用下最优的结构动力参数，获得最优调整方案。远程信号收发处理终端将调整指令发送至阻尼调节子系统和质量调节子系统。
步骤3、阻尼调节子系统和质量调节子系统接收到调节指令后触发各自抑振装置，两子系统独立工作，根据最优调解方案来调节任一子系统或同时调节两套子系统。阻尼调节子系统通过吊装小车将相匹配的质量块由墩身两侧的初始位置吊运至主梁相应位置上，从而改变结构质量分布特性。阻尼调节子系统触发并调节各个阻尼器特性，从而改变桥梁结构阻尼特性。最终通过抑振装置的作用改变结构的自身振动特性，避开高能振动频带，实现结构在实时状态下的最优动力特性。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)该系统的调节方式具有主动性。通过主动调节结构质量参数或阻尼参数，从而改变结构的自身固有动力特性，避开外部激励下的高能频带，达到抑制振动、防止共振的效果。
(2)该系统具有实时性。从信号监测，到终端算法给出调整方案，再到子系统做出调整，均在短时间内完成，快速对外部激励做出应对，保障结构的安全。
(3)该系统在监测调控环境激励上具有多源性。该系统可应对多种复杂多变的外部环境激振源，包括强风，地震，波浪，车辆冲击振动，船只、浮冰等漂浮物撞击，打破了传统抑振设备应对环境功能单一，难以适应复杂多变的多种类型外部环境激励作用的弊端。
(4)该系统具有超前性，预测性。该系统不仅可对实时监测的信号进行监测调控，还可通过联网气象预报信息，对未来一段时间内即将到来的飓风，海啸等恶劣环境的外部激励进行频谱预测及分析，并预先对阻尼调节子系统和质量调节子系统做出应急调控方案，大大增强桥梁结构在恶劣外部环境下的安全性，稳定性。
(5)该系统具有高度信息集成性。融合现代传感器技术、测控技术、数据处理、无线通信等新兴技术，对桥梁健康状态进行长期、实时的观察和测量，又通过数据分析，算法求解优化方案来评估桥梁不同时期的状态和安全性能，并进行子系统动态调整，为桥梁的运营管理和评估维护提供了强大支撑。
(6)该系统中两套调节子系统相互独立工作，在优化结构动力参数时既可单独采用其中一套系统进行调节，也可两套同时进行调整，使调整方案更加灵活多样，使调整结果更加精确。
附图说明
图1为本发明面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法实施例的工作流程示意图。
图2为本发明面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法实施例的阻尼调节子系统示意图。
图3为本发明面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法实施例的质量调节子系统平面示意图。
图4为本发明面向环境激励的桥梁智能触配减振系统及方法实施例质量调节子系统立面示意图。(图中：1、阻尼器；2、质量块；3、吊装小车；4、小车轨道；5、连接件)
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于该系统包括传感器，远程信号收发处理终端，阻尼调节子系统，质量调节子系统。
所述传感器布设在桥位外围，对各种外部激励作用进行实时监测，外部激励作用类型包括强风，船只、浮冰等漂浮物撞击，地震，波浪，车辆冲击振动等。
所述阻尼调节子系统包含多个可调阻尼器1，阻尼器1布置在墩梁连接处。在远程信号收发处理终端发出调节信号后，子系统触控各个阻尼器1开关并调整其参数，调节各个阻尼器1特性，从而改变桥梁结构阻尼特性。
所述质量调节子系统包含质量块2，吊装小车3，小车轨道4以及连接件5。质量块2初始存放在墩身两侧，轨道4沿顺桥向铺设在主梁底部，连接件5安装在主梁底部。在远程信号收发处理终端发出调节信号后，吊装小车3将相匹配的质量块2由墩身两侧的初始位置吊运至主梁底部相应位置上，并通过连接件5与主梁固接，从而改变结构质量分布特性。
所述阻尼调节子系统和质量调节子系统独立工作，可根据最优调解方案调节任一子系统或同时调节两套子系统。
所述连接件5将质量块2与主梁固结在一起，面对环境激励时无相对位移。所述连接件5数量为多个，在主梁底部沿纵桥向均匀分布，根据主梁跨径确定合适的连接件5安装数量及间距。
本发明同时公开了一种面向环境激励的桥梁智能触配减振方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、采用传感器对各种外部激励作用进行实时监测，并将信号实时传输至远程信号收发处理终端。
步骤2、远程信号收发处理终端硬件设备内嵌的算法对信号进行迅速处理运算。该算法通过在外部激励的频谱图上得到高能振动频带，确定优化频率区间，根据结构动力优化理论，对桥梁结构质量和阻尼特性进行优化分配计算，得出目标激励作用下最优的结构动力参数，获得最优调整方案。远程信号收发处理终端将调整指令发送至阻尼调节子系统和质量调节子系统。
步骤3、阻尼调节子系统和质量调节子系统接收到调节指令后触发各自抑振装置，两子系统独立工作，根据最优调解方案来调节任一子系统或同时调节两套子系统。阻尼调节子系统通过吊装小车3将相匹配的质量块2由墩身两侧的初始位置吊运至主梁相应位置上，从而改变结构质量分布特性。阻尼调节子系统触发并调节各个阻尼器1特性，从而改变桥梁结构阻尼特性。最终通过抑振装置的作用改变结构的自身振动特性，避开高能振动频带，实现结构在实时状态下的最优动力特性。
本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (7)

1.一种面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于该系统包括传感器，远程信号收发处理终端，阻尼调节子系统，质量调节子系统；传感器布设在桥位外围；阻尼调节子系统包含多个可调节阻尼器，阻尼器布置在墩梁连接处；质量调节子系统包含质量块，吊装小车，小车轨道以及连接件；质量块初始存放在墩身两侧，轨道沿顺桥向铺设在主梁底部，吊装小车可在轨道上移动并将质量块由墩身两侧吊运至主梁底并通过连接件固定。
2.根据权利要求1所述的面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于，该系统可监测调控的外部激励作用类型，包括强风，地震，波浪，车辆冲击振动，船只、浮冰等漂浮物撞击。
3.根据权利要求1所述的面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于，阻尼调节子系统和质量调节子系统独立工作，可根据最优调解方案调节任一子系统或同时调节两套子系统。
4.根据权利要求1所述的面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于，所述阻尼调节子系统在远程信号收发处理终端发出调节信号后，触发并调节各个阻尼器特性，从而改变桥梁结构阻尼特性。
5.根据权利要求1所述的面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于，所述质量调节子系统在远程信号收发处理终端发出调节信号后，触发吊装小车并将相匹配的质量块由墩身两侧的初始位置吊运至主梁相应位置上，从而改变结构质量分布特性。
6.根据权利要求1所述的面向环境激励的桥梁智能触配减振系统，其特征在于，所述连接件将质量块与主梁锁定在一起，面对环境激励时无相对位移；所述连接件数量为多个，在主梁底部沿纵桥向均匀分布；根据主梁跨径确定合适的连接件安装数量及间距。
7.一种面向环境激励的桥梁智能触配减振方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤1、采用传感器对各种外部激励作用进行实时监测，并将信号实时传输至远程信号收发处理终端。
步骤2、远程信号收发处理终端硬件设备内嵌的算法对信号进行迅速处理运算；该算法通过在外部激励的频谱图上得到高能振动频带，确定优化频率区间，根据结构动力优化理论，对桥梁结构质量和阻尼特性进行优化分配计算，得出目标激励作用下最优的结构动力参数，获得最优调整方案；远程信号收发处理终端将调整指令发送至阻尼调节子系统和质量调节子系统。
步骤3、阻尼调节子系统和质量调节子系统接收到调节指令后触发各自抑振装置，两子系统独立工作，根据最优调解方案来调节任一子系统或同时调节两套子系统；阻尼调节子系统通过触发吊装小车并将相匹配的质量块由墩身两侧的初始位置吊运至主梁相应位置上，从而改变结构质量分布特性；阻尼调节子系统触发并调节各个阻尼器特性，从而改变桥梁结构阻尼特性；最终通过抑振装置的作用改变结构的自身振动特性，避开高能振动频带，实现结构在实时状态下的最优动力特性。
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