CN109695199A - 一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统，属于桥梁结构主动控制技术领域。该减震阻尼系统包括弹簧、阻尼、质量块、变速器、摩擦片、电磁控制开关和位移传感器。其中的摩擦片、电磁控制开关和位移传感器组成了摩擦型控制器，用来作为主动控制作动器。本发明的优点是不需要提供大功率的外部能源输入，仅采用小功率电磁控制开关来驱动摩擦型主动控制作动器，就可以提供给阻尼器系统较大的摩擦力输出，然后经过齿轮齿条传动系统，把摩擦力放大后传递给主梁，有效地控制主梁在地震荷载下的振动，从而减小地震对桥墩、桥台及索塔等结构的破坏。
Description
技术领域
本发明属于桥梁结构主动控制技术领域，涉及到桥梁的减震技术，特别涉及到一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统。
背景技术
大跨径桥梁在地震时，主梁的纵向位移较大，主梁的惯性力会传递给桥墩、桥台或索塔，造成这些结构承受较大的弯矩。目前通常的减震方法有：(1)在主梁与桥墩、桥台或索塔之间采用粘滞阻尼器；(2)采用抗剪型多层高阻尼橡胶支座及限位挡块；(3)采用铅芯抗震耗能支座。粘滞阻尼器存在漏油失效的风险并且维护费用较高；抗剪型多层高阻尼橡胶支座通常尺寸较高，橡胶易于老化而降低减震性能；铅芯抗震耗能支座会对环境造成污染；常规的调谐质量阻尼器(TMD)虽然具有一定的减震功能，但需要经过足够的时间才能消耗地震的动能，而地震中的动能会在很短的时间就传递给结构，因此调谐质量阻尼器应用在桥梁上的地震减震效果不明显；比TMD性能优越的被动型变速质量阻尼器(AOD)在被动减震方面达到较好的效果，但是由于该阻尼器的基本频率和阻尼系数是固定的，而地震波的成分复杂，如果地震波中与阻尼器的基频接近的振动能量较高，则的AOD的减震效果会下降。
发明内容
本发明提供了一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统，包括弹簧、阻尼、质量块、变速器、摩擦片、电磁控制开关、位移传感器。该发明的优点是采用摩擦型控制器作为主动控制作动器，不需要提供大功率的外部能源输入，仅采用小功率电磁控制开关来驱动摩擦型主动控制作动器，就可以提供给阻尼器系统较大的摩擦力输出，然后经过齿轮齿条传动系统，把摩擦力放大后传递给主梁，有效地控制主梁在地震荷载下的振动，从而减小地震对桥墩、桥台及索塔等结构的破坏。
本发明的技术方案：
一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统包括：主梁1、桥墩2、接触连杆3、圆柱形接触环4、竖向齿条连接杆5、连接杆滑槽6、变速齿轮组7、水平齿条连接杆8、附加质量块9、水平弹簧10；竖向碟形弹簧11；摩擦片12、电磁控制开关13、位移传感器14。在主梁1与桥墩2之间设置接触连杆3和圆柱形接触环4，接触连杆3跟随主梁1运动，圆柱形接触环4跟随桥墩2运动，接触连杆3的中间铰处与圆柱形接触环4内壁为面接触，相对滑动；接触连杆3的一端与主梁1铰接，另一端与竖向齿条连接杆5铰接，竖向齿条连接杆5在与主梁1固定在一起的连接杆滑槽6内沿竖直方向滑动；竖向齿条连接杆5的下方设置竖向碟形弹簧11，用于竖向齿条连接杆5的复位；竖向齿条连接杆5的上端与变速齿轮组7相啮合，变速齿轮组7的输出端连接到水平齿条连接杆8，水平齿条连接杆8与附加质量块9相连接；附加质量块9再通过水平弹簧10与主梁1连接；圆柱形接触环4设置于桥墩2内部；在附加质量块9的轮子上设置摩擦片12；通过电磁控制开关13控制摩擦力的大小；位移传感器14可以实时提供主梁相对于桥墩的位移和速度，经过计算后由电磁控制开关13输出主动控制力，然后经过变速齿轮组7，把摩擦力放大后传递给主梁1。
当发生地震时，主梁1相对于桥墩2产生加速运动，造成接触连杆3迅速挤压圆柱形接触环4的侧壁，带动竖向齿条连接杆5在连接杆滑槽6内沿着竖直方向运动。接触连杆3把主梁1相对于桥墩2的运动转化为竖向齿条连接杆5的竖向运动，驱动变速齿轮组7，将此运动放大后通过水平齿条连接杆8输出给附加质量块9，引起附加质量块9的水平方向的运动，吸收地震引起主梁1的动能。水平弹簧10的一端与附加质量块9连接，另一端与主梁1连接，作用是使附加质量块9回复原位；竖向碟形弹簧11的作用是使竖向齿条连接杆5复位。位于桥墩2和主梁1之间的位移传感器14能够测量出主梁1相对于桥墩2的位移和相对速度，经控制系统计算出输出控制力的大小并通过电磁控制开关13调节摩擦片12的摩擦力的大小，然后经过变速齿轮组7，把摩擦力放大后传递给主梁1。
本发明的效果和益处是：不需要提供大功率的外部能源输入，仅采用小功率电磁控制开关来驱动摩擦型主动控制作动器，就可以提供给阻尼器系统较大的摩擦力输出，然后经过齿轮齿条传动系统，把摩擦力放大后传递给主梁，有效地控制主梁在地震荷载下的振动，从而减小地震对桥墩、桥台及索塔等结构的破坏。
附图说明
图1一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统示意图。
图中：1主梁；2桥墩；3接触连杆；4圆柱形接触环；5竖向齿条连接杆；6连接杆滑槽；7变速齿轮组；8水平齿条连接杆；9附加质量块；10水平弹簧；11竖向碟形弹簧；12摩擦片；13电磁控制开关；14位移传感器。
具体实施方式
以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。
实施例
多跨连续梁桥，其中一联桥梁的跨径布置为3×33米，宽度为23米，主梁为混凝土箱梁。这一联桥共有4排桥墩，安装8个支座，其中2#桥墩上的一个支座设置为双向固定支座，其余支座为多向滑动支座。当发生地震时，主梁1相对于桥墩2产生加速运动，造成接触连杆3迅速挤压圆柱形接触环4的侧壁，于是带动竖向齿条连接杆5在连接杆滑槽6内沿着竖直方向运动。接触连杆3把主梁1相对于桥墩2的运动转化为竖向齿条连接杆5的竖向运动，驱动变速齿轮组7，将此运动放大后通过水平齿条连接杆8输出给附加质量块9，引起附加质量块9的水平方向的运动，吸收地震引起主梁1的动能，达到减振效果。附加质量块9和竖向齿条连接杆5分别通过水平弹簧10和竖向碟形弹簧11将其复位。位于桥墩2和主梁1之间的位移传感器14能够测量出主梁1相对于桥墩2的位移和相对速度，经控制系统计算出输出控制力的大小并通过电磁控制开关13调节摩擦片12的摩擦力的大小，然后经过变速齿轮组7，把摩擦力放大后传递给主梁1，对主梁1起到减震的作用。
Claims (1)
1.一种基于摩擦型控制器的主动控制加速质量阻尼器系统，其特征在于，该主动控制加速质量阻尼器系统包括主梁(1)、桥墩(2)、接触连杆(3)、圆柱形接触环(4)、竖向齿条连接杆(5)、连接杆滑槽(6)、变速齿轮组(7)、水平齿条连接杆(8)、附加质量块(9)、水平弹簧(10)、竖向碟形弹簧(11)、摩擦片(12)、电磁控制开关(13)和位移传感器(14)；在主梁(1)与桥墩(2)之间设置接触连杆(3)和圆柱形接触环(4)，接触连杆(3)跟随主梁(1)运动，圆柱形接触环(4)跟随桥墩(2)运动，接触连杆(3)的中间铰处与圆柱形接触环(4)内壁为面接触，相对滑动；接触连杆(3)的一端与主梁(1)铰接，另一端与竖向齿条连接杆(5)铰接，竖向齿条连接杆(5)在与主梁(1)固定在一起的连接杆滑槽(6)内沿竖直方向滑动；竖向齿条连接杆(5)的下方设置竖向碟形弹簧(11)，用于竖向齿条连接杆(5)的复位；竖向齿条连接杆(5)的上端与变速齿轮组(7)相啮合，变速齿轮组(7)的输出端连接到水平齿条连接杆(8)，水平齿条连接杆(8)与附加质量块(9)相连接；附加质量块(9)再通过水平弹簧(10)与主梁(1)连接；圆柱形接触环(4)设置于桥墩(2)内部；位于桥墩(2)和主梁(1)之间的位移传感器(14)能够测量出主梁(1)相对于桥墩(2)的位移和相对速度，经控制系统计算出输出控制力的大小并通过电磁控制开关(13)调节摩擦片(12)的摩擦力的大小，然后经过变速齿轮组(7)，把摩擦力放大后传递给主梁(1)，作为主动控制的作动力来减小主梁(1)的运动。
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