CN205369003U - 具有自复位功能的减隔震结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种具有自复位功能的减隔震结构，属于桥梁的减隔震技术领域，包括磁流变阻尼器、位移传感器、支座、PLC智能控制系统和电源，磁流变阻尼器位于主梁和桥墩间，用于地震发生时阻挡主梁相对于桥墩发生相对移动，位移传感器位于主梁和桥墩间，用于测量主梁与桥墩之间的相对位移；支座位于主梁和桥墩间；磁流变阻尼器通过传输通道Ⅰ与PLC智能控制系统连接，传输通道Ⅰ向磁流变阻尼器输入控制电压；位移传感器通过传输通道Ⅱ与PLC智能控制系统连接，传输通道Ⅱ向PLC智能控制系统传输位移信号，并向位移传感器输入工作电压。本实用新型能防止地震发生时和发生后较大墩梁相对位移的发生，较为全面地提高桥梁结构抵御地震风险的能力。

Description

具有自复位功能的减隔震结构

技术领域

本实用新型涉及桥梁的减隔震技术领域。

背景技术

强震作用下桥梁结构将发生桥墩与主梁相对位移过大的灾害，这将灾后修复增加难度。减隔震设计被证明是一种有效的抗震策略，能最大限度减小结构损伤，但是减隔震设计将导致桥梁结构的位移较大，桥墩与主梁相对位移的增大给震后快速修复带来更多的困难。如果减隔震支座在地震过程中具有自复位功能，将减小震后主梁与桥墩的残余变形，这具有重要的实用价值。现有技术中的桥梁减隔震支座中的摩擦摆支座因为支座球摆在曲面上的重力作用而具有自复位功能，但是，这将导致主梁的升高，桥面系可能因此而破坏；现有技术中的其它传统的桥梁减隔震支座一般不具备自复位功能，震后残余变形较大。

因此，如何研发一种既能防止震后较大墩梁相对位移的发生，又能充分发挥减隔震设计的优势，能够较为全面地提高桥梁结构低于地震风险的能力的具有自复位功能的减隔震结构，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题，是提供一种具有自复位功能的减隔震结构，其既能防止震后较大墩梁相对位移的发生，又能充分发挥减隔震设计的优势，能够较为全面地提高桥梁结构抵御地震风险的能力。

为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案是：

具有自复位功能的减隔震结构，包括磁流变阻尼器、位移传感器、支座、PLC智能控制系统和电源，所述磁流变阻尼器位于主梁和桥墩之间，用于地震发生时阻挡主梁相对于桥墩发生相对移动，所述位移传感器位于主梁和桥墩之间，用于测量主梁与桥墩之间的相对位移；所述支座位于主梁和桥墩之间，桥墩通过支座对主梁进行支撑；所述磁流变阻尼器1通过传输通道Ⅰ与PLC智能控制系统连接，传输通道Ⅰ向磁流变阻尼器1输入控制电压；所述位移传感器通过传输通道Ⅱ与PLC智能控制系统连接，传输通道Ⅱ向PLC智能控制系统传输位移信号，并向位移传感器输入工作电压。

作为优选，还包括力传感器，所述力传感器位于磁流变阻尼器的端部，所述力传感器也通过传输通道Ⅰ与PLC智能控制系统连接。

作为优选，所述磁流变阻尼器的端部与主梁的底端相连，另一端与桥墩的顺桥向侧壁相连。

作为优选，所述支座为常规支座或减隔震支座。

作为优选，所述位移传感器采用拉线式位移传感器或红外位移传感器。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：现有技术中的减隔震设计将导致桥梁结构的位移较大，桥墩与主梁之间过大的相对位移将对桥面构造设施或线路结构造成破坏，并给震后快速修复带来的困难，传统的桥梁减隔震系统一般不具备自复位功能，地震发生时和地震发生后变形较大。本实用新型在主梁与桥墩之间设置位移传感器和磁流变阻尼器，位移传感器和磁流变阻尼器与PLC智能控制系统连接，通过位移传感器实时采集相对位移信号传输信号至PLC智能控制系统，PLC智能控制系统结合时间信息实时分析判断主梁和桥墩的相对位移状态和相对位移变化趋势，PLC智能控制系统根据主梁和桥墩的实时相对位移状态和相对位移变化趋势，调节位于主梁和桥墩之间的阻尼装置的输入电压，控制主梁相对于桥墩的移动。

本实用新型既能防止震后较大主梁与桥墩相对位移的发生，又能充分发挥减隔震设计的优势，能够较为全面地提高桥梁结构抵御地震风险的能力。

附图说明

图1为本实用新型的实施例一的结构示意图；

图2为本实用新型的实施例二的结构示意图；

图3为本实用新型的主梁与桥墩相对位移示意图；

各图号名称为：1—磁流变阻尼器，2—力传感器，3—传输通道Ⅰ，4—位移传感器，5—传输通道Ⅱ，6—支座，7—PLC智能控制系统，8—电源，9—主梁，10—桥墩。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步详细的说明。

实施例一

如图1、图3所示，本实用新型包括磁流变阻尼器1、位移传感器4、支座6、PLC智能控制系统7和电源8，所述磁流变阻尼器1位于主梁9和桥墩10之间，用于地震发生时阻挡主梁9相对于桥墩10发生相对移动，所述位移传感器4位于主梁9和桥墩10之间，用于测量主梁9与桥墩10之间的相对位移；所述支座6位于主梁9和桥墩10之间，桥墩10通过支座6对主梁9进行支撑；所述磁流变阻尼器1通过传输通道Ⅰ3与PLC智能控制系统7连接，传输通道Ⅰ3向磁流变阻尼器1输入控制电压；所述位移传感器4通过传输通道Ⅱ5与PLC智能控制系统7连接，传输通道Ⅱ5向PLC智能控制系统7传输位移信号，并向位移传感器4输入工作电压。

进一步的，所述磁流变阻尼器1的端部与主梁9的底端相连，另一端与桥墩10的顺桥向侧壁相连。

进一步的，所述支座6为常规支座或减隔震支座。

进一步的，所述位移传感器4采用拉线式位移传感器或红外位移传感器。

如图1所示，本实用新型的工作原理和工作过程为：

首先，利用位于主梁9和桥墩10之间的位移传感器4，实时测量主梁9和桥墩10之间的相对位移d，传输至PLC智能控制系统7；PLC智能控制系统7结合自身实时记录的时间t，实时分析判断主梁和桥墩的相对位移状态和相对位移变化趋势；

相对位移变化趋势判断方法为，

时，d有增大趋势；

时，d有减小趋势；

其中，d和t为当前步记录的相对位移和记录时间，d₀和t₀为上一步记录的相对位移和记录时间；

根据相对位移d的取值可以分为6种状态，分别为：

状态1：d∈(-∞,-du]，称为禁止区域(－)；

状态2：d∈(-du,-dy]，称为控制区域(－)；

状态3：d∈(-dy,0)，称为自由区域(－)；

状态4：d∈[0,dy)，称为自由区域(+)；

状态5：d∈[dy,du)，称为控制区域(+)；

状态6：d∈[du,+∞)，称为禁止区域(+)。

其中，变量dy和du，dy表示地震作用下桥墩和主梁相对位移绝对值不需要控制的最大值，du表示地震作用下桥墩和主梁相对位移绝对值的最大允许值。

然后，PLC智能控制系统7根据主梁9和桥墩10的实时相对位移状态和相对位移变化趋势，调节位于主梁9和桥墩10之间的述磁流变阻尼器1的输入电压，控制主梁9相对于桥墩10的移动，实现减隔震半主动控制，并达到自复位的目的。以图1所示磁流变阻尼器1与桥墩10和主梁9之间的相对连接关系，各状态的控制策略如下表所示：

上表中，U为磁流变阻尼器的控制输入电压，U_min和U_max分别为磁流变阻尼器的根据线路参数、磁流变阻尼器规格参数、结构控制目标等设定的最小、最大电压值。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型在主梁与桥墩之间设置位移传感器和磁流变阻尼器，位移传感器和磁流变阻尼器与PLC智能控制系统连接，通过位移传感器实时采集相对位移信号传输信号至PLC智能控制系统，PLC智能控制系统结合时间信息实时分析判断主梁和桥墩的相对位移状态和相对位移变化趋势，PLC智能控制系统根据主梁和桥墩的实时相对位移状态和相对位移变化趋势，调节位于主梁和桥墩之间的阻尼装置的输入电压，控制主梁相对于桥墩的移动。

本实用新型既能防止地震发生时和地震发生后较大主梁与桥墩相对位移的发生，又能充分发挥减隔震设计的优势，能够能够自动减轻或消除地震危害，较为全面地提高桥梁结构抵御地震风险的能力。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所做的举例，并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

实施例二

如图2、图3所示，本实用新型包括磁流变阻尼器1、力传感器2、位移传感器4、支座6、PLC智能控制系统7和电源8，所述磁流变阻尼器1位于主梁9和桥墩10之间，用于地震发生时阻挡主梁9相对于桥墩10发生相对移动，在磁流变阻尼器1的端部设有力传感器2，所述位移传感器4位于主梁9和桥墩10之间，用于测量主梁9与桥墩10之间的相对位移；所述支座6位于主梁9和桥墩10之间，桥墩10通过支座6对主梁9进行支撑；所述磁流变阻尼器1和力传感器2通过传输通道Ⅰ3与PLC智能控制系统7连接，传输通道Ⅰ3向PLC智能控制系统7传输力信号，并向磁流变阻尼器1输入控制电压；所述位移传感器4通过传输通道Ⅱ5与PLC智能控制系统7连接，传输通道Ⅱ5向PLC智能控制系统7传输位移信号，并向位移传感器4输入工作电压。

进一步的，所述磁流变阻尼器1的端部与主梁9的底端相连，另一端与桥墩10的顺桥向侧壁相连。

进一步的，所述支座6为常规支座或减隔震支座。

进一步的，所述位移传感器4采用拉线式位移传感器或红外位移传感器。

如图2所示，本实用新型的工作过程为：

首先，利用位于主梁9和桥墩10之间的位移传感器4，实时测量主梁9和桥墩10之间的相对位移d，传输至PLC智能控制系统7判断主梁9和桥墩10的相对位移状态；利用位于磁流变阻尼器1的端部的力传感器2获取磁流变阻尼器1的阻尼力F，提取阻尼力的正负，进一步判断主梁和桥墩的相对位移变化趋势；

根据相对位移d的取值可以分为6种状态，分别为：

状态1：d∈(-∞,-du]，称为禁止区域(－)；

状态2：d∈(-du,-dy]，称为控制区域(－)；

状态3：d∈(-dy,0)，称为自由区域(－)；

状态4：d∈[0,dy)，称为自由区域(+)；

状态5：d∈[dy,du)，称为控制区域(+)；

状态6：d∈[du,+∞)，称为禁止区域(+)。

其中，变量dy和du，dy表示地震作用下桥墩和主梁相对位移绝对值不需要控制的最大值，du表示地震作用下桥墩和主梁相对位移绝对值的最大允许值。

主梁和桥墩相对位移变化趋势判断方法为，对阻尼力F取sign函数，提取阻尼力F的正负sign(F)，阻尼力拉为正，压为负，提取方法如下：

$sign\left(F\right)=\left\{\begin{array}{c}+1,F>0\\ 0,F=0\\ -1,F<0\end{array}\right.$

结合确定的当前相对位移状态和磁流变阻尼器1与桥墩10和主梁9之间的相对连接关系，根据sign(F)的取值判断主梁9和桥墩10的相对位移增加或减小的趋势。如图2所示的主梁与桥墩之间连接的磁流变阻尼器承受压力，即sign(F)＜0时，当处于状态1、状态2或状态3时，主梁与桥墩相对位移的绝对值有减小趋势，当处于状态4、状态5或状态6时，主梁与桥墩相对位移的绝对值有最大趋势；sign(F)≥0时，增大或减小的趋势相反。

然后，PLC智能控制系统7根据主梁9和桥墩10的实时相对位移状态和相对位移变化趋势，调节位于主梁9和桥墩10之间的述磁流变阻尼器1的输入电压，控制主梁9相对于桥墩10的移动，实现减隔震半主动控制，并达到自复位的目的。以图2所示磁流变阻尼器1与桥墩10和主梁9之间的相对连接关系，各状态的控制策略如下表所示：

上表中，U为磁流变阻尼器的控制输入电压，U_min和U_max分别为磁流变阻尼器的根据线路参数、磁流变阻尼器规格参数、结构控制目标等设定的最小、最大电压值。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型在主梁与桥墩之间设置位移传感器和磁流变阻尼器，并在在磁流变阻尼器的端部设有力传感器，位移传感器和磁流变阻尼器与PLC智能控制系统连接，通过位移传感器实时采集相对位移信号传输至PLC智能控制系统，通过力传感器实时采集磁流变阻尼器的受力信号传输至至PLC智能控制系统，PLC智能控制系统实时分析判断主梁和桥墩的相对位移状态和相对位移变化趋势，PLC智能控制系统根据主梁和桥墩的实时相对位移状态和相对位移变化趋势，调节位于主梁和桥墩之间的阻尼装置的输入电压，控制主梁相对于桥墩的移动。

本实用新型既能防止震后较大主梁与桥墩相对位移的发生，又能充分发挥减隔震设计的优势，能够较为全面地提高桥梁结构抵御地震风险的能力。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所做的举例，并非对本实用新型的实施方式的限定。对于所述领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其他不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡属于本实用新型的技术方案所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本实用新型的保护范围之列。

Claims (5)

1.具有自复位功能的减隔震结构，其特征在于，包括磁流变阻尼器(1)、位移传感器(4)、支座(6)、PLC智能控制系统(7)和电源(8)，所述磁流变阻尼器(1)位于主梁(9)和桥墩(10)之间，用于地震发生时阻挡主梁(9)相对于桥墩(10)发生相对移动，所述位移传感器(4)位于主梁(9)和桥墩(10)之间，用于测量主梁(9)与桥墩(10)之间的相对位移；所述支座(6)位于主梁(9)和桥墩(10)之间，桥墩(10)通过支座(6)对主梁(9)进行支撑；所述磁流变阻尼器(1)通过传输通道Ⅰ(3)与PLC智能控制系统(7)连接，传输通道Ⅰ(3)向磁流变阻尼器(1)输入控制电压；所述位移传感器(4)通过传输通道Ⅱ(5)与PLC智能控制系统(7)连接，传输通道Ⅱ(5)向PLC智能控制系统(7)传输位移信号，并向位移传感器(4)输入工作电压。

2.根据权利要求1所述的具有自复位功能的减隔震结构，其特征在于：还包括力传感器(2)，所述力传感器(2)位于磁流变阻尼器(1)的端部，所述力传感器(2)也通过传输通道Ⅰ(3)与PLC智能控制系统(7)连接。

3.根据权利要求1或2所述的具有自复位功能的减隔震结构，其特征在于：所述磁流变阻尼器(1)的端部与主梁(9)的底端相连，另一端与桥墩(10)的顺桥向侧壁相连。

4.根据权利要求1或2所述的具有自复位功能的减隔震结构，其特征在于：所述支座(6)为常规支座或减隔震支座。

5.根据权利要求1或2所述的具有自复位功能的减隔震结构，其特征在于：所述位移传感器(4)采用拉线式位移传感器或红外位移传感器。