具有自复位功能的减隔震控制方法及结构技术

本发明专利技术公开了一种具有自复位功能的减隔震控制方法及结构，属于桥梁的减隔震控制技术领域，本发明专利技术利用位于主梁和桥墩之间的测量装置，实时采集数据传输至控制模块；控制模块结合所述采集数据，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；控制模块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。本发明专利技术既能防止地震发生时和发生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。

【技术实现步骤摘要】
具有自复位功能的减隔震控制方法及结构
本专利技术涉及桥梁的减隔震

技术介绍
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，这将对桥面构造设施或线路结构造成破坏，并给灾后修复增加难度。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。如果减隔震系统在地震过程中具有自复位功能，将减小地震发生时和地震发生后主梁与桥墩的相对变形，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，桥面构造设施或线路结构可能因此而破坏；现有技术中的其它传统的桥梁减隔震系统一般不具备自复位功能，地震发生时和震后变形较大。因此，如何研发一种既能防止地震发生时和地震发生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的具有自复位功能的减隔震控制方法及结构，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题，是提供一种具有自复位功能的减隔震控制方法及结构，其既能防止地震发生时和地震发生后较大墩梁相对位移的发生，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。为解决上述技术问题，本专利技术所采取的技术方案是：具有自复位功能的减隔震控制方法，包括以下步骤：A1)利用位于主梁和桥墩之间的测量装置，实时采集数据传输至控制模块；控制模块结合所述采集数据，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；A2)控制模块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。作为优选，所述步骤A1)所述的判断相对位移变化趋势的一种方法为，利用测量装置实时获取主梁和桥墩的相对位移，并通过控制模块实时记录时间；根据相对位移并结合时间信息，判断主梁和桥墩的相对位移变化趋势，具体为：时，d有增大趋势；时，d有减小趋势；其中，d和t为当前步记录的搭接长度和记录时间，d0和t0为上一步记录的搭接长度和记录时间；所述测量装置为位移传感器。作为优选，所述步骤A1)所述的判断相对位移变化趋势的一种方法为，利用测量装置实时获取主梁和桥墩的相对位移和阻尼装置的阻尼力，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，具体为对阻尼力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：结合确定的当前相对位移状态和磁流变阻尼器与桥墩和主梁之间的相对连接关系，根据sign(F)的取值判断主梁和桥墩的相对位移增加或减小的趋势；所述测量装置包括位移传感器和力传感器。作为优选，所述步骤A1)中所述主梁和桥墩的相对位移状态的划分原则为，假设变量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，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(+)。作为优选，所述控制模块为PLC智能控制系统，所述阻尼装置为磁流变阻尼器。一种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Ⅰ通过传输通道与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；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。一种具有自复位功能的减隔震结构，包括磁流变阻尼器、力传感器、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，在磁流变阻尼器的端部设有力传感器，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；所述磁流变阻尼器和力传感器通过传输通道Ⅰ与PLC智能控制系统连接，传输通道Ⅰ向PLC智能控制系统传输力信号，并向磁流变阻尼器输入控制电压；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，所述磁流变阻尼器的一端与主梁的底端相连，另一端与桥墩的顺桥向侧壁相连。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。本专利技术在主梁与桥墩之间设置测量装置和阻尼装置，测量装置和阻尼装置与控制模块连接，通过测量装置实时采集数据传输信号至控制模块，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，控制模块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。本专利技术提供了一种桥梁半主动减隔震控制方法，该方法将主梁与桥墩之间的相对位移分为一些区域，不同的区域采用不同的控制策略；当主梁与桥墩相对位移处于自由区域时，磁流变阻尼器的输入电压较小以充分发挥隔震作用；当处于需要控制的区域或禁止区域时，根据主梁与桥墩相对位移增大或减小的趋势提供不同的输入电压。这种控制思想使结构具有指向较小主梁与桥墩相对位移的“磁吸效应”，这种“磁吸效应”使结构具有偏向于较小主梁与桥墩相对位移的自复位功能，同时减隔震效果能够充分发挥。本专利技术提供的减隔震控制方法及其结构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。附图说明图1为本专利技术的减隔震结构的实施例一的结构示意图；图2为本专利技术的减隔震结构的实施例二的结构示意图；图3为本专利技术的主梁与桥墩相对位移示意图；图4为本专利技术的减隔震控制方法的实施例一的流程图；图5为本专利技术的减隔震控制方法的实施例二的流程图；图6为本专利技术的减隔震控制方法中位移状态区域的一种划分示意图；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专利技术作进一步详细的说明。实施例一如图1、图3所示，本专利技术的减隔震结构包括磁流变阻尼器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相对于桥墩本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有自复位功能的减隔震控制方法，其特征在于包括以下步骤：A1)利用位于主梁和桥墩之间的测量装置，实时采集数据传输至控制模块；控制模块结合所述采集数据，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；A2)控制模块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。

【技术特征摘要】
1.具有自复位功能的减隔震控制方法，其特征在于包括以下步骤：A1)利用位于主梁和桥墩之间的测量装置，实时采集数据传输至控制模块；控制模块结合所述采集数据，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；所述主梁和桥墩的相对位移状态划分为自由区域、控制区域和禁止区域；不同的区域采用不同的控制策略；同一个区域中主梁和桥墩的相对位移变化趋势不同，控制策略也不同；A2)控制模块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。2.根据权利要求1所述的具有自复位功能的减隔震控制方法，其特征在于：所述步骤A1)所述的判断相对位移变化趋势的一种方法为，利用测量装置实时获取主梁和桥墩的相对位移，并通过控制模块实时记录时间；根据相对位移并结合时间信息，判断主梁和桥墩的相对位移变化趋势，具体为：时，d有增大趋势；时，d有减小趋势；其中，d和t为当前步记录的搭接长度和记录时间，d0和t0为上一步记录的搭接长度和记录时间；所述测量装置为位移传感器。3.根据权利要求1所述的具有自复位功能的减隔震控制方法，其特征在于：所述步骤A1)所述的判断相对位移变化趋势的一种方法为，利用测量装置实时获取主梁和桥墩的相对位移和阻尼装置的阻尼力，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，具体为对阻尼力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：结合确定的当前相对位移状态和磁流变阻尼器与桥墩和主梁之间的相对连接关系，根据sign(F)的取值判断主梁和桥墩的相对位移增加或减小的趋势；所述测量装置包括位移传感器和力传感器。4.根据权利要求1所述的具有自复位功能的减隔震控制方法，其特征在于：所述步骤A1)中所述的主梁和桥墩的相对位移状态的划分原则为，假设变量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，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∈[d...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭进，陈伟，杜彦良，王冠，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13