本發(fā)明涉及建筑工程結構，尤其是涉及一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件及其工作方法。

背景技術：

1、在外部荷載作用下，梁、柱等構件易發(fā)生屈曲造成結構倒塌，造成嚴重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。此外，隨著工程需求的不斷演變，有時候必須根據(jù)外部條件或負載變化(如火災、動荷載、地震、溫度等)調(diào)整構件狀態(tài)，以確保結構的穩(wěn)定性和安全性。

2、傳統(tǒng)方法通過增加構件截面尺寸、提高材料強度的方式來提升結構的承載力，一方面增加了結構自重、減小了凈空面積，經(jīng)濟性差，另一方面也無法根據(jù)外部荷載的情況進行實時調(diào)整，難以適應外部環(huán)境的變化或結構負載的波動，不能主動靈活地提高構件的穩(wěn)定性和安全性。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術存在的缺陷而提供一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件及其工作方法，通過設置智能伸縮裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)構件外部荷載作用下自適應的功能，有效提高結構的穩(wěn)定性和安全性。

2、本發(fā)明的目的可以通過以下技術方案來實現(xiàn)：一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，包括構件，所述構件的兩端之間連接有預應力部件，所述構件的外壁上設置有智能伸縮裝置，所述智能伸縮裝置與預應力部件相連接，所述智能伸縮裝置包括位移傳感器、控制器和撐桿組件，所述位移傳感器用于采集構件的側(cè)向位移，并傳輸至控制器；

3、所述控制器用于實時控制撐桿組件沿自身軸向發(fā)生伸縮動作，直至達到構件最大側(cè)移位置；

4、所述預應力部件用于將構件往初始位置方向推動，使得構件側(cè)向位移位于預設安全閾值內(nèi)。

5、進一步地，所述撐桿組件發(fā)生伸縮動作后形成無支撐點狀態(tài)、單點支撐三角形狀態(tài)或兩點支撐梯形狀態(tài)。

6、進一步地，所述撐桿組件包括第一撐桿和第二撐桿，所述第一撐桿的一端通過轉(zhuǎn)動塊與控制器連接，所述第二撐桿的一端通過轉(zhuǎn)動塊與位移傳感器連接，所述第一撐桿的另一端和第二撐桿的另一端之間通過轉(zhuǎn)動塊相連接，所述轉(zhuǎn)動塊隨撐桿的伸長沿著自由移動和轉(zhuǎn)動。

7、進一步地，所述第一撐桿和第二撐桿之間的轉(zhuǎn)動塊的表面光滑，并用于提供支撐給預應力部件并對其施加預應力。

8、進一步地，所述控制器、位移傳感器分別固定設置在構件的外壁上。

9、進一步地，所述構件處于受彎狀態(tài)時，在構件單側(cè)布置智能伸縮裝置。

10、進一步地，所述構件處于受壓屈曲狀態(tài)時，若存在弱軸，則沿弱軸對稱布置智能伸縮裝置；

11、若不存在弱軸，則沿構件四周對稱布置智能伸縮裝置。

12、進一步地，所述預應力部件通過錨具固定連接在構件的兩端。

13、進一步地，所述構件的截面為圓形、方形或工字形對稱形狀。

14、一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件的工作方法，包括以下步驟：

15、s1、位移傳感器實時采集構件的側(cè)向位移，并傳輸給控制器；

16、s2、控制器判斷當前構件是否達到最大側(cè)向變形，若判斷為是，則執(zhí)行步驟s3，否則返回步驟s1；

17、s3、控制器輸出指令控制撐桿組件發(fā)生伸縮動作以達到構件最大側(cè)移位置，使得預應力部件被張拉、在構件左右兩側(cè)產(chǎn)生預應力差，形成與側(cè)向變形相反的力，從而將構件往初始位置方向推動，使得構件側(cè)向位移位于預設的安全閾值內(nèi)。

18、與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點：

19、本發(fā)明設計在構件的兩端之間連接預應力部件，并在構件的外壁上設置智能伸縮裝置，該智能伸縮裝置與預應力部件相連接，其中，智能伸縮裝置包括位移傳感器、控制器和撐桿組件，利用位移傳感器采集構件的側(cè)向位移，并傳輸至控制器；利用控制器實時控制撐桿組件沿自身軸向發(fā)生伸縮動作，直至達到構件最大側(cè)移位置并張拉預應力構件；利用張拉后的預應力部件將構件往初始位置方向推動，使得構件側(cè)向位移位于預設安全閾值內(nèi)。由此能夠根據(jù)外部荷載的情況實時調(diào)整撐桿組件的位置和預應力部件的應力大小，從而適應外部環(huán)境的變化或結構負載的波動，有效提高結構的穩(wěn)定性和安全性。

20、本發(fā)明設計撐桿組件包括第一撐桿和第二撐桿，第一撐桿的一端通過轉(zhuǎn)動塊與控制器連接，第二撐桿的一端通過轉(zhuǎn)動塊與位移傳感器連接，第一撐桿的另一端和第二撐桿的另一端之間通過轉(zhuǎn)動塊相連接，其中，轉(zhuǎn)動塊隨撐桿的伸長自由移動和轉(zhuǎn)動，且第一撐桿和第二撐桿之間的轉(zhuǎn)動塊的表面光滑、用于提供支撐給預應力部件并對其施加預應力，使得撐桿組件能夠靈活可靠地調(diào)整其撐出點位置，形成無支撐點狀態(tài)以及單點支撐三角形、兩點支撐梯形等支撐形狀，撐出點能夠覆蓋構件的整個長度范圍，并且能夠保證對預應力部件的應力施加。

21、本發(fā)明考慮到構件的受彎狀態(tài)和受壓屈曲狀態(tài)，設計智能伸縮裝置能夠沿構件四周、上下對稱布置，此外還可根據(jù)實際荷載工況和邊界條件排列布置不同數(shù)量的智能伸縮裝置，有效提升構件適應各種工況的性能。

技術特征：

1.一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，包括構件(1)，所述構件(1)的兩端之間連接有預應力部件(3)，所述構件(1)的外壁上設置有智能伸縮裝置，所述智能伸縮裝置與預應力部件(3)相連接，所述智能伸縮裝置包括位移傳感器(7)、控制器(8)和撐桿組件，所述位移傳感器(7)用于采集構件(1)的側(cè)向位移，并傳輸至控制器(8)；

2.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述撐桿組件發(fā)生伸縮動作后形成無支撐點狀態(tài)、單點支撐三角形狀態(tài)或兩點支撐梯形狀態(tài)。

3.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述撐桿組件包括第一撐桿(4)和第二撐桿(5)，所述第一撐桿(4)的一端通過轉(zhuǎn)動塊(6)與控制器(8)連接，所述第二撐桿(5)的一端通過轉(zhuǎn)動塊(6)與位移傳感器(7)連接，所述第一撐桿(4)的另一端和第二撐桿(5)的另一端之間通過轉(zhuǎn)動塊(6)相連接，所述轉(zhuǎn)動塊(6)隨撐桿的伸長自由移動和轉(zhuǎn)動。

4.根據(jù)權利要求3所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述第一撐桿(4)和第二撐桿(5)之間的轉(zhuǎn)動塊(6)的表面光滑，并用于提供支撐給預應力部件(3)并對其施加預應力。

5.根據(jù)權利要求3所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述控制器(8)、位移傳感器(7)分別固定設置在構件(1)的外壁上。

6.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述構件(1)處于受彎狀態(tài)時，在構件(1)單側(cè)布置智能伸縮裝置。

7.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述構件(1)處于受壓屈曲狀態(tài)時，若存在弱軸，則沿弱軸對稱布置智能伸縮裝置；

8.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述預應力部件(3)通過錨具(2)固定連接在構件(1)的兩端。

9.根據(jù)權利要求1所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，所述構件(1)的截面為圓形、方形或工字形對稱形狀。

10.一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件的工作方法，應用于如權利要求1～8任一所述的一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件，其特征在于，包括以下步驟：

技術總結
本發(fā)明涉及一種基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件及其工作方法，該基于多智能撐桿協(xié)同工作的外荷載自適應構件在構件的兩端之間連接有預應力部件，構件的外壁上設置有智能伸縮裝置，智能伸縮裝置與預應力部件相連接，智能伸縮裝置包括位移傳感器、控制器和撐桿組件，位移傳感器用于采集構件的側(cè)向位移，并傳輸至控制器；控制器用于實時控制撐桿組件沿自身軸向發(fā)生伸縮動作，直至達到構件最大側(cè)移位置；預應力部件用于將構件往初始位置方向推動，使得構件側(cè)向位移位于預設安全閾值內(nèi)。本發(fā)明能夠根據(jù)構件受力與變形情況實時調(diào)整撐桿位置、預應力部件的應力大小，實現(xiàn)應對各種復雜工況作用下的自適應功能，有效提高結構的穩(wěn)定性和安全性。

技術研發(fā)人員：梁旭,胡黎俐
受保護的技術使用者：上海交通大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/12