基于智能磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)平臺(tái)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種橋梁沖擊防護(hù)試驗(yàn)平臺(tái)，具體涉及一種基于智能磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)平臺(tái)。
【背景技術(shù)】
[0002]橋梁是交通生命線的重要組成部分，但是在其服役中面臨車輛過載與撞擊、船撞橋墩、地震、爆炸等大載荷作用威脅時(shí)，常在梁、墩處產(chǎn)生很大的沖擊破壞力和移位，輕則引起墩梁結(jié)構(gòu)損傷、重則造成坍塌，從而給人民生命財(cái)產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來危害。目前，為了提高橋墩隔減振及緩沖能力，通常在橋的梁與墩(臺(tái))之間設(shè)置被動(dòng)支座(如鋼支座、橡膠支座、特殊抗震支座等類型)，它具有較高的垂向剛度和較低的水平彈性(剛度)，能夠一定程度地通過延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)周期來減少?zèng)_擊振動(dòng)對(duì)橋梁上部結(jié)構(gòu)的破壞力。從工作情況上來說以上支座都屬于被動(dòng)支座，即相關(guān)參數(shù)值在生產(chǎn)后就不可調(diào)。但在現(xiàn)實(shí)中，橋梁在面對(duì)不同激勵(lì)輸入時(shí)所需的最佳結(jié)構(gòu)參數(shù)是不同的，另外傳統(tǒng)被動(dòng)支座在一般振動(dòng)載荷作用下雖然具有良好的隔減振性能，但在大載荷沖擊下卻無法“智能”地調(diào)節(jié)自身剛度、提升豎向強(qiáng)度來抵抗沖擊力、大變形和耗散瞬間大能量，因而在大水平剪切力作用下會(huì)產(chǎn)生破壞性的位移，總體上缺乏良好的抗沖擊和振動(dòng)隔離的兼容能力。
[0003]目前，智能材料已廣泛應(yīng)用于車輛、建筑、振動(dòng)控制等領(lǐng)域。其中，智能磁控橡膠可由磁場(chǎng)改變其彈性特性，從而改變其剛度(阻尼)等參數(shù)值。利用智能磁控橡膠作為橋梁支座，可以根據(jù)橋梁運(yùn)行情況和環(huán)境抗沖隔振要求，實(shí)時(shí)調(diào)整緩沖隔振支座的剛度、阻尼等參數(shù)，有望克服被動(dòng)支座緩沖隔振能力受限的問題。因而，越來越多的人渴望將智能磁控橡膠支座用于現(xiàn)實(shí)橋梁緩沖隔振當(dāng)中。然而其問題在于，如果用實(shí)際的橋梁來研宄其緩沖隔振和結(jié)構(gòu)防護(hù)問題，不僅耗費(fèi)龐大，而且試驗(yàn)操作十分困難，進(jìn)而難以實(shí)現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種基于智能磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)平臺(tái)，該試驗(yàn)平臺(tái)充分考慮了橋的梁-支座-墩面臨的沖擊振動(dòng)激勵(lì)工況的多樣性，考慮了試驗(yàn)中支座更換、測(cè)試、控制、評(píng)價(jià)一體的多功能特性，可以同時(shí)把橋梁和支座作為一個(gè)整體進(jìn)行緩沖隔振系統(tǒng)的測(cè)試、控制和評(píng)價(jià)。
[0005]該試驗(yàn)平臺(tái)的主要功能包括:1)可以模擬橋梁在車輛撞擊、過載和地震等多種沖擊振動(dòng)工況下，梁-支座-墩系統(tǒng)的緩沖隔振響應(yīng)；2)能夠改變沖擊載荷模擬發(fā)生器個(gè)數(shù)、排列方式和載荷施加位置以及基座振動(dòng)激勵(lì)方式，具有載荷施加的多樣性；3)包含一套完整的試驗(yàn)測(cè)控系統(tǒng)，可以對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)的激勵(lì)輸入、支座參數(shù)控制以及平臺(tái)響應(yīng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集合評(píng)價(jià)；4)為考慮平臺(tái)的通用性，可以對(duì)模擬臺(tái)的支座進(jìn)行更換，進(jìn)行被動(dòng)支座或半主動(dòng)智能磁控橡膠支座的緩沖隔振性能比較分析。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0007]一種基于智能磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)平臺(tái)，包括橋面垂向沖擊載荷模擬發(fā)生器、順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器、橋面模擬平臺(tái)、智能磁控橡膠支座、橋墩模擬體、基座振動(dòng)臺(tái)、位移傳感器、加速度傳感器、應(yīng)變片、控制器、智能磁控橡膠支座驅(qū)動(dòng)電源；
[0008]所述橋墩模擬體固定在基座振動(dòng)臺(tái)和橋面模擬臺(tái)之間，在橋面模擬臺(tái)上安裝若干個(gè)橋面垂向沖擊載荷模擬發(fā)生器，在其順橋向平面安裝若干個(gè)順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器；所述橋面模擬臺(tái)下方安裝若干個(gè)智能磁控橡膠支座，在每個(gè)智能磁控橡膠支座側(cè)面安裝應(yīng)變片；在橋面模擬平臺(tái)上方安裝若干個(gè)位移傳感器和加速度傳感器；
[0009]所述橋面垂向沖擊載荷模擬發(fā)生器、順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器和基座振動(dòng)臺(tái)用來模擬橋墩-支座系統(tǒng)受到的多種振動(dòng)激勵(lì)輸入；所述智能磁控橡膠支座用來隔減橋面-墩臺(tái)之間的相對(duì)沖擊及振動(dòng)；所述應(yīng)變片用來測(cè)試支座應(yīng)力應(yīng)變變化；所述控制器分別與位移傳感器、加速度傳感器、應(yīng)變片和橋面垂向沖擊載荷模擬發(fā)生器、順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器、基座振動(dòng)臺(tái)連接，控制器還通過智能磁控橡膠支座驅(qū)動(dòng)電源與智能磁控橡膠支座連接，對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)模擬的若干種工況下橋梁-支座模擬系統(tǒng)的沖擊振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試和控制。
[0010]進(jìn)一步，所述試驗(yàn)平臺(tái)上安裝的智能磁控橡膠支座(5)采用被動(dòng)支座或半主動(dòng)支座，通過試驗(yàn)平臺(tái)的試驗(yàn)結(jié)果得出被動(dòng)支座或半主動(dòng)支座的緩沖隔振性能，從而對(duì)比各種支座的沖擊防護(hù)性能差異。
[0011 ] 控制器對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)模擬的若干種工況下的沖擊振動(dòng)進(jìn)行測(cè)試和控制的步驟包括:控制器輸出激振力信號(hào)控制沖擊載荷模擬發(fā)生器和基座振動(dòng)臺(tái)的激勵(lì)輸入，并帶動(dòng)整個(gè)試驗(yàn)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)；位移傳感器、加速度傳感器和應(yīng)變片分別檢測(cè)橋面模擬平臺(tái)的沖擊振動(dòng)位移、沖擊振動(dòng)加速度和支座的應(yīng)力應(yīng)變情況，并將檢測(cè)到的各個(gè)信號(hào)傳遞到控制器；控制器對(duì)各個(gè)信號(hào)進(jìn)行計(jì)算得到反饋信號(hào)，將該反饋信號(hào)輸入智能磁控橡膠支座驅(qū)動(dòng)電源后，再輸出勵(lì)磁電流給智能磁控橡膠支座，智能磁控橡膠支座通過調(diào)節(jié)參數(shù)來降低試驗(yàn)平臺(tái)的沖擊及振動(dòng)響應(yīng)。
[0012]沖擊載荷模擬發(fā)生器由一個(gè)或多個(gè)模擬沖擊頭模擬橋梁受到的過載與撞擊等引起的沖擊激勵(lì)，基座振動(dòng)臺(tái)模擬橋梁受到地震激勵(lì)，可以為橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)平臺(tái)提供一個(gè)或多個(gè)的多向、多位置、多輸入、多時(shí)序的復(fù)雜沖擊或振動(dòng)模擬源。
[0013]通過調(diào)整智能磁控橡膠支座的安裝位置、數(shù)量來模擬橋梁在不同緩沖隔振支座下的系統(tǒng)響應(yīng)，還可以通過把沖擊載荷模擬發(fā)生器安放在不同位置，改變沖擊激勵(lì)作用點(diǎn)及激勵(lì)次序(即在控制器輸出激振力信號(hào)時(shí)，控制各個(gè)沖擊頭和基座振動(dòng)臺(tái)模擬發(fā)生器的激勵(lì)次序)，模擬橋梁在車載、地震輸入下的沖擊振動(dòng)情況。
[0014]橋墩緩沖隔振測(cè)試、控制、評(píng)價(jià)系統(tǒng)能根據(jù)采用不同橋墩支座的試驗(yàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)(位移、加速度、應(yīng)力應(yīng)變值等)，采用沖擊振動(dòng)評(píng)價(jià)理論，對(duì)不同優(yōu)化算法和控制策略的半主動(dòng)支座的隔振耗能效果作出評(píng)價(jià)，對(duì)比計(jì)算分析出各種被動(dòng)支座、半主動(dòng)支座的隔減振效果以及整個(gè)橋墩緩沖隔振系統(tǒng)在復(fù)雜激勵(lì)下的最佳緩沖隔振效率。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:在試驗(yàn)平臺(tái)中，橋墩支座類型及位置、激振源位置及作用次序等均可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，能夠模擬列車過載與撞擊、地震等情況下所產(chǎn)生的多向、多位置、多振幅、多時(shí)序的復(fù)雜沖擊振動(dòng)激勵(lì)及橋墩緩沖隔振系統(tǒng)多自由度復(fù)雜響應(yīng)；通過各類傳感器、橋墩支座、測(cè)控器與評(píng)價(jià)器的組合運(yùn)用，可以得到橋墩-支座系統(tǒng)在復(fù)雜激勵(lì)下最佳的參數(shù)優(yōu)化算法和控制策略，還可對(duì)各種橋墩支座系統(tǒng)的緩沖隔減振性能作出對(duì)比評(píng)價(jià)。因此，本試驗(yàn)平臺(tái)集橋梁沖擊防護(hù)、被動(dòng)緩沖與主動(dòng)緩沖隔振、系統(tǒng)測(cè)控與評(píng)價(jià)于一體，具有功能多、兼容性和可拓展性強(qiáng)、設(shè)計(jì)合理等優(yōu)點(diǎn)，能夠有效完成基于磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)，可為提高橋墩-支座系統(tǒng)先進(jìn)緩沖隔減振防護(hù)技術(shù)提供有力支撐。
【附圖說明】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進(jìn)行說明:
[0017]圖1為本試驗(yàn)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為沖擊載荷模擬激勵(lì)源示意圖；
[0019]圖3為基座振動(dòng)臺(tái)地震載荷t吳擬不意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明橋墩緩沖隔振測(cè)試、控制、評(píng)價(jià)結(jié)構(gòu)框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)的描述。
[0022]如圖1所示，基于智能磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗(yàn)平臺(tái)主要包括橋面垂向沖擊載荷模擬發(fā)生器3、順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器4、橋面模擬平臺(tái)11、智能磁控橡膠支座5、橋墩模擬體7、基座振動(dòng)臺(tái)8、位移傳感器2、加速度傳感器1、應(yīng)變片6、控制器9、智能磁控橡膠支座驅(qū)動(dòng)電源10，橋墩模擬體7安裝在基座振動(dòng)臺(tái)8上，橋面模擬平臺(tái)11通過智能磁控橡膠支座安裝在橋墩模擬體7上，位移傳感器2、加速度傳感器1、應(yīng)變片6、分別安裝在橋面模擬平臺(tái)11和智能磁控橡膠支座5上。運(yùn)行時(shí)，橋面垂向沖擊載荷模擬發(fā)生器3、順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器4帶動(dòng)整個(gè)橋面模擬平臺(tái)11產(chǎn)生沖擊運(yùn)動(dòng)，基座振動(dòng)臺(tái)8帶動(dòng)橋墩模擬體7 —起振動(dòng)，進(jìn)而