一种抗强震侧移的平曲线桥AIDS支座及位移自修复自控系统

技术领域

本发明属于智能支座技术领域，具体涉及一种抗强震侧移的平曲线桥AIDS支座及位移自修复自控系统。

背景技术

地震灾害对桥梁等基础设施危害极大，尤其对于高架形式通过的桥梁与桥台、站台之间过渡段、搭接、衔接端等位置。由于该处结构受力复杂，属于相对设计薄弱环节，地震影响会放大对该处的破坏效应。同时近些年为了城市交通美观、新建了很多弯桥，具有一定的转弯半径带来结构在大地震下能否正常发挥作用的不确定性；从结构上而言，本身弯桥对汽车在曲线梁桥上行驶时会对桥梁产生水平方向的离心力，桥梁与桥台、站台之间过渡段、搭接、衔接端由于地震横波作用下，该处二者会产生明显的晃动，产生相对横向摆幅和位移差，地震引起外荷载对桥梁产生的横向水平力会增大梁体截面扭矩和桥墩弯矩，并有可能造成横向的位移或者是桥梁在平面的转动。

已有学者发表或者公开文献，针对平曲线桥抗震主要增加附属减震结构，如橡胶垫、弹簧等，一般桥梁桥头搭接处桥墩上采用外置支撑架，或者采用横向自复位支座防桥面倾覆，也有采用阻尼板的耗能缓冲限位减隔震支座等。以上减震、缓冲支座只是局限结构上起到一定缓冲左右，主要局限于现有一般结构、被动式和次要功能，无法实现精确自动控制、自主调节，虽然增加或者改良个别功能在现有结构上，本质属于结构性微调；其次不能克服了特殊环境下的人为因素的劣势，比如青藏高原腹地、深山涧、强震后暴雨不利等气候、自然环境条件下的影响，也不能通过5G模块联动、自主调节、后台实时数据监测和交换，实现了关键枢纽处平曲线桥梁的强震健康监测、强震下桥梁侧移自主调节功能；最后缺乏一种软硬件结合体系来达到一种智能算法驱动硬件进行实时精确调节强震下桥面发生的大、小范围侧移的自动归位。

发明内容

本发明针对桥梁与桥台、站台之间过渡段、搭接、衔接端等位置容易在地震作用下被破坏的问题，结合现有减隔震技术的发展，提供一种抗强震侧移的平曲线桥AIDS支座的及AI智能阻尼自修复的自控系统，以实现平曲线桥在全天候、全自动化、自适应、多联动性条件下对地震下桥梁侧移实现自动调节，以提高桥梁的抗震设计，降低被地震破坏的概率。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种抗强震侧移的平曲线桥AIDS支座及位移自修复自控系统，所述AIDS支座的底部固定于桥墩顶部， AIDS支座放置于梁端衔接处或弯桥端头的衔接处；

AIDS支座由下向上包括橡胶-钢垫板、限位锁、纵向阻尼减震器、纵向位移传感器和上钢垫板；AIDS支座的减震缓冲方向为沿桥梁长度方向，即纵向；

橡胶-钢垫板固定于桥墩顶部，纵向阻尼减震器位于橡胶-钢垫板正上方，纵向阻尼减震器可沿纵向往复移动；

还包括固定于纵向阻尼减震器上的纵向位移传感器，纵向位移传感器用于监测纵向阻尼减震器的震动位移值；橡胶-钢垫板和纵向阻尼减震器之间还设有竖直的限位锁，限位锁下端固定于橡胶-钢垫板上，纵向阻尼减震器底面设有与限位锁对应的限位孔，限位锁伸长时伸入限位孔内限制纵向阻尼减震器的移动；

纵向阻尼减震器上还设有通信模块，通信模块无线信号连接有控制模块；通信模块分别与纵向位移传感器、纵向阻尼减震器、限位锁信号连接；当纵向位移传感器监测到震动位移的阈值大于控制模块内预设的安全阈值时，控制模块通过通信模块控制限位锁回缩，并控制纵向阻尼减震器与震动位移反向滚动，以缓冲降低桥梁的振幅。

进一步地，所述纵向阻尼减震器包括纵向调节板和横向电控滚珠，横向电控滚珠包括多排，多排横向电控滚珠连接于矩形框架内，横向电控滚珠两端与矩形框架转动连接；横向电控滚珠通过法兰结构连接有伺服电机，伺服电机信号连接上位机，伺服电机用于驱动电控滚珠转动；

纵向调节板底面设有矩形凹槽，橡胶-钢垫板的上表面也设有对应的矩形凹槽，横向电控滚珠布设于矩形凹槽内；

进一步地，所述通信模块为5G模块。

进一步地，还包括销接活塞，销接活塞竖直设于橡胶-钢垫板和纵向阻尼减震器之间，销接活塞上端固定于纵向阻尼减震器上，橡胶-钢垫板上表面设有长槽状的导向槽，销接活塞下端穿入导向槽内，销接活塞用于为纵向阻尼减震器的移动提供导向。

1）本发明AIDS支座的工作原理如下：

本抗震型桥梁AIDS支座主要与阻尼减震构件、梁端搭接处纵向阻尼减震器、纵向位移传感器组成，监测并记录地震作用下桥梁纵向位移，减震后预判纵向位移发生趋势，尤其地震振幅和频率越高，减震效果越好，实现桥梁的自动修复以及防治地震下桥梁发生侧翻、掉梁和桥梁相互碰撞损坏等。纵向阻尼减震器顶部设置钢垫板，通过凹槽实现纵向阻尼减震器与上部桥梁相连接，橡胶-钢垫板与桥梁承台连接，具有一定长度滑道，控制模块通过通信模块进行位移控制、监测结果，控制限位锁锁定纵向阻尼减震器的运动，控制实现一定偏移位移内自适应调节；矢量位移大小控制原理如下：

2）矢量位移不大于容许值情况

地震波主要横波破坏巨大，传递到桥梁时，限位锁保持开启，由于铰接活销的限制，另一端纵向运动；纵向位移传感器检测并记录地震波，当矢量位移较小时，纵向阻尼减震器参与工作，沿着滑道滑动实现阻尼吸能，滑道有相对位置，能实现纵向阻尼减震器有限范围内位移，在自适应阻尼作用下，位移回归到初始位置左右。限位锁根据、纵向位移传感器的位置数据记录，、纵向位移传感器接收到因地震导致桥梁端部，或者弯桥与站台、桥台间纵向位移，这种变化的纵向位移持续被纵向位移传感器监测：

a.小矢量位移情况

限位锁工作，限位锁处于开启状态，纵向阻尼减震器、横向电控滚珠开始工作，伺服电机不参与工作，自适应阻尼减震发挥作用，分别抵消纵向地震位移，当位移小于阈值△u时，控制模块根据纵向位移传感器数据与初始位置对比，限位锁逐渐锁定，保持桥梁和墩，或弯桥与站台、桥台间小位移自归位并保持二者相对位置不变，共同工作。

b.矢量位移大于容许值情况

大矢量位移情况，纵向位移传感器接受到地震引起的位移信号，当矢量位移差超过阈值，限位锁处于开启状态，纵向阻尼减震器发挥作用，不断耗能降低位移；当桥梁位移过大可能发生掉梁风险时，限位锁逐渐闭合，控制模块根据纵向位移传感器数据与初始位置对比，控制纵向阻尼减震器、横向电控滚珠反向移动，实现一般桥梁或者弯桥与下一过渡段横向相对桥台、站台位移自动归正；防止掉梁，从而自动实现修复，保证桥梁相对支座位置保持不变；

（1）激光-雷达波矢量位移：

为桥梁端部、弯桥与过渡段和桥台、站台位移纵向位移调整值，控制模块通过纵向位移传感器得到调整位移，包含了桥梁相对对中器中心位置的差值和其地震波余能预测值，即矢量偏移+预测修正值，传递信号至纵向阻尼减震器、横向电控滚珠开始工作，将实际位移为±△s转化并反向抵消+修正，桥梁梁端相对位移＜容许值。

本发明的设计原理：

1.本发明提供了一种全新AIDS支座，是一种软硬件结合体系来实现由一种5G通信、算法驱动硬件进行实时精确调节强震下桥面发生的大、小范围侧移，实现了自动归位，自动精确调节、阻尼减震功能。实时监测桥梁支座正常状况的功能、软硬件结合5G模块的联动体系实现桥梁强震位移归位和健康检测功能、后台实时数据监测。

2.本发明提供了一种平曲线桥桥梁支座联动调节、监测体系，克服了特殊环境下的人为因素的劣势，比如青藏高原腹地、深山涧、强震后暴雨不利等气候、自然环境条件下的影响，通过5G模块联动、自主调节、后台实时数据监测和交换，实现了关键枢纽处平曲线桥梁的强震健康监测、强震下桥梁侧移自主调节功能。

本发明的有益效果在于：

1.现有桥梁支座，尤其平曲线弯桥支座在搭接处，普通支座无法实现强震阻尼器效果，也无自动精确调节功能、无实时监测桥梁支座正常状况功能、无智能化控制算法体系、也不能实现软硬件结合5G模块的联动体系对桥梁强震位移归位和健康检测功能；本发明是一种AIDS阻尼支座、强震智能位移自修复的自控系统算法，当强震来袭，结构上检测到桥梁与下部结构发生侧移，对比侧移与阈值的大小，当位移＜阈值，通过阻尼器支座自主调节，当位移≥阈值时，AIDS阻尼器支座和智能位移自修复的自控系统算法联动调节，结合5G数据交换，后台也能时时监测位移变化和检测桥梁正常健康工作状态。

2.现有平曲线桥为了防止桥梁在强震下的侧移，设置盖梁侧面的防震挡块，由于主要承受剪力，在强震来袭，往往具有很大的受剪破坏的可能，本发明具有AIDS阻尼支座自带限位锁，具有一定的灵活、联动开闭调整作用，主要表现如下：一般情况处于锁止状态，当检测地震来袭，开启后上下阻尼板减震、缓冲，当智能自控系统将位移调整合适后，处于锁定状态。

3.现有桥梁为了减震和缓冲多采用柔性体系或者橡胶支座，但是该支座只是局限结构上起到一定缓冲左右，主要局限在于现有一般结构、被动式减震，无法实现精确自动控制、自主调节、智能化和数据时时互联，随着时间推移，不可避免更换老化、易损橡胶支座，也附带产生了一定的运营成本和时间成本，当强震来袭，有一定可能不能发挥作用；本发明属于耐用、可靠部件，不仅起到阻尼器作用，而且对于高海拔环境适应性强，代替人工自动化处理数据。

4.现有桥梁很难做到关键枢纽的桥梁强震健康监测、后台实时数据监测、自主调节功能，很多时候需要人检修，当处于特殊环境，比如青藏高原腹地、深山涧、强震后暴雨不利等气候、自然环境条件下，本发明具有强震健康监测、5G联动、后台实时数据监测、自主调节功能，显得尤为关键。

5.该结构通用性、适应性较强，实现比较容易，更能普及，由于我国现有桥梁数量庞大，对于具有关键枢纽线路和强震易损位置、搭接过渡段而言，桥梁AIDS阻尼支座尤为关键，市场体量客观。

附图说明

图1是本发明AIDS支座的布设示意图1；

图2是本发明AIDS支座的布设示意图2；

图3是本发明AIDS支座的结构剖视图；

图4是本发明AIDS支座的布设俯视图；

图5是本发明自控系统的工作流程图；

图中：1-纵向阻尼减震器，2-销接活塞，3-橡胶-钢垫板，4-限位锁，5-纵向位移传感器，6-上钢垫板，7-滑道，8-横向电控滚珠，9-通信模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明：

如图1～4所示，一种抗强震侧移的平曲线桥AIDS支座及位移自修复自控系统，AIDS支座的底部固定于桥墩顶部， AIDS支座放置于梁端衔接处或弯桥端头的衔接处；AIDS支座由下向上包括橡胶-钢垫板3、限位锁4、纵向阻尼减震器1、纵向位移传感器5和上钢垫板6；AIDS支座的减震缓冲方向为沿桥梁长度方向，即纵向；橡胶-钢垫板3固定于桥墩顶部，纵向阻尼减震器1位于橡胶-钢垫板3正上方，纵向阻尼减震器1可沿纵向往复移动。

还包括固定于纵向阻尼减震器1上的纵向位移传感器5，纵向位移传感器5用于监测纵向阻尼减震器1的震动位移值；橡胶-钢垫板3和纵向阻尼减震器1之间还设有竖直的限位锁4，限位锁4下端固定于橡胶-钢垫板3上，纵向阻尼减震器1底面设有与限位锁4对应的限位孔，限位锁4伸长时伸入限位孔内限制纵向阻尼减震器1的移动。

纵向阻尼减震器1包括纵向调节板和横向电控滚珠8，横向电控滚珠8包括多排，多排横向电控滚珠8连接于矩形框架内，横向电控滚珠8两端与矩形框架转动连接；横向电控滚珠8通过法兰结构连接有伺服电机，伺服电机信号连接上位机，伺服电机用于驱动电控滚珠转动；纵向调节板底面设有矩形凹槽，橡胶-钢垫板3的上表面也设有对应的矩形凹槽，横向电控滚珠8布设于矩形凹槽内。矩形凹槽形成滑道7。

纵向阻尼减震器1上还设有通信模块9，通信模块9无线信号连接有控制模块；通信模块9分别与纵向位移传感器5、纵向阻尼减震器1、限位锁4信号连接；当纵向位移传感器5监测到震动位移的阈值大于控制模块内预设的安全阈值时，控制模块通过通信模块9控制限位锁4回缩，并控制纵向阻尼减震器1与震动位移反向滚动，以缓冲降低桥梁的振幅。还包括销接活塞2，销接活塞2竖直设于橡胶-钢垫板3和纵向阻尼减震器1之间，销接活塞2上端固定于纵向阻尼减震器1上，橡胶-钢垫板3上表面设有长槽状的导向槽，销接活塞2下端穿入导向槽内，销接活塞2用于为纵向阻尼减震器1的移动提供导向。