一种具有空间阻尼自修复功能的桥梁AIFB支座设计方法

技术领域

本发明属于桥梁抗震设计技术领域，具体涉及一种具有空间阻尼自修复功能的桥梁AIFB支座设计方法。

背景技术

我国国内桥梁抗震设计参照《中国地震动参数区划图》以及《公路桥梁抗震设计规范》设计，对于简支梁桥和连续梁桥受到地震影响，地震发生的时间及地点具有不可预见性，并且具有持续时间短、能量释放剧烈等特点。桥梁地震危害主要包含下列4个方面：（1）上部结构坠毁；（2）支承连接件破坏，尤其桥梁支座、伸缩缝、剪力件、支承连接件等，是桥梁结构体系中抗震性能比较薄弱的部位；（3）桥台、桥墩破坏；（4）基础破坏。

常规抗震控制因素单一，地震控制存在不足，设计认识程度不够，防护措施往往是薄弱被动式，一旦高烈度地震来袭由此造成防护对象失效。

发明内容

本发明提供了一种具有空间阻尼自修复功能的桥梁AIFB支座设计方法，目的在于提供一种新型桥梁支座，以在高烈度地震作用下，进行主动降震，提高桥梁支座的抗震性能。

为此，本发明采用如下技术方案：

一种具有空间阻尼自修复功能的桥梁AIFB支座设计方法，AIFB支座固定于桥墩顶部与箱梁底部之间，AIFB支座用于为箱梁主动减震，AIFB支座的设计方法包括以下步骤：

1）根据桥梁设计规范和桥梁规格设计AIFB支座尺寸和材质，保证AIFB支座的抗压强度满足承载要求；

2）根据减震要求设计AIFB支座的结构，具体如下：AIFB支座由下向上包括底座、竖直减震调节件、支撑底板、X向阻尼减震器、X向调节板、Y向阻尼减震器和Y向调节板；

底座下部浇筑固定于桥墩顶部，底座上部露出至桥墩之上，底座上表面水平；

底座的四角位置分别开设有竖直的槽口，4个槽口内分别连接有竖直减震调节件，竖直减震调节件的上端穿出至槽口外；

支撑底板水平放置于底座上方，且支撑底板底面接触竖直减震调节件顶端，竖直减震调节件用于调整支撑底板的水平度；

X向阻尼减震器安装于支撑底板上表面， X向阻尼减震器上方滚动连接水平的X向调节板，X向阻尼减震器用于调节X向调节板在X向的位移；

X向调节板上方安装有Y向阻尼减震器，Y向阻尼减震器上方滚动连接水平的Y向调节板，Y向阻尼减震器用于调节Y向调节板在Y向的位移；

Y向调节板顶部连接底部箱梁；

3）X向调节板端部安装有用于测量X向位移的X向激光-毫米波雷达，X向激光-毫米波雷达与X向阻尼减震器信号连接；Y向调节板的端部安装有用于测量Y向位移的Y向激光-毫米波雷达，Y向激光-毫米波雷达与Y向阻尼减震器信号连接；

还包括通信模块和上位机，通信模块安装于AIFB支座上并与上位机无线信号连接，上位机分别与X向阻尼减震器、X向激光-毫米波雷达、Y向阻尼减震器、Y向激光-毫米波雷达信号连接，上位机用于控制X向阻尼减震器和Y向阻尼减震器主动移动；

4）激光-毫米波雷达监测方式

当矢量位移小于设计阈值时：

小矢量位移情况下，X向激光-毫米波雷达、Y向激光-毫米波雷达分别检测到位移小于设计阈值，并将监测的位移信号和频率信号上传至上位机；X向调节板和Y向调节板开始自由往复移动，分别抵消X、Y向的地震位移，降低箱梁的振动幅度；

当矢量位于大于设计阈值时：

大矢量位移情况，X向激光-毫米波雷达、Y向激光-毫米波雷达分别检测到位移大于设计阈值，并将监测的位移信号和频率信号上传至上位机；上位机根据位移量和频率，调节X向阻尼减震器和Y向阻尼减震器与振动位移反方向往复移动，以抵消振动的位移量；

直至位移量低于设计阈值，X向调节板和Y向调节板开始自由往复移动；

X向和Y向振动调节结束后，根据竖直方向的位移量ΔZ，控制单侧的竖直减震调节件伸缩，以调整桥梁的平直度；最大调节角度不超过10°。

进一步地，所述X向阻尼减震器和Y向阻尼减震器包括若干间隔布设的电控滚珠。

进一步地，所述支撑底板的顶面、X向调节板的顶面和底面、Y向调节板的底面上分别设有矩形的凹槽，各凹槽大小相对且分别正对；电控滚珠位于凹槽内，凹槽用于限制X向阻尼减震器和Y向阻尼减震器的最大位移。

进一步地，所述X向阻尼减震器的电控滚珠上连接有矩形框架，各电控滚珠两端与矩形框架转动连接，矩形框架用于限制电控滚珠的位置；

各电控滚珠端部依次传动连接，以控制各电控滚珠同步联动；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；

所述Y向阻尼减震器包括相同的矩形框架和伺服电机。

进一步地，所述竖直减震调节件为滚珠螺旋升降装置或液压升降装置，竖直减震调节件信号连接上位机。

进一步地，还包括用于为X向调节板移动进行导向的X向导向件，和用于为Y向调节板移动进行导向的Y向导向件；

X向导向件包括开设于支撑底板上表面的两条滑道，两条滑道与X向阻尼减震器的移动方向平行分别位于支撑底板的左右两端；X向调节板底面上固定有两个竖直向下的电控限位杆，两个电控限位杆与两个滑道相对设置；

Y向导向件包括开设于Y向调节板下表面的两条滑道，两条滑道与Y向阻尼减震器的移动方向平行分别位于Y向调节板的左右两端；Y向调节板顶面上固定有两个竖直向下的电控限位杆，两个电控限位杆与两个滑道相对设置。

进一步地，所述滑道的中心位置设有圆形定位孔，AIFB支座在初始状态下，电控限位杆伸长可穿入定位孔内，以锁定AIFB支座的X向调节板和Y向调节板。

进一步地，地震发生时，电控限位杆回缩置定位孔外，AIFB支座开始主动减震；地震结束后，电控限位杆伸长至定位孔内，锁定AIFB支座。

本发明上位机的计算方法如下：

1）当矢量位移小于设计阈值时

激光-雷达波矢量位移：

2）当矢量位移大于设计阈值时

本发明的有益效果在于：

1.本发明AIFB支座上设有X向、Y向、Z向三向减震结构，其中X向和Y向为主动减震结构，在地震位移矢量大于设计阈值时，上位机控制X向阻尼减震器和Y向阻尼减震器向振动位移反方向移动，以抵消部分地震位移，降低上部箱梁的振动幅度，提高箱梁的稳定性，以实现主动减震；

2.本发明AIFB支座上安装有电控限位杆，即可为X向阻尼减震器和Y向阻尼减震器导向，未发生地震时，还可实现自锁功能，避免AIFB支座自由移动，以提高AIFB支座在非地震作用下的稳定性。

附图说明

图1是本发明AIFB支座的安装俯视图；

图2是本发明AIFB支座的安装正视图；

图3是本发明AIFB支座的正视图；

图4是本发明AIFB支座的俯视图；

图中：1-桥墩，2-箱梁，3-AIFB支座，4-底座，5-支撑底板，6- X向调节板，7-电控限位杆，8-Y向调节板，9- X向阻尼减震器，10-Y向阻尼减震器，11-X向激光-毫米波雷达，12-Y向激光-毫米波雷达，13-槽口，14-竖直减震调节件，15-滑道，16-定位孔。

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和2所示，一种具有空间阻尼自修复功能的桥梁AIFB支座设计方法， AIFB支座3固定于桥墩1顶部与箱梁2底部之间，AIFB支座3用于为箱梁2减震，AIFB支座3的设计方法包括以下步骤：

1）根据桥梁设计规范和桥梁规格设计AIFB支座3尺寸和材质，保证AIFB支座3的抗压强度满足承载要求，AIFB的主体结构均采用高强度耐腐蚀钢，以提高AIFB支座3的使用寿命。

2）根据减震要求设计AIFB支座3的结构，具体如下：如图3和4所示，AIFB支座3由下向上包括底座4、竖直减震调节件14、支撑底板5、X向阻尼减震器9、X向调节板6、Y向阻尼减震器10和Y向调节板8。

底座4为立方体块状，下部浇筑固定于桥墩1顶部，用于向下传递承载力，底座4上部露出至桥墩1之上，底座4上表面水平。

底座4的四角位置分别开设有竖直的槽口13，4个槽口13内分别连接有竖直减震调节件14，竖直减震调节件14的上端穿出至槽口13外。竖直减震调节件14为滚珠螺旋升降装置或液压升降装置，竖直减震调节件14信号连接上位机。

支撑底板5水平放置于底座4上方，且支撑底板5底面接触竖直减震调节件14顶端，竖直减震调节件14用于调整支撑底板5的水平度。

X向阻尼减震器9滚动安装于支撑底板5上表面， X向阻尼减震器9上方滚动连接水平的X向调节板6，X向阻尼减震器9用于调节X向调节板6在X向的位移；X向调节板6上方滚动连接Y向阻尼减震器10，Y向阻尼减震器10上方滚动连接水平的Y向调节板8，Y向阻尼减震器10用于调节Y向调节板8在Y向的位移；Y向调节板8顶部支撑箱梁2。

X向阻尼减震器9和Y向阻尼减震器10包括若干间隔布设的电控滚珠。支撑底板5的顶面、X向调节板6的顶面和底面、Y向调节板8的底面上设有矩形的槽口13，各槽口13大小相对且分别正对；电控滚珠位于槽口13内，槽口13用于限制X向阻尼减震器9和Y向阻尼减震器10的最大位移。X向阻尼减震器9的电控滚珠上连接有矩形框架，各电控滚珠两端与矩形框架转动连接，矩形框架用于限制电控滚珠的位置；各电控滚珠端部依次传动连接，以控制各电控滚珠同步联动；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；Y向阻尼减震器10包括相同的矩形框架和伺服电机。

还包括用于为X向调节板6移动进行导向的X向导向件，和用于为Y向调节板8移动进行导向的Y向导向件。

X向导向件包括开设于支撑底板5上表面的两条滑道15，两条滑道15与X向阻尼减震器9的移动方向平行分别位于支撑底板5的左右两端；X向调节板6底面上固定有两个竖直向下的电控限位杆7，两个电控限位杆7与两个滑道15相对设置；Y向导向件包括开设于Y向调节板8下表面的两条滑道15，两条滑道15与Y向阻尼减震器10的移动方向平行分别位于Y向调节板8的左右两端；Y向调节板8顶面上固定有两个竖直向下的电控限位杆7，两个电控限位杆7与两个滑道15相对设置。滑道15的中心位置设有圆形定位孔16，AIFB支座3在初始状态下，电控限位杆7伸长可穿入定位孔16内，以锁定AIFB支座3的X向调节板6和Y向调节板8。

地震发生时，电控限位杆7回缩置定位孔16外，AIFB支座3开始主动减震；地震结束后，电控限位杆7伸长至定位孔16内，锁定AIFB支座3。

3）X向调节板6端部安装有用于测量X向位移的X向激光-毫米波雷达11，X向激光-毫米波雷达11与X向阻尼减震器9信号连接；Y向调节板8的端部安装有用于测量Y向位移的Y向激光-毫米波雷达12，Y向激光-毫米波雷达12与Y向阻尼减震器10信号连接。

还包括通信模块和上位机，通信模块安装于AIFB支座3上并与上位机无线信号连接，上位机分别与X向阻尼减震器9、X向激光-毫米波雷达11、Y向阻尼减震器10、Y向激光-毫米波雷达12信号连接，控制器用于控制X向阻尼减震器9和Y向阻尼减震器10移动。

4）激光-毫米波雷达监测方式

当矢量位移小于设计阈值时：

小矢量位移情况下，X向激光-毫米波雷达11、Y向激光-毫米波雷达12分别检测到位移小于设计阈值，电控限位杆7回缩置定位孔16外，X向调节板6和Y向调节板8开始自由往复移动，分别抵消X、Y向的地震位移，降低箱梁2的振动幅度；地震停止后，电控限位杆7伸长至定位孔16内，锁定AIFB支座3。

当矢量位于大于设计阈值时：

大矢量位移情况，X向激光-毫米波雷达11、Y向激光-毫米波雷达12分别检测到位移大于设计阈值，并将监测的位移信号和频率信号上传至上位机；上位机根据位移量和频率，调节X向阻尼减震器9和Y向阻尼减震器10与振动位移反方向移动，以抵消振动的位移量；直至位移量低于设计阈值，X向调节板6和Y向调节板8开始自由往复移动；

X向和Y向振动调节结束后，根据竖直方向的位移量ΔZ，控制单侧的竖直减震调节件14伸缩，以调整桥梁的平直度；最大调节角度不超过10°。