一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法及其系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及預(yù)應(yīng)力鋼桁梁技術(shù)，尤其涉及一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法及其系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]鋼桁梁具有十分廣泛的用途:既能用于突發(fā)事件中橋梁的應(yīng)急搶修，又能用于修建半永久性或永久性橋梁；既可作橋梁使用，也可作施工支架、移動模架、起重機架或滑移軌道梁等使用。
[0003]傳統(tǒng)上，對于承受以永久荷載為主的鋼桁梁，常采用預(yù)應(yīng)力技術(shù)實現(xiàn)一種預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)，從而達到減輕結(jié)構(gòu)重量、增大結(jié)構(gòu)剛度的目的。然而，工程實踐中經(jīng)常出現(xiàn)一些承受可變荷載相對較大且變形限制嚴格的鋼桁梁，例如，作為施工支架的鋼桁梁，在施工過程中承受的可變荷載是不斷增大的，變形限制也很嚴格；作為滑移軌道梁的鋼桁梁，在上部物體滑移過程中，其荷載作用點的位置是不斷變化的，為保證軌道平順性，其變形也須進行限制。對于這種承受可變荷載相對較大且變形限制嚴格的鋼桁梁，現(xiàn)有預(yù)應(yīng)力技術(shù)已不能有效改善結(jié)構(gòu)性能，需要直接增大結(jié)構(gòu)自身的剛度，這將增加結(jié)構(gòu)重量及其附屬建設(shè)工程量，實踐中并不完全可取。
[0004]為此，需要提供一種能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息主動調(diào)整自身預(yù)應(yīng)力大小以適應(yīng)較大可變荷載的預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度控制方法，并基于該方法實現(xiàn)一套智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法，并基于該方法實現(xiàn)一套智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)，該方法及其系統(tǒng)能夠根據(jù)鋼桁梁受力、變形等結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息主動調(diào)整自身預(yù)應(yīng)力大小，從而適用于承受可變荷載相對較大且變形限制嚴格的情況。
[0006]本發(fā)明采用的技術(shù)方案:一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法，包括如下步驟:
[0007]I)用戶通過控制器的交互平臺，設(shè)定傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率、鋼桁梁的上拱限位值和下?lián)舷尬恢?，以及作動器的伸縮速度；
[0008]2)傳感器按照步驟I)設(shè)定的數(shù)據(jù)采集頻率采集鋼桁梁跨中監(jiān)測點處的撓度信息，并經(jīng)濾波、放大和A/D轉(zhuǎn)換步驟后傳輸至控制器；
[0009]3)控制器將步驟2)采集來的撓度測量值與步驟I)設(shè)定的鋼桁梁上拱限位值和下?lián)舷尬恢颠M行比較:如果該撓度測量值在此限位范圍內(nèi)，則控制器不給作動器下達指令；如果該撓度測量值大于下?lián)舷尬恢?，則控制器給作動器下達伸長指令；如果該撓度測量值小于上拱限位值，則控制器給作動器下達縮短指令；上述指令經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和放大后傳輸至作動器；
[0010]4)作動器沒有收到步驟3)中控制器下達的指令后，將不進行頂升或縮短，鋼桁梁保持當前預(yù)應(yīng)力度；作動器收到步驟3)中控制器下達的伸長或縮短指令后，將按照步驟I)中設(shè)定的伸縮速度進行頂升或縮短，鋼桁梁的預(yù)應(yīng)力度隨之增大或減??；
[0011]5)循環(huán)執(zhí)行步驟2)、步驟3)和步驟4)，直至關(guān)閉電源。
[0012]一種基于上述方法實現(xiàn)的智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)，包括鋼桁梁、撐桿、預(yù)應(yīng)力筋、固定端錨具、張拉端錨具、傳感器、控制器和作動器，所述鋼桁梁中間位置的底部設(shè)置有采集其狀態(tài)信息傳感器，鋼桁梁下面沿傳感器兩邊對稱安裝有兩個撐桿，所述固定端錨具連接于鋼桁梁的一端，所述張拉端錨具通過作動器連接于鋼桁梁的另一端，所述預(yù)應(yīng)力筋的兩端分別錨固于固定端錨具和張拉端錨具，預(yù)應(yīng)力筋與兩個撐桿底部活動連接，所述作動器與控制器連接，所述控制器與傳感器連接。
[0013]作為優(yōu)選，所述作動器為自鎖式作動器，其在不伸縮時具有自鎖功能。
[0014]本發(fā)明充分利用了鋼桁梁受壓彎和預(yù)應(yīng)力筋受拉的特性，將受彎結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為以受拉、受壓為主的組合結(jié)構(gòu)，同時由于設(shè)置了傳感器、控制器和作動器，使得該系統(tǒng)能夠根據(jù)鋼桁梁受力、變形情況主動調(diào)整自身預(yù)應(yīng)力的大小，從而達到了調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力和控制結(jié)構(gòu)變形的目的，特別適用于承受可變荷載相對較大且變形限制嚴格的情況。
[0015]有益效果:本發(fā)明具有以下特點:自重輕、剛度大、承載能力強。本發(fā)明對災(zāi)后生命線搶通的快速化、大跨施工支架的輕型化以及超大噸位結(jié)構(gòu)的運輸和安裝等具有重要意義。
【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度方法的流程圖。
[0017]圖2是本發(fā)明智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)的示意圖。
[0018]圖中標號:1鋼桁梁；2撐桿；3預(yù)應(yīng)力筋；4固定端錨具；5張拉端錨具；6傳感器；7控制器；8作動器。
【具體實施方式】
[0019]以下結(jié)合附圖所示實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
[0020]如圖1所示，一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法，包括如下步驟:
[0021]I)用戶通過控制器的交互平臺，設(shè)定傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率、鋼桁梁的上拱限位值和下?lián)舷尬恢担约白鲃悠鞯纳炜s速度；
[0022]2)傳感器按照步驟I)設(shè)定的數(shù)據(jù)采集頻率采集鋼桁梁跨中監(jiān)測點處的撓度信息，并經(jīng)濾波、放大和A/D轉(zhuǎn)換步驟后傳輸至控制器；
[0023]3)控制器將步驟2)采集來的撓度測量值與步驟I)設(shè)定的鋼桁梁上拱限位值和下?lián)舷尬恢颠M行比較:如果該撓度測量值在此限位范圍內(nèi)，則控制器不給作動器下達指令；如果該撓度測量值大于下?lián)舷尬恢?，則控制器給作動器下達伸長指令；如果該撓度測量值小于上拱限位值，則控制器給作動器下達縮短指令；上述指令經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和放大后傳輸至作動器；
[0024]4)作動器沒有收到步驟3)中控制器下達的指令后，將不進行頂升或縮短，鋼桁梁保持當前預(yù)應(yīng)力度；作動器收到步驟3)中控制器下達的伸長或縮短指令后，將按照步驟I)中設(shè)定的伸縮速度進行頂升或縮短，鋼桁梁的預(yù)應(yīng)力度隨之增大或減?。?br>[0025]5)循環(huán)執(zhí)行步驟2)、步驟3)和步驟4)，直至關(guān)閉電源。
[0026]如圖2所示，本發(fā)明智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)包括鋼桁梁1、撐桿2、預(yù)應(yīng)力筋3、固定端錨具4、張拉端錨具5、傳感器6、控制器7和作動器8，各部分的位置關(guān)系為:預(yù)應(yīng)力筋3的兩端分別錨固于固定端錨具4和張拉端錨具5，預(yù)應(yīng)力筋3的中部通過撐桿2連接于鋼桁梁I的中部，固定端錨具4連接于鋼桁梁I的一端，張拉端錨具5通過作動器8連接于鋼桁梁I的另一端，作動器8受控于控制器7，控制器7接收來自傳感器6的信號，傳感器6布置于鋼桁梁I上并采集其撓度信息。
[0027]控制器7的工作原理是:傳感器6將鋼桁梁I跨中監(jiān)測點處測得的撓度信息按一定時間間隔傳輸給控制器7，控制器7將該信息與設(shè)定的上拱限位值和下?lián)舷尬恢颠M行比較，如果該信息在此限位范圍內(nèi)，則控制器7不給作動器8下達作動指令，預(yù)應(yīng)力筋3將保持當前預(yù)應(yīng)力值；如果該信息大于下?lián)舷尬恢担瑒t控制器7給作動器8下達伸長指令，預(yù)應(yīng)力筋3的預(yù)應(yīng)力值將增大，鋼桁梁I監(jiān)測點處的撓度將減小，直至該信息重新回到此限位范圍內(nèi)；如果該信息小于上拱限位值，則控制器7給作動器8下達縮短指令，預(yù)應(yīng)力筋3的預(yù)應(yīng)力值將減小，鋼桁梁I監(jiān)測點處的撓度將增大，直至該信息重新回到此限位范圍內(nèi)。
[0028]應(yīng)當指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。本實施例中未明確的各組成部分均可用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
【主權(quán)項】
1.一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法，其特征在于:包括如下步驟: 1)用戶通過控制器的交互平臺，設(shè)定傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率、鋼桁梁的上拱限位值和下?lián)舷尬恢?，以及作動器的伸縮速度； 2)傳感器按照步驟I)設(shè)定的數(shù)據(jù)采集頻率采集鋼桁梁跨中監(jiān)測點處的撓度信息，并經(jīng)濾波、放大和Α/D轉(zhuǎn)換步驟后傳輸至控制器； 3)控制器將步驟2)采集來的撓度測量值與步驟I)設(shè)定的鋼桁梁上拱限位值和下?lián)舷尬恢颠M行比較:如果該撓度測量值在此限位范圍內(nèi)，則控制器不給作動器下達指令；如果該撓度測量值大于下?lián)舷尬恢?，則控制器給作動器下達伸長指令；如果該撓度測量值小于上拱限位值，則控制器給作動器下達縮短指令；上述指令經(jīng)D/Α轉(zhuǎn)換和放大后傳輸至作動器; 4)作動器沒有收到步驟3)中控制器下達的指令后，將不進行頂升或縮短，鋼桁梁保持當前預(yù)應(yīng)力度；作動器收到步驟3)中控制器下達的伸長或縮短指令后，將按照步驟I)中設(shè)定的伸縮速度進行頂升或縮短，鋼桁梁的預(yù)應(yīng)力度隨之增大或減小； 5)循環(huán)執(zhí)行步驟2)、步驟3)和步驟4)，直至關(guān)閉電源。
2.一種基于權(quán)利要求1所述方法實現(xiàn)的智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)，其特征在于:包括鋼桁梁、撐桿、預(yù)應(yīng)力筋、固定端錨具、張拉端錨具、傳感器、控制器和作動器，所述鋼桁梁中間位置的底部設(shè)置有采集其狀態(tài)信息傳感器，鋼桁梁下面沿傳感器兩邊對稱安裝有兩個撐桿，所述固定端錨具連接于鋼桁梁的一端，所述張拉端錨具通過作動器連接于鋼桁梁的另一端，所述預(yù)應(yīng)力筋的兩端分別錨固于固定端錨具和張拉端錨具，預(yù)應(yīng)力筋與兩個撐桿底部活動連接，所述作動器與控制器連接，所述控制器與傳感器連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能預(yù)應(yīng)力鋼桁梁系統(tǒng)，其特征在于:所述作動器為自鎖式作動器。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于結(jié)構(gòu)狀態(tài)信息反饋控制預(yù)應(yīng)力鋼桁梁撓度的方法及其系統(tǒng)，充分利用了鋼桁梁受壓彎和預(yù)應(yīng)力筋受拉的特性，將受彎結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換為以受拉、受壓為主的組合結(jié)構(gòu)，同時由于設(shè)置了傳感器、控制器和作動器，使得該系統(tǒng)能夠根據(jù)鋼桁梁受力、變形情況主動調(diào)整自身預(yù)應(yīng)力的大小，從而達到了調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力和控制結(jié)構(gòu)變形的目的，特別適用于承受可變荷載相對較大且變形限制嚴格的情況。
【IPC分類】E01D21-00, E04G21-12, E01D101-32
【公開號】CN104831937
【申請?zhí)枴緾N201510230796
【發(fā)明人】徐偉煒, 楊毅, 陳樑明
【申請人】東南大學(xué)
【公開日】2015年8月12日
【申請日】2015年5月7日