基于智能磁控橡膠支座的橋墩緩沖隔振多功能試驗平臺的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種橋梁沖擊防護試驗平臺，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平臺。
【背景技術】
[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，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)構損傷、重則造成坍塌，從而給人民生命財產(chǎn)和國民經(jīng)濟發(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)之間設置被動支座(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結(jié)構振動周期來減少沖擊振動對橋梁上部結(jié)構的破壞力。從工作情況上來說以上支座都屬于被動支座，即相關參數(shù)值在生產(chǎn)后就不可調(diào)。但在現(xiàn)實中，橋梁在面對不同激勵輸入時所需的最佳結(jié)構參數(shù)是不同的，另外傳統(tǒng)被動支座在一般振動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產(chǎn)生破壞性的位移，總體上缺乏良好的抗沖擊和振動隔離的兼容能力。
[0003]目前，智能材料已廣泛應用于車輛、建筑、振動控制等領域。其中，智能磁控橡膠可由磁場改變其彈性特性，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)橋梁運行情況和環(huán)境抗沖隔振要求，實時調(diào)整緩沖隔振支座的剛度、阻尼等參數(shù)，有望克服被動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)實橋梁緩沖隔振當中。然而其問題在于，如果用實際的橋梁來研宄其緩沖隔振和結(jié)構防護問題，不僅耗費龐大，而且試驗操作十分困難，進而難以實現(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平臺，該試驗平臺充分考慮了橋的梁-支座-墩面臨的沖擊振動激勵工況的多樣性，考慮了試驗中支座更換、測試、控制、評價一體的多功能特性，可以同時把橋梁和支座作為一個整體進行緩沖隔振系統(tǒng)的測試、控制和評價。
[0005]該試驗平臺的主要功能包括:1)可以模擬橋梁在車輛撞擊、過載和地震等多種沖擊振動工況下，梁-支座-墩系統(tǒng)的緩沖隔振響應；2)能夠改變沖擊載荷模擬發(fā)生器個數(shù)、排列方式和載荷施加位置以及基座振動激勵方式，具有載荷施加的多樣性；3)包含一套完整的試驗測控系統(tǒng)，可以對試驗平臺的激勵輸入、支座參數(shù)控制以及平臺響應進行數(shù)據(jù)采集合評價；4)為考慮平臺的通用性，可以對模擬臺的支座進行更換，進行被動支座或半主動智能磁控橡膠支座的緩沖隔振性能比較分析。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明提供如下技術方案:
[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平臺，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、智能磁控橡膠支座、橋墩模擬體、基座振動臺、位移傳感器、加速度傳感器、應變片、控制器、智能磁控橡膠支座驅(qū)動電源；
[0008]所述橋墩模擬體固定在基座振動臺和橋面模擬臺之間，在橋面模擬臺上安裝若干個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順橋向沖擊載荷模擬發(fā)生器；所述橋面模擬臺下方安裝若干個智能磁控橡膠支座，在每個智能磁控橡膠支座側(cè)面安裝應變片；在橋面模擬平臺上方安裝若干個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)生器和基座振動臺用來模擬橋墩-支座系統(tǒng)受到的多種振動激勵輸入；所述智能磁控橡膠支座用來隔減橋面-墩臺之間的相對沖擊及振動；所述應變片用來測試支座應力應變變化；所述控制器分別與位移傳感器、加速度傳感器、應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、基座振動臺連接，控制器還通過智能磁控橡膠支座驅(qū)動電源與智能磁控橡膠支座連接，對試驗平臺模擬的若干種工況下橋梁-支座模擬系統(tǒng)的沖擊振動進行測試和控制。
[0010]進一步，所述試驗平臺上安裝的智能磁控橡膠支座(5)采用被動支座或半主動支座，通過試驗平臺的試驗結(jié)果得出被動支座或半主動支座的緩沖隔振性能，從而對比各種支座的沖擊防護性能差異。
[0011 ] 控制器對試驗平臺模擬的若干種工況下的沖擊振動進行測試和控制的步驟包括:控制器輸出激振力信號控制沖擊載荷模擬發(fā)生器和基座振動臺的激勵輸入，并帶動整個試驗平臺運動；位移傳感器、加速度傳感器和應變片分別檢測橋面模擬平臺的沖擊振動位移、沖擊振動加速度和支座的應力應變情況，并將檢測到的各個信號傳遞到控制器；控制器對各個信號進行計算得到反饋信號，將該反饋信號輸入智能磁控橡膠支座驅(qū)動電源后，再輸出勵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)來降低試驗平臺的沖擊及振動響應。
[0012]沖擊載荷模擬發(fā)生器由一個或多個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，基座振動臺模擬橋梁受到地震激勵，可以為橋墩緩沖隔振多功能試驗平臺提供一個或多個的多向、多位置、多輸入、多時序的復雜沖擊或振動模擬源。
[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，還可以通過把沖擊載荷模擬發(fā)生器安放在不同位置，改變沖擊激勵作用點及激勵次序(即在控制器輸出激振力信號時，控制各個沖擊頭和基座振動臺模擬發(fā)生器的激勵次序)，模擬橋梁在車載、地震輸入下的沖擊振動情況。
[0014]橋墩緩沖隔振測試、控制、評價系統(tǒng)能根據(jù)采用不同橋墩支座的試驗平臺數(shù)據(jù)(位移、加速度、應力應變值等)，采用沖擊振動評價理論，對不同優(yōu)化算法和控制策略的半主動支座的隔振耗能效果作出評價，對比計算分析出各種被動支座、半主動支座的隔減振效果以及整個橋墩緩沖隔振系統(tǒng)在復雜激勵下的最佳緩沖隔振效率。
[0015]本發(fā)明的有益效果在于:在試驗平臺中，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、多時序的復雜沖擊振動激勵及橋墩緩沖隔振系統(tǒng)多自由度復雜響應；通過各類傳感器、橋墩支座、測控器與評價器的組合運用，可以得到橋墩-支座系統(tǒng)在復雜激勵下最佳的參數(shù)優(yōu)化算法和控制策略，還可對各種橋墩支座系統(tǒng)的緩沖隔減振性能作出對比評價。因此，本試驗平臺集橋梁沖擊防護、被動緩沖與主動緩沖隔振、系統(tǒng)測控與評價于一體，具有功能多、兼容性和可拓展性強、設計合理等優(yōu)點，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，可為提高橋墩-支座系統(tǒng)先進緩沖隔減振防護技術提供有力支撐。
【附圖說明】
[0016]為了使本發(fā)明的目的、技術方案和有益效果更加清楚，本發(fā)明提供如下附圖進行說明:
[0017]圖1為本試驗平臺的結(jié)構示意圖；
[0018]圖2為沖擊載荷模擬激勵源示意圖；
[0019]圖3為基座振動臺地震載荷t吳擬不意圖；
[0020]圖4為本發(fā)明橋墩緩沖隔振測試、控制、評價結(jié)構框圖。
【具體實施方式】
[0021]下面將結(jié)合附圖，對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細的描述。
[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平臺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11、智能磁控橡膠支座5、橋墩模擬體7、基座振動臺8、位移傳感器2、加速度傳感器1、應變片6、控制器9、智能磁控橡膠支座驅(qū)動電源10，橋墩模擬體7安裝在基座振動臺8上，橋面模擬平臺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、應變片6、分別安裝在橋面模擬平臺11和智能磁控橡膠支座5上。運行時，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帶動整個橋面模擬平臺11產(chǎn)生沖擊運動，基座振動臺8帶動橋墩模擬體7 —起振動，進而