CN104929035B - 一种桥梁电磁减振系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁电磁减振系统及控制方法，包括分别设置在两个桥墩耳壁上的振荡器和电路变频器，桥柱上设置有减振装置；减振装置包括起支撑作用的结构层，以及设置在结构层底部的若干激荡器，激荡器的上层空间通过偏心轮将分为两层，两层内均设置有若干电磁线圈，结构层顶部设置有电机，电机穿过偏心轮与激荡器连接；振荡器通过电路变频器连接若干电磁线圈，振荡器还连接有若干激荡器。能够消除行人、车辆产生共振，并能够时监测桥梁自身状态，根据桥梁不同状态，发出不同的反向矢量波，抵消不利的振动，解决了因人、车与桥梁发生激励导致桥梁发生结构安全事故。
Description
技术领域
本发明属于桥梁共振技术领域，具体涉及一种桥梁电磁减振系统及控制方法。
背景技术
桥是一种用来跨越障碍物的大型构筑物，其主要功能是帮助行人、车辆跨越障碍物，所以桥梁本身及时一种功能性构筑物，也是一座立体的艺术工程。随着城市交通量的增加，增设高架桥、人行天桥等在交通建设中有效的实现了交通分流，与此同时，桥梁建设逐步向大跨度、轻材质的方向发展，其功能不再仅仅是帮助行人跨越障碍，而是城市中的一道风景和明信片。
随着结构审美不断偏向结构纤细和大跨度，以及新型高强材料的发展和施工工艺的提升，促进了桥梁向着轻质量、大跨度的方向不断发展。桥梁跨度越长、材质越轻其自身频率越接近人行和车行的频率，从而导致共振，使行人和车辆产生不适合和恐慌，甚至还会引起桥梁自身结构安全事故。如：1984年法国西部昂热城市的曼恩河事故、2000年英国伦敦千禧桥事故、2010年俄罗斯伏尔加格勒桥事故等。
为防止桥梁自结构振动的产生相继产生隔振技术、消能减震技术、质量调谐减振技术、主动控制和混合控制技术，但消振效果并未得到很好地抑制。隔震结构减振比值8％-25％、消能结构减振比值30％-60％、TMD波动控制减振比值30％-60％、主动控制结构减振比值10％-50％，最为常用的TMD调谐阻尼装置在理想实验环境下减振比值仅为74％，减振效果并不突出。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种桥梁电磁减振系统及控制方法，消除了桥梁因大跨度、轻材质而容易与行人、车辆产生共振，危害自身结构安全的问题。
为了达到上述目的，一种桥梁电磁减振系统包括分别设置在两个桥墩耳壁上的振荡器和电路变频器，桥柱上设置有减振装置；
所述减振装置包括起支撑作用的结构层，以及设置在结构层底部的若干激振器，激振器的上层空间通过偏心轮将分为两层，两层内均设置有若干不同位置的电磁线圈，结构层顶部设置有电机，电机通过连接轴与偏心轮连接；
所述振荡器通过电路变频器连接所有电磁线圈，振荡器还连接电机和所有激振器。
所述偏心轮与结构层的镂空处缠绕有环绕铜丝。
所述偏心轮的两层内均设置有四个电磁线圈，四个电磁线圈竖直向上等间距排列。
所述激振器具有四个，四个振荡器等角度设置在结构层底部。
所述结构层包括橡胶和钢板。
所述偏心轮采用铝制轮。
一种桥梁电磁减振系统的控制方法，包括以下步骤：
步骤一：由振荡器监测桥梁理想状态得出固定的矢量波作为原始波形；
步骤二：当桥梁发生激励时会受力改变振荡器的原始波形，振荡器将所受的力变成矢量波形，并将矢量波形分为纵波和横波两个输出信号；
步骤三：振荡器将纵波输出信号传送给电流变频器，将原有波形转换为需要的大小电流，输出电流分别连接至上下两组电磁线圈的铜线上，各电磁线圈间受力根据输入电流大小的不同而相互间的受力改变，同时改变上下间受力，产生纵波抵消振动；
振荡器通过分析横波波形将横波输出信号分别传送到不同位置的激振器上，用来启动不同方向的激振器产生横波抵消振动。
当有大风的时候，大风产生涡流改变振荡器的原始波形，振荡器控制电机带动偏心轮旋转切割磁场产生力，抵消涡流。
与现有技术相比，一种桥梁电磁减振系统能够通过激振器产生水平不同方向，也就是前后左右四个方向的作用力和波形，通过电磁线圈产生垂直方向不同的力和波形，通过偏心轮消除涡流激励，将这几种装置结合起来，共同作用可产生万象矢量波，用来消除桥梁因大跨度、轻材质而容易与行人、车辆产生共振，危害自身结构安全，减小了涡流激励对桥梁的影响。
进一步的，偏心轮切割磁场产生的电流可沿环绕铜丝产生方向作用力。
进一步的，桥梁电磁减振系统能够通过四个方位电磁线圈受力不同可产生基于竖直不同方位的力或波形。
一种桥梁电磁减振系统的控制方法能够通过振荡器监测桥梁理想状态得出固定的矢量波作为原始波形，当桥梁发生激励时会受力改变振荡器的原有矢量波形，振荡器将改变后的矢量波形传送给电流变频器，电流变频器能够控制电磁线圈、激振器和偏心轴工作，消除行人、车辆产生共振，并能够时监测桥梁自身状态，根据桥梁不同状态，发出不同的反向矢量波，抵消不利的振动，解决了因人、车与桥梁发生激励导致桥梁发生结构安全事故。
进一步的，本发明采用偏心轮旋转产生力抵消大风时产生的涡流，解决了因大风等引起的涡流激励。
附图说明
图1为一种桥梁电磁减振系统的结构示意图；
图2为减振装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明。
参见图1和图2，一种桥梁电磁减振系统包括分别设置在两个桥墩耳壁13上的振荡器1和电路变频器2，桥柱12上设置有减振装置；减振装置包括起支撑作用的结构层4，以及设置在结构层4底部的若干激振器5，激振器5的上层空间通过偏心轮7将分为两层，两层内均设置有若干不同位置的电磁线圈8，结构层4顶部设置有电机9，电机9通过连接轴6与偏心轮7连接；振荡器1通过电路变频器2连接所有电磁线圈8，振荡器1还连接电机9和所有激振器5。偏心轮与结构层4的镂空处缠绕有环绕铜丝11。偏心轮7的两层内均设置有四个电磁线圈8，四个电磁线圈8竖直向上等间距排列。激振器5具有四个，四个振荡器等角度设置在结构层4底部。结构层4包括橡胶和钢板。偏心轮7采用铝制轮。
结构层：橡胶和钢板制成，用于支撑整个系统的框架，并产生调谐阻尼。
电机：带动偏心轮切割磁场运动，用于抵消涡流激励。
偏心轮：为铝制，用于消除涡流激励。镂空处避开电磁线圈产生的垂直方向的磁场，仅偏心轮边缘处切割磁场线，避免切割磁场线过多，导致电机容易烧毁。(切割磁场线1、产生电磁力的反作用于偏心轮可迅速将飞转的轮盘停止下来，避免多余振动；2、当电机不停止的转动时，电磁受力可增加涡流震荡幅度)
环绕铜丝：切割磁场产生的电流可沿铜丝产生方向作用力。
激振器：主要产生水平不同方向(前后左右四个方向)的作用力(波形)
电磁线圈：主要产生垂直方向不同的力(通过四个方位电磁线圈受力不同可产生基于竖直不同方位的力或波形)
通过激振器和电磁线圈共同作用可产生万象矢量波。
一种桥梁电磁减振系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：由振荡器1监测桥梁理想状态得出固定的矢量波作为原始波形；
步骤二：当桥梁发生激励时会受力改变振荡器1的原始波形，振荡器1将所受的力变成矢量波形，并将矢量波形分为纵波和横波两个输出信号；
步骤三：振荡器1将纵波输出信号传送给电流变频器2，将原有波形转换为需要的大小电流，输出电流分别连接至上下两组电磁线圈8的铜线上，各电磁线圈8间受力根据输入电流大小的不同而相互间的受力改变，同时改变上下间受力，产生纵波抵消振动；
振荡器1通过分析横波波形将横波输出信号分别传送到不同位置的激振器5上，用来启动不同方向的激振器5产生横波抵消振动。
当有大风的时候，大风产生涡流改变振荡器1的原始波形，振荡器1控制电机9带动偏心轮7旋转切割磁场产生力，抵消涡流。
备注：
1、振荡器使用单独直流蓄电池；
2、电流变频器使用220V交流电压持续供电；
3、meerew2＝Fe；F＝UI；所以电流的大小关系激励大小成正比。
Claims (8)
1.一种桥梁电磁减振系统，其特征在于：包括分别设置在两个桥墩耳壁(13)上的振荡器(1)和电路变频器(2)，桥柱(12)上设置有减振装置；
所述减振装置包括起支撑作用的结构层(4)，以及设置在结构层(4)底部的若干激振器(5)，激振器(5)的上层空间通过偏心轮(7)将分为两层，两层内均设置有若干不同位置的电磁线圈(8)，结构层(4)顶部设置有电机(9)，电机(9)通过连接轴(6)与偏心轮(7)连接；
所述振荡器(1)通过电路变频器(2)连接所有电磁线圈(8)，振荡器(1)还连接电机(9)和所有激振器(5)。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁电磁减振系统，其特征在于：所述偏心轮与结构层(4)的镂空处缠绕有环绕铜丝(11)。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁电磁减振系统，其特征在于：所述偏心轮(7)的两层内均设置有四个电磁线圈(8)，四个电磁线圈(8)竖直向上等间距排列。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁电磁减振系统，其特征在于：所述激振器(5)具有四个，四个振荡器等角度设置在结构层(4)底部。
5.根据权利要求1所述的一种桥梁电磁减振系统，其特征在于：所述结构层(4)包括橡胶和钢板。
6.根据权利要求1所述的一种桥梁电磁减振系统，其特征在于：所述偏心轮(7)采用铝制轮。
7.权利要求1所述的一种桥梁电磁减振系统的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：由振荡器(1)监测桥梁理想状态得出固定的矢量波作为原始波形；
步骤二：当桥梁发生激励时会受力改变振荡器(1)的原始波形，振荡器(1)将所受的力变成矢量波形，并将矢量波形分为纵波和横波两个输出信号；
步骤三：振荡器(1)将纵波输出信号传送给电流变频器(2)，将原有波形转换为需要的大小电流，输出电流分别连接至上下两组电磁线圈(8)的铜线上，各电磁线圈(8)间受力根据输入电流大小的不同而相互间的受力改变，同时改变上下间受力，产生纵波抵消振动；
振荡器(1)通过分析横波波形将横波输出信号分别传送到不同位置的激振器(5)上，用来启动不同方向的激振器(5)产生横波抵消振动。
8.根据权利要求7所述的一种桥梁电磁减振系统的控制方法，其特征在于：当有大风的时候，大风产生涡流改变振荡器(1)的原始波形，振荡器(1)控制电机(9)带动偏心轮(7)旋转切割磁场产生力，抵消涡流。
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