[發明專利]斜拉橋拉索振動實行主動控制系統

有效

• 申請號: 201110324113.3
• 申請日: 2011-10-23
• 公開（公告）號: CN102359068A
• 公開（公告）日: 2012-02-22
• 發明（設計）人: 王修勇;張賢才;孫洪鑫
• 申請（專利權）人: 湖南科技大學
• 主分類號: E01D19/16
• 分類號: E01D19/16;H02N2/00
• 代理公司: 湘潭市匯智專利事務所 43108
• 代理人: 宋向紅

技術領域

[0001]?本發明屬于斜拉橋拉索振動控制技術領域，具體涉及一種基于磁致伸縮作動器的斜拉橋拉索振動實時主動控制系統。

背景技術

拉索是斜拉橋的主要受力構件，承受著斜拉橋幾乎所有的恒載和活載。由于其具有大柔度、小質量及小阻尼的特點，在風、風雨、支座振動等動力荷載激勵下極易發生多種形式的有害振動。拉索的振動特別是風雨振、參數共振等引起的大幅振動容易引起索的疲勞，在索錨結合處產生疲勞裂紋，破壞索的防腐蝕系統，嚴重的還會造成索的失效，造成重大的財產損失。索的振動還會引起司乘人員的不舒適和對橋的安全性產生懷疑，引起社會恐慌。因此，研究大跨度斜拉橋拉索減振技術對于確保運營安全具有重要意義。現有拉索振動控制主要方法有空氣動力學措施、機械阻尼減振、輔助索與主動控制等。國內外學者已采用壓電作動器，通過在拉索錨固端施加沿拉索軸向的控制力，實現變剛度控制，提出了模態控制方法，并開展了試驗研究；Gattulli等采用壓電作動器在錨固端施加軸向控制力，提出了多點優化控制的方法，進行了仿真和試驗研究，具備一定的技術優勢，但因其存在設備昂貴、復雜性以及可靠性等問題，仍沒有得到實際應用。

磁致伸縮作動器（Magnetostrictive?actuator，MSA）是一種新型的智能控制元件，它利用稀土超磁致伸縮材料（GMM）在磁場的作用下磁致伸縮應變量大、能量密度高以及響應速度快等優點，具有結構緊湊、輸出功率大的特點。超磁致伸縮材料最好的是分子式為Tb0.27Dy0.73Fe2的Terfernol合金（即Terfernol-D棒），其伸縮量是壓電陶瓷的幾十倍，最大可達1500-2000ppm。采用智能材料GMM制作的減振驅動裝置用于主動控制具有出力大、能耗小、反應迅速等特點。本申請專利采用磁致伸縮作動器進行斜拉橋拉索主動控制系統的研究，具有廣闊前景的拉索減振技術。

發明內容

本發明的目的在于針對現有技術中存在的上述缺陷，提供一種基于磁致伸縮作動器進行斜拉橋拉索振動實時主動控制系統體系。

本發明是通過如下的技術方案來實現上述目的的：該斜拉橋拉索振動實行主動控制系統，它包括一個安裝于斜拉橋的拉索錨墊板之上并與錨墊板斷開的拉索螺母，拉索螺母是一個圓環凹槽形的構件，其槽口對著錨墊板；拉索螺母內對稱于拉索兩邊分別安裝有一個磁致伸縮作動器，拉索螺母上相對于磁致伸縮作動器的中心處設有調節螺栓，調節螺栓頂住磁致伸縮作動器上部中心處的輸出桿，使磁致伸縮作動器緊壓在錨墊板上；在拉索上安裝有一個傳感器，傳感器與一個實時控制設備相連，實時控制設備通過計算機控制算法作出分析和計算，且其輸出端連接到電流放大器的輸入端，電流放大器的輸出端與磁致伸縮作動器相連，通過控制磁致伸縮作動器的電流大小，來調節磁致伸縮作動器通過錨墊板作用于拉索上的主動力，以減小拉索的振動。

更具體地說，所述磁致伸縮作動器是一個以磁致伸縮棒為軸心的軸對稱結構體，磁致伸縮棒的兩端連接有導磁片，圍繞磁致伸縮棒及導磁片外依次設有內線圈骨架和外線圈骨架，內線圈骨架繞有勵磁線圈，外線圈骨架繞有偏置線圈；所述磁致伸縮棒、導磁片、勵磁線圈和偏置線圈均設在由導磁上蓋、導磁內壁和導磁下蓋構成的導磁內殼里，磁致伸縮棒下端的導磁片與導磁下蓋相接觸；導磁內殼外還相應設有由非導磁上蓋、非導磁外壁和非導磁下蓋構成的非導磁外殼；導磁下蓋底部中心處設有一凸塊，該凸塊與非導磁下蓋中心上設有的一個凹槽相嵌；磁致伸縮棒上端的導磁片插入導磁上蓋的中心孔內，十字架形的輸出桿底部也插入導磁上蓋的中心孔中，并與導磁片相抵，輸出桿的上部從非導磁上蓋的中心孔中伸出，在輸出桿的橫桿與非導磁上蓋之間套有碟簧，用于給磁致伸縮棒提供預壓力；在導磁上蓋和非導磁外壁上設有導線孔；所述導磁上蓋和導磁下蓋分別與導磁內壁通過螺紋連接，非導磁上蓋和非導磁下蓋也分別與非導磁外壁通過螺紋連接；所述磁致伸縮棒采用超磁致伸縮材料即GMM制成。

所述電流放大器的輸出電流范圍是-3A~3A。

本發明的工作原理是：傳感器將拉索振動的信號傳輸給本發明系統中的實時控制設備，經過實時控制設備的相應控制算法進行實時分析和控制分析后，將實時控制設備的反饋信號傳輸給電流放大器，電流放大器調節磁致伸縮作動器的電流大小，磁致伸縮作動器提供控制力，通過調節螺栓使磁致伸縮作動器緊密壓在錨墊板上，磁致伸縮作動器的主動力通過錨墊板作用于拉索上，如此反復進行，從而達到對拉索的振動控制的目的。