[发明专利]一种长寿命高性能桥梁伸缩缝装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种减振技术,属于桥梁结构振动控制技术领域。

背景技术

伸缩缝是桥梁结构的重要连接构件之一，其主要作用是将不同的桥段衔接成一个桥梁整体，并有助于避免温度、风等外部荷载对桥梁整体结构产生的过大变形，从而有效保护桥梁结构的安全。但同时，由于伸缩缝直接承受车轮荷载的冲击作用，并长期暴露于自然环境中，故其又是桥梁结构最易损坏而又较难维修的部分。据统计，桥梁伸缩缝的平均寿命为10～15年，远低于桥梁本身的设计寿命。伸缩缝的损坏，不仅降低了行车舒适度，更将显著增加车辆对桥梁的冲击作用，从而加剧桥面铺装层破坏，甚至可能影响桥梁结构本身。

研究表明，累积纵向位移过大，致使伸缩缝滑块材料在远未达到设计预期寿命情况下首先发生损坏，是造成桥梁伸缩缝损坏的重要原因。目前，关于伸缩缝损坏的处理方式大多是先维修然后整体更换。如江阴长江大桥在出现主桥大位移伸缩缝损坏病害后，经多次维修仍不满足使用要求，后来进行了整体更换；润扬长江公路大桥南汊桥在出现伸缩缝损坏问题后进行了维修处理。伸缩缝病害的该种处理方式虽能够起到一定的效果，但并不能从根本上解决伸缩缝累积位移过大的问题，加之，反复维修带来的交通不便等问题可能会引起更大的经济损失。为从根本上解决伸缩缝累积行程过大问题，已有一些桥梁结构采用增设位移约束装置、安装阻尼器的方法来改善伸缩缝的性能。目前应用较多的是液体粘滞阻尼器，这类阻尼器由缸体、粘滞液体、活塞、活塞杆、阻尼材料腔、密封端套、密封环等部件组成，在振动控制方面有突出的贡献，但此阻尼器在工作中需要液体介质，因而对密封性能要求高，而且在温度变化剧烈时也不适用。

电涡流阻尼器是基于导体在磁场中运动产生电涡流效应的原理来工作的。当导体在磁场中作切割磁力线方向的运动时会在导体内产生电涡流，电涡流以热能的形式扩散到周围介质中，达到消耗振动能量的目的。此外，电涡流又会产生与原磁场方向相反的新磁场，从而产生与导体运动方向相反的阻尼力，起到减震耗能的作用。相比于其他传统阻尼器，电涡流阻尼器具有结构简单、非接触、无需工作介质、寿命长及刚度与阻尼可控等特点，它不依靠机械摩擦耗能，不存在密封和漏油问题，大大提高了其可靠性和耐久性。

近年来，桥梁结构健康监测技术已被越来越多的应用于大型桥梁的健康状态评定，桥梁结构健康监测已成为桥梁结构领域的前沿研究方向。其中，对桥梁伸缩缝的健康监测是监测的重要内容之一。目前，现有的研究主要是针对一般桥梁结构的伸缩缝，实测数据有限。对于加设电涡流阻尼器后的伸缩缝的使用性能知之甚少。因此，为促进该类新型装置在实际工程的广泛的应用和推广，加强对加设了电涡流阻尼器的伸缩缝在实际状态下工作性能的检测具有非常重要研究意义。

光纤光栅位移传感器属于光纤传感器的一种，是一种波长调制型光纤传感器。在外力作用下，位移传递杆产生位移，致使传递钢绳产生拉伸。传递钢绳产生的拉力以集中力的方式作用在悬臂梁的自由端。悬臂梁另一端固定在与钢绳保护筒连成一体的圆柱形刚性壳体内侧壁，其上下表面贴着互补的光栅对。当位移传递杆产生位移时，悬臂梁下表面受压缩产生负应变，上表面受拉伸产生正应变，贴在其上下表面的光纤光栅也产生同样是正应变和负应变，使上下两个光纤光栅的中心波长向相反方向移动。波长差值可表征位移传递杆移动的位移。该技术既利用了光信号远程不受电磁干扰的特性，又弥补了光纤光栅受温度影响的测试缺陷。

发明内容

技术问题：为了克服现有伸缩缝寿命过短的缺陷，本发明提供了一种长寿命高性能桥梁伸缩缝装置，一方面减少伸缩缝的累积行程，提高伸缩缝的使用寿命；另一方面监测桥梁伸缩缝在运营状态下的行程，评估伸缩缝的工作状态。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供了一种长寿命高性能桥梁伸缩缝装置，该装置包括橡胶和钢板组合模数式伸缩缝、电涡流阻尼器和光纤光栅位移传感器，所述电涡流阻尼器两端通过球铰支座分别固定在伸缩缝两边的梁底，横向成对布置，用以减小伸缩缝的累积行程，所述光纤光栅位移传感器设置在伸缩缝处梁底，位于成对电涡流阻尼器中间，监测伸缩缝的位移变化；在桥梁横向位置上，电涡流阻尼器近似关于光纤光栅位移传感器对称。

优选的，所述橡胶钢板组合模数式伸缩缝包括中梁、上支撑块、下支撑块、支撑梁挂架、支撑梁、支撑箱和桥梁结构部分，所述中梁通过上支撑块、下支撑块和焊接在中梁底部的支撑梁挂架安装在同一根支撑梁上，且支撑梁按一定的间距正交或斜交布置，所述的上支撑块、下支撑块与支撑箱相连，而支撑箱与桥梁结构部分浇筑在一起。