一种水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置制造方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，该水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置包括：槽身、支架、盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座、伸缩缝、磁流变阻尼器、墩顶。本实用新型通过在槽身的伸缩缝处设置磁流变阻尼器，实现了对渡槽结构地震响应的半主动控制，有效的减小了渡槽结构的地震响应；磁流变阻尼器结构简单、响应快、动态范围大、耐久性好、阻尼力连续可调，较好的解决了渡槽结构存在的控制效果和控制的适用范围有限的问题。本实用新型实现了对渡槽地震响应的半主动控制，为渡槽的设计提供了有价值的参考数据，为渡槽的安全性能提供了保证。
【专利说明】一种水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水利工程【技术领域】，尤其涉及一种水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置。
【背景技术】
[0002]目前，南水北调水利工程是为缓解我国华北及西北地区水资源缺乏的现状而兴建的大型水利工程，渡槽结构作为南水北调输水工程中的重要组成部分，是南水北调中线工程上应用较多的主要交叉建筑物之一，而中线工程的输水线路穿越我国地震高烈度区域，线路许多区段的抗震设防烈度达到8度，整个工程输水总干渠共有渡槽49座，累计长度达到5520m，流量达500m3/s，一旦发生地震，全线输水将要中断，且其临近京广、京九等重要铁路干线，可能导致严重的次生灾害，因此输水工程的抗震安全性非常重要。
[0003]在地震中，由于两端动力特性的差异，以及地震本身的时空分布不均匀，伸缩缝结构由于产生碰撞而破坏的现象屡有发生，而渡槽结构的伸缩缝如果发生破坏，将会造成严重后果。
[0004]自1972年结构振动控制提出以来，经过近40年来的研宄与应用，已经取得了长足的发展，各种控制技术在工程中的应用也越来越广泛。渡槽结构的减震控制目前多集中于被动控制，如利用铅芯橡胶支座进行的隔震等，其具有形式简单，易于实现，造价低廉及无需外部能源支持等优点，但是其控制效果和控制的适用范围有一定的局限。而主动控制方法虽然控制效果好且适应性强，但是系统构造复杂，造价昂贵，所需要的巨大能源在地震中得不到完全的保证，因此，其实用性受到限制，但可作为控制系统设计的理论参考。半主动控制技术则兼具了主动控制和被动控制的优点，既可以达到被动控制的可靠性，又具有主动控制的强适应性，且构造简单，所需能量小，是结构振动控制领域的前沿性研宄课题之一，受到国内外研宄者的广泛关注。
实用新型内容
[0005]本实用新型为解决现有渡槽结构存在的控制效果和控制的适用范围受限、成本高的问题而提供一种结构简单、安装使用方便、提高工作效率的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置。
[0006]本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是:
[0007]本实用新型实施例的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，该水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置包括:槽身、支架、盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座、伸缩缝、磁流变阻尼器、墩顶；
[0008]铅芯橡胶支座设置在墩顶上，铅芯橡胶支座设置在盆式橡胶支座的下方，槽身连接支架，伸缩缝设置在相邻的槽身之间，磁流变阻尼器设置在伸缩缝上。
[0009]本实用新型还可以采用如下技术措施:
[0010]进一步，槽身通过盆式橡胶支座连接支架。
[0011]进一步，槽身的左端横、竖、纵向及竖、纵向转动自由度约束，右端横、竖向及纵向转动自由度约束。
[0012]进一步，支架采用H型排架。
[0013]进一步，采用止水材料封堵伸缩缝。
[0014]进一步该水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置采用磁流变阻尼器，阻尼器的两端分别通过螺栓固定于伸缩缝的两侧的渡槽槽身或采用磁流变阻尼器，两端分别通过铰支座连接在槽身和渡槽支架上两种设置方式。
[0015]本实用新型具有的优点和积极效果是:由于本实用新型通过在槽身的伸缩缝处设置磁流变阻尼器，实现了对渡槽结构地震响应的半主动控制，有效的减小了渡槽结构的地震响应；磁流变阻尼器结构简单、响应快、动态范围大、耐久性好、阻尼力连续可调，较好的解决了渡槽结构存在的控制效果和控制的适用范围受限、成本高的问题。本实用新型减轻了地震作用下渡槽伸缩缝处的碰撞响应，为渡槽的设计提供了有价值的参考数据，为渡槽的安全性能提供了保证。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本实用新型实施例提供的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置结构示意图；
[0017]图中:1、槽身；2、支架；3、盆式橡胶支座；4、铅芯橡胶支座；5、伸缩缝；6、磁流变阻尼器；7、墩顶；
[0018]图2是本实用新型实施例提供的半主动控制与无控状态下的地震跨中位移响应对比示意图(a:跨中位移，b:左墩顶位移)；
[0019]图3是本实用新型实施例提供的半主动控制与无控状态下的地震左墩顶位移响应对比示意图；
[0020]图4是本实用新型实施例提供的跨中地震响应半主动不意图；
[0021]图5是本实用新型实施例提供的跨中地震响应主动控制不意图；
[0022]图6是本实用新型实施例提供的控制力与位移关系(半主动与主动控制)示意图；
[0023]图7是本实用新型实施例提供的防碰撞装置的第一种设置形式；
[0024]图中:8、控制装置；
[0025]图8是本实用新型实施例提供的防碰撞装置的第二种设置形式；
[0026]图9和图10是本实用新型实施例提供的碰撞次数与碰撞力关系的不意图。
【具体实施方式】
[0027]为能进一步了解本实用新型的
【发明内容】
、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下:本实用新型所用到的软件模块都属于已知模块，在购买硬件模块时，已经安装有该软件模块。本实用新型不存在软件或方法的创新。
[0028]请参阅图1:
[0029]如图1所示，本实用新型实施例的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置主要由槽身1、支架2、盆式橡胶支座3、铅芯橡胶支座4、伸缩缝5、磁流变阻尼器6、墩顶7组成；
[0030]铅芯橡胶支座4设置在墩顶7上，铅芯橡胶支座4设置在盆式橡胶支座3的下方，槽身I通过盆式橡胶支座3连接支架2，伸缩缝5设置在相邻的槽身I之间，磁流变阻尼器6设置在伸缩缝5上；
[0031]槽身I每跨跨长28m，弹性模量2.55 X 104Mpa，每两跨间设置伸缩缝5，槽身I的左端横、竖、纵向及竖、纵向转动自由度约束，右端横、竖向及纵向转动自由度约束；支架2采用H型排架，高11.2m，渡槽横截面形心到地面高度为12.57m，支架2单柱正方形横截面面积0.64 m2，横截面惯性矩0.034m4，弹性模量2.55 X 104Mpa，底部固结处理；
[0032]槽身I之间有3cm伸缩缝隔开，为了适应变形和防止漏水，采用止水材料进行封堵，考虑伸缩缝5处止水材料的弹性对结构动力特性的影响，通过计算其应变能(由腹板间止水材料平面面外剪切应变能Udl和底板间止水材料平面内的剪切应变能U d2组成)来考虑其对槽身I刚度的作用，根据Udl、Ud2的一阶变分把相关项按照对号入座法则叠加至整体刚度、阻尼、质量矩阵，槽内水体以满槽考虑。磁流变阻尼器6 (1000KN)分别添加于两伸缩缝处，地震动输入采用Elcen-NS (May，18，1940，加速度峰值341.7gal)，调幅至400gal，纵向输入。
[0033]通过以下验证对本实用新型的使用效果做补充说明:
[0034]如图2、3所示，渡槽半主动控制地震响应与无控的对比对渡槽结构进行半主动控制前后的地震响应，a:跨中位移，b:左墩顶位移；显示了无控状态下与半主动控制下的渡槽地震响应，通过对比，可以看出，磁流变阻尼器6对于结构的地震响应有较为明显的控制作用。
[0035]如图4、5所示，半主动控制与主动控制的对比对渡槽结构进行半主动控制后的地震响应与主动控制的理想状态进行对比，考察半主动控制对主动控制的追踪效果，计算结果如图4、5所示；
[0036]通过图4、5可以看出，通过磁流变阻尼器对渡槽结构进行半主动控制的效果与主动控制十分接近，通过图6可以发现，半主动控制的出力较好的追踪了主动控制，说明半主动控制算法是有效的。
[0037]本实用新型可采用两种设置形式(第一种如图7，控制装置8采用磁流变阻尼器，阻尼器的两端分别通过螺栓固定于伸缩缝的两侧的渡槽槽身I ;第二种设置形式如图8，控制装置8依然采用磁流变阻尼器，两端分别通过铰支座连接在槽身I和渡槽的支架2上；
[0038]控制装置8采用的磁流变阻尼器在不同的电压作用下会表现不同的力学特性，通过一定的控制算法在不同大小的地震时施加不同大小的电压，驱动磁流变阻尼器提供合适大小的反力以最大程度上抵消地震力的作用，从而减小渡槽伸缩缝两端在地震下的相对移动，以达到减轻碰撞效应，保护渡槽伸缩缝止水带的效果，如图9和图10所示，无论是碰撞次数还是碰撞力的大小，都得到了显著的控制。
[0039]以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围。
【权利要求】
1.一种水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，其特征在于，该水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置包括:槽身、支架、盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座、伸缩缝、磁流变阻尼器、墩顶； 铅芯橡胶支座设置在墩顶上，铅芯橡胶支座设置在盆式橡胶支座的下方，槽身连接支架，伸缩缝设置在相邻的槽身之间，磁流变阻尼器设置在伸缩缝上。
2.如权利要求1所述的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，其特征在于，槽身通过盆式橡胶支座连接支架。
3.如权利要求1所述的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，其特征在于，槽身的左端横、竖、纵向及竖、纵向转动自由度约束，右端横、竖向及纵向转动自由度约束。
4.如权利要求1所述的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，其特征在于，支架采用H型排架。
5.如权利要求1所述的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，其特征在于，采用止水材料封堵伸缩缝。
6.如权利要求1所述的水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置，其特征在于，该水利工程用渡槽伸缩缝在地震作用下防碰撞装置采用磁流变阻尼器，阻尼器的两端分别通过螺栓固定于伸缩缝的两侧的渡槽槽身或采用磁流变阻尼器，两端分别通过铰支座连接在槽身和渡槽支架上两种设置方式。
【文档编号】E02B5/00GK204212107SQ201420222097
【公开日】2015年3月18日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】黄亮, 王博, 徐伟, 张威, 弓佩箭 申请人:郑州大学