PDF《王景全铁路梁桥挠度智能主动控制_王景全》

6 .

5 mm , 由梁顶与梁底间温差产生的拱度或挠度应 不能超过此限值 ,制造误差小于

2 mm , 不得不采用 加大截面以及磨削等机械加工方法来生产钢筋混凝 土构件[

3 ~ 5] . 恒载下的挠度不难通过施工时的预拱度加以抵 消,使竣工后的桥梁达到理想的线形 , 恒载下的 零 挠度 是完全可以实现的 , 因此 , 在桥梁设计中往往 通过对活荷载的验算来体现结构的刚度特征 .中国 铁路桥规规定预应力混凝土简支梁桥, 由于静活载 (不计冲击力)所引起的跨中挠度限值为 L /800 , 公 路桥规规定预应力混凝土梁桥跨中挠度不应超过 L /600 , 美国 AASH TO 规范为 L /1000(L 指桥梁的 跨度),都满足不了高速轨道交通发展的要求 . 由结构力学知识可知梁桥挠度基本计算式为 f = ∫ l

0 M - Mp EI dx (1) 由式(1)可知,欲控制静活载引起的挠度, 通常是靠 增加结构刚度 E I 来实现 ,这势必要增加梁高, 但在 很多情况下增加梁高是不可行的.另外一种控制挠 度的思路就是减小 M - Mp 来实现, 也就是减小外荷 载作用下的弯矩图面积.普通预应力可以平衡恒 载,减小恒载挠度, 但是它仍然是一种被动的措施 , 并不能减小活荷载挠度 [

5 ~ 7] .要有效减小活载下结 构的挠度 ,须采取主动控制措施.

1 智能预应力系统 本文提出的智能预应力系统(IPS)就是采用智 能锚具和预应力钢索为作动器 ,利用控制算法 ,根据 外载效应实时调整索力, 旨在对结构的挠度和应力 状态进行主动控制的系统.IPS 包括硬件和软件系 统,硬件系统包括传感器 、作动器 、 微处理器和控制 回路 ,其中作动器包括智能锚具和预应力筋;

软件系 统包括控制算法、策略以及控制规律等.IPS 系统 主动控制结构在活荷载作用下的挠度, 而不是采取 简单的增大截面的 被动 方法 . IPS 系统组成结构见图

1 .结构在活荷载作用 下产生

1 个挠度值 ,传感器感知到该挠度值并传送 到控制器 ,控制器判断挠度是否超出控制标准 ,并向 智能锚具和预应力索[ 8] (图

2、3)发出控制信号 , 控图1IPS 系统 Fig.

1 IPS system 图2液压伺服锚具 Fig.

2 IPS anchor 制器便产生作用驱动 力 ,结构在外荷载和驱 动力的共同作用下的 输出量(挠度)在1个规定的 具 体范 围内 . 文献[ 6] 首先提出了智 能预应力的概念 , 并在

1 座跨线桥上得到了初 步应用 ,图3为该桥应 用的一些构造细节 .本课题组在国家自然科学基金 的资助下正在对智能预应力体系(IPS)进行研究,旨 在根据结构的荷载和变形实时控制预应力 ,有效地 控制短期挠度以及长期收缩徐变效应, 达到结构的 微挠度要求 ,提高轨道结构的铺设质量和行车的舒 适性.智能预应力系统是主动控制方法在结构挠度 控制中的应用,其目的是为了保证桥梁在正常使用 极限状态具有一个良好的工作性能[ 9] . 图3应用结构 Fig.

3 Used structure

2 铁路梁桥挠度控制 为了研究智能预应力的效应 , 针对中国铁路标 准设计图 专桥(01)2501 制Ⅳ-1 后张法预应力混 凝土简支梁进行了

300 多种工况的有限元分析, 分 析结果显示智能预应力系统可以调节结构在静活载 下的挠度,普通的混凝土简支梁桥附加一定的智能 预应力便可以满足较高的静活载挠度要求 .

2 .

1 结构概况 原结构为

32 m 跨度的后张预应力 T 形简支梁 桥, 截面高度为