本發(fā)明屬于橋梁工程，更具體地，涉及一種大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)及控制方法。

背景技術(shù)：

1、隨著橋梁工程的迅速發(fā)展，大跨懸索橋因其跨越能力強、造型美觀等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用。然而，大跨懸索橋在縱橋向的振動問題成為了工程領(lǐng)域關(guān)注的焦點。

2、在實際運行中，大跨懸索橋不僅容易受到風(fēng)荷載和隨機車流荷載的作用，還可能面臨地震等自然災(zāi)害的威脅。脈動風(fēng)和隨機車流下縱橋向的高頻低幅往復(fù)振動可能導(dǎo)致橋梁約束關(guān)鍵裝置(支座、阻尼器、伸縮裝置)的疲勞損傷，影響其使用壽命和安全性。

3、傳統(tǒng)的用于控制大跨懸索橋縱橋向振動的方法存在一定的局限性。例如，增加橋梁結(jié)構(gòu)的剛度雖然能在一定程度上減少振動，但會大幅增加橋梁的自重和建設(shè)成本。使用常規(guī)的阻尼器，如液體粘滯阻尼器，其相關(guān)參數(shù)主要針對地震作用、百年風(fēng)等偶發(fā)高速動荷載進(jìn)行設(shè)計，速度指數(shù)的取值范圍一般為0.3及以上，對于梁端中低速運動的控制效果有限，導(dǎo)致其減振效果往往不夠理想，且在長期使用中可能出現(xiàn)漏油而性能衰退；再如，摩擦阻尼器，其為位移相關(guān)型阻尼器，對脈動風(fēng)和隨機車流荷載下主梁的減振效果良好，但其會引入部分主梁溫度應(yīng)力。

4、此外，現(xiàn)有的一些阻尼器在應(yīng)對不同速度工況下的荷載時，如溫度變化引起的慢速工況(v<0.01mm/s)、脈動風(fēng)和車輛荷載引起的中速工況(0.01mm/s<v<10mm/)、地震引起的快速工況(v>80mm/s)，其適應(yīng)性較差，無法有效地釋放溫度應(yīng)力和同時控制橋梁在正常使用狀態(tài)下的風(fēng)/車振及地震作用下的劇烈震動響應(yīng)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對現(xiàn)有技術(shù)的以上缺陷或改進(jìn)需求，本發(fā)明提供一種大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)及控制方法，在溫度變化引起的低速作用下及混凝土收縮徐變時，所述阻尼介質(zhì)能夠通過第一活塞、第二活塞、第三活塞上的過流孔自由流動，實現(xiàn)主梁變形的溫度自適應(yīng)；在汽車或脈動風(fēng)的中速作用下，通過第一彈簧提供的彈簧力和第三活塞提供的恒定阻尼力、或第二彈簧提供的彈簧力和第二活塞提供的恒定阻尼力共同抑制汽車活載、脈動風(fēng)引起的橋梁梁端高頻低幅往復(fù)振動；在地震引起的快速工況下，通過所述第二活塞和第三活塞的限位功能和第一活塞的阻尼耗能功能，以及第一阻尼閥和第二阻尼閥的保險絲功能，避免強震下阻尼系統(tǒng)因缸筒內(nèi)油壓過大而影響正常使用；本發(fā)明能夠適應(yīng)溫度變化引起的慢速工況(v<0.01mm/s)、脈動風(fēng)和車輛荷載引起的中速工況(0.01mm/s<v<10mm/)以及地震引起的快速工況(v>80mm/s)，能夠有效地釋放溫度應(yīng)力和同時控制橋梁在正常使用狀態(tài)下的風(fēng)/車振及地震作用下的劇烈震動響應(yīng)。

2、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一個方面提供一種大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)，包括缸筒，設(shè)于所述缸筒中心的活塞桿，平行間隔設(shè)于所述活塞桿上的第一端蓋和第二端蓋；其中，所述活塞桿上位于所述第一端蓋和第二端蓋之間依次間隔設(shè)有第二活塞、第一活塞、第三活塞；所述第一活塞和第二活塞之間設(shè)有第一彈簧，所述第一活塞和第三活塞之間設(shè)有第二彈簧，所述缸筒和所述活塞桿之間設(shè)有阻尼介質(zhì)；所述第一端蓋、所述第二端蓋、第一活塞上分別設(shè)有與所述缸筒內(nèi)部連通的阻尼閥；所述第一端蓋和所述第二端蓋的兩個阻尼閥之間設(shè)有回油道；所述第一活塞、第二活塞以及第三活塞上分別設(shè)有過流孔；所述第二活塞和所述第三活塞上還分別設(shè)有溢流閥；

3、在溫度變化引起的低速作用下及混凝土收縮徐變時，所述阻尼介質(zhì)能夠通過第一活塞、第二活塞、第三活塞上的過流孔自由流動，實現(xiàn)主梁變形的溫度自適應(yīng)；在汽車或脈動風(fēng)的中速作用下，通過第一彈簧提供的彈簧力和第三活塞提供的恒定阻尼力、或第二彈簧提供的彈簧力和第二活塞提供的恒定阻尼力共同抑制汽車活載、脈動風(fēng)引起的橋梁梁端高頻低幅往復(fù)振動；在地震引起的快速工況下，通過所述第二活塞和第三活塞的限位功能和第一活塞的阻尼耗能功能，以及所述第一端蓋和所述第二端蓋的兩個阻尼閥的保險絲功能，實現(xiàn)強震下阻尼系統(tǒng)的減震耗能。

4、進(jìn)一步地，所述第一活塞間隔設(shè)于所述第二活塞和第三活塞之間；所述第一活塞與活塞桿剛接；所述第二活塞套在活塞桿上，可在活塞桿上滑動；所述第三活塞套在活塞桿上，可在活塞桿上滑動。

5、進(jìn)一步地，所述第二活塞與缸筒之間設(shè)置有第一支撐導(dǎo)向環(huán)和第一密封圈；

6、所述第三活塞與缸筒之間設(shè)置第二支撐導(dǎo)向環(huán)和第二密封圈。

7、進(jìn)一步地，所述第二活塞的側(cè)面緊貼設(shè)置有第一限位螺母，第一限位螺母與所述活塞桿剛接；所述第三活塞的側(cè)面緊貼設(shè)置有第二限位螺母，第二限位螺母與所述活塞桿剛接。

8、進(jìn)一步地，所述第一端蓋上設(shè)有第一阻尼閥，所述第二端蓋上設(shè)有第二阻尼閥，所述第一阻尼閥和第二阻尼閥之間設(shè)有回油道；在地震引起的快速工況下所述缸筒內(nèi)壓力超過所述第一阻尼閥或第二阻尼閥的限值時，所述第一阻尼閥或第二阻尼閥自動開啟，使所述阻尼介質(zhì)通過所述回油道向低壓的一側(cè)流動，進(jìn)行壓力釋放；

9、所述第一活塞上設(shè)有第三阻尼閥，在地震引起的快速工況下，活塞桿向左或向右運動時，帶動第一活塞向左或向右運動時，第一活塞7上的阻尼閥自動開啟，產(chǎn)生阻尼力。

10、進(jìn)一步地，所述活塞桿的一端外部套接有防塵罩，另一端外部置于連接筒中；

11、所述防塵罩的一端與所述第一端蓋相接，另一端與第一連接耳板連接；

12、所述連接筒的一端與所述第二端蓋相接，另一端與第二連接耳板連接；

13、所述活塞桿的端部和所述連接筒內(nèi)壁之間形成間隙，其間填充有阻尼介質(zhì)；

14、所述活塞桿的端部與所述第二連接板之間留有間距，作為活塞桿的行程。

15、進(jìn)一步地，所述第一連接耳板靠近所述活塞桿的一端設(shè)有防塵罩安裝槽；

16、所述防塵罩安裝槽的中心設(shè)有容納所述活塞桿的第一凹槽；

17、所述第二連接耳板靠近所述活塞桿的一端設(shè)有容納所述活塞桿的第二凹槽；

18、所述第一連接耳板和第二連接耳板的中心設(shè)有關(guān)節(jié)軸承。

19、進(jìn)一步地，在汽車、脈動風(fēng)中速作用下，大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)受到的力和位移之間的關(guān)系通過式(1)表示：

20、f＝kx+fh(1)

21、其中，f為在汽車、脈動風(fēng)作用下大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)的第一端蓋或第二端蓋受到的力；k為第一彈簧或第二彈簧的剛度；x為第一彈簧或第二彈簧的行程；fh為在汽車、脈動風(fēng)等中速作用下第二活塞或第三活塞產(chǎn)生的恒定阻尼力，為第一恒定阻尼力。

22、進(jìn)一步地，在地震作用下，大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)受到的力和位移之間的關(guān)系通過式(2)表示：

23、f1＝2fp+cva(2)

24、其中，f1為在地震作用下，大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)的第一端蓋或第二端蓋受到的力；fp為在地震等快速作用下第二活塞或第三活塞產(chǎn)生的恒定阻尼力，為第二恒定阻尼力；c為第一活塞的阻尼系數(shù)；a為第一活塞的速度指數(shù)；v為缸筒與活塞桿之間的相對速度。

25、本發(fā)明的第二個方面提供一種大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)的控制方法，應(yīng)用所述的大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)實現(xiàn)，包括：在溫度變化引起的低速作用下及混凝土收縮徐變時，通過阻尼介質(zhì)在第一活塞、第二活塞、第三活塞之間的過流孔自由流動，實現(xiàn)大跨懸索橋主梁變形的溫度自適應(yīng)；

26、在汽車或脈動風(fēng)的中速作用下，通過第一彈簧提供的彈簧力和第三活塞提供的恒定阻尼力、或第二彈簧提供的彈簧力和第二活塞提供的恒定阻尼力共同抑制汽車活載、脈動風(fēng)引起的橋梁梁端高頻低幅往復(fù)振動；

27、在地震引起的快速工況下，通過第二活塞和第三活塞的限位功能，第一活塞上阻尼閥的阻尼耗能功能，以及所述第一端蓋和所述第二端蓋上兩個阻尼閥的保險絲功能，實現(xiàn)強震下阻尼系統(tǒng)的減震耗能。

28、總體而言，通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比，能夠取得下列有益效果：

29、本發(fā)明的一種大跨懸索橋用溫度自適應(yīng)彈簧阻尼系統(tǒng)及控制方法，通過在缸筒中心設(shè)活塞桿，在活塞桿上平行間隔設(shè)于第一端蓋和第二端蓋；在活塞桿上第一端蓋和第二端蓋之間依次間隔設(shè)置第二活塞、第一活塞、第三活塞；在第二活塞的側(cè)面緊貼設(shè)置與所述活塞桿剛接的第一限位螺母，在第三活塞的側(cè)面緊貼設(shè)置與所述活塞桿剛接的第二限位螺母，在第一活塞和第二活塞之間設(shè)置第一彈簧，第一活塞和第三活塞之間設(shè)置第二彈簧，缸筒和活塞桿之間設(shè)置阻尼介質(zhì)；在第一端蓋、第二端蓋、第一活塞上分別設(shè)阻尼閥；在第一端蓋和第二端蓋的阻尼閥之間有回油道；在溫度變化引起的低速作用下及混凝土收縮徐變時，所述阻尼介質(zhì)能夠通過第一活塞、第二活塞、第三活塞上的過流孔自由流動，實現(xiàn)主梁變形的自適應(yīng)；在汽車或脈動風(fēng)的中速作用下，活塞桿向左運動或向右運動，帶動第一活塞壓縮第一彈簧或第二彈簧產(chǎn)生彈簧力，第二活塞或第三活塞上的溢流閥開啟，產(chǎn)生第一恒定阻尼力，第二活塞或第三活塞運動壓縮對側(cè)缸筒內(nèi)阻尼介質(zhì)流動，從而將活塞桿上的彈簧力和第一恒定阻尼力傳遞給第一端蓋或第二端蓋；共同抑制汽車活載、脈動風(fēng)引起的橋梁梁端高頻低幅往復(fù)振動；在地震作用下，活塞桿向左運動或向右運動，帶動第一活塞向左或向右運動，使得第一活塞上的第三阻尼閥自動開啟，使得第一活塞與活塞桿之間產(chǎn)生阻尼力，推動第二活塞或第三活塞運動產(chǎn)生第二恒定阻尼力，發(fā)揮地震耗能作用；缸筒內(nèi)壓力達(dá)到第一阻尼閥或第二阻尼閥壓力所設(shè)限值時，第一阻尼閥或第二阻尼閥開啟，發(fā)揮保險絲功能，使得缸筒內(nèi)阻尼介質(zhì)通過回油道從高壓區(qū)進(jìn)入低壓區(qū)，實現(xiàn)壓力釋放，保護缸筒不被損壞。本發(fā)明能夠適應(yīng)溫度變化引起的慢速工況(v<0.01mm/s)、脈動風(fēng)和車輛荷載引起的中速工況(0.01mm/s<v<10mm/)以及地震引起的快速工況(v>80mm/s)，能夠有效地釋放溫度應(yīng)力和同時控制橋梁在正常使用狀態(tài)下的風(fēng)/車振及地震作用下的劇烈震動響應(yīng)。