一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统 专利技术说明

控制;调节装置的制造及其应用技术1.本发明属于建筑结构健康检测领域，具体涉及一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统。背景技术：2.近年来，城市道路与既有铁路立交工程日趋增多，当道路采用下穿铁路方案时大多采用大跨径顶进式框架桥。在铁路桥涵顶进施工过程中，为了不中断铁路运输需要对线路进行加固，其中，便梁以其自重轻、强度大、施工方便等方面的优点，得到了广泛的运用。3.然而，便梁也有其缺点，对温度膨胀系数大，很容易受到温度变化的影响。在日照温差的作用下，便梁截面温度呈现非线性变化，在很大程度上也会影响结构的几何形状以及内力状态。由于阳光照射不均匀，便梁两侧存在较大的横向温度梯度，导致便梁高温侧端部容易向外弯曲，从而引起钢轨的协同变形，对行车安全造成不利影响。4.随着便梁的运用日益广泛，对于便梁横向温度梯度效应如何调控的研究显得尤为迫切，严格地控制几何形状以及侧向变形是非常重要的。而阳光照射会随时间偏移导致结构的温度梯度不断变化，且便梁的温度效应与地理位置、梁的方位、温度、风速、日照辐射强度和结构截面形状等因素都有着密切的联系。5.如何有效调控便梁温度梯度效应导致的侧向位移以及温度内力成为了许多施工部门亟待解决的难题。目前，不少施工单位通过在便梁两侧垫木砌的方式来限制由温度引起的侧向位移，该方法利用了木质材料的特性在抵抗便梁变形的同时能够释放一定的温度应力。但结构的温度梯度是实时变化的，该方法无法实时监测及可视化温度梯度效应对结构的影响，缺乏理论性。技术实现要素：6.本发明的目的在于：提供一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统。通过在便梁两端施加偏心力形成等效弯矩，抵抗由横向温度梯度引起的弯曲效应，并实时监测横向温度梯度效应对结构的影响。7.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统，包括侧撑钢梁(1)、散热弹性垫(2)、温度传感器(4)、激励装置(3)，处理器(9)；8.所述侧撑钢梁(1)分别预先埋深锚固于基础内且布置在便梁水平两侧，所述散热弹性垫(2)用于牢固粘合其所在的便梁和侧撑钢梁(1)，并限制便梁侧弯同时释放一定的温度内力；9.所述激励装置(3)贴合于其所在便梁的径向的两端，并与便梁上布置的钢丝绳连接；所述温度传感器(4)放置于便梁腹板表面，用于检测便梁实时温度，并输出信号至其所连接的处理器(9)；10.所述处理器(9)与激励装置(3)连接，在接收来自温度传感器(4)输出的信号，运用已训练好的横向温度梯度效应调控模型控制其所连接的激励装置(3)，对激励装置贴合的便梁施加偏心力形成等效弯矩，抵抗由横向温度梯度对便梁引起的弯曲效应，同时所述处理器(9)根据温度传感器(4)检测由日照偏移引起的便梁两侧温度大小变化趋势，根据系统预设阈值，控制其所连接的激励装置(3)实现偏心力的转向。11.进一步地，前述的激励装置(3)包括橡胶垫(10)、千斤顶(11)、重力式底座(12)、活塞装置(13)、支撑结构(14)；所述支撑结构(14)其中一端安装在重力底座(12)上，另一端与千斤顶(11)的其中一端通过活塞装置(13)活动连接，所述千斤顶(11)的另一端端部为橡胶垫(10)，所述橡胶垫(10)贴合便梁，千斤顶(11)用于顶升产生面向便梁的偏心压力及背向便梁的拉力，所述橡胶垫(10)用于防止应力集中导致便梁变形。12.进一步地，前述的偏心力按如下步骤获得：13.s1、环境检测装置(15)通过其所包含的温度计(5)、风速计(6)、太阳辐射表(7)，分别收集便梁所在区域的气温、风速、最大太阳辐射量。14.s2、根据步骤s1获得的便梁所在区域的气温、风速、最大太阳辐射量，进一步获得便梁所在区域的日最高气温、日最低气温、日平均风速、日最大太阳辐射量。15.s3、按如下公式计算距便梁表面x处的温差：[0016][0017]其中，αs为线膨胀系数,t0为变量所在区域的温度变幅，[0018]u为日最大太阳辐射量，tmax为日最高气温，tmin为日最低气温，v为日平均风速。[0019]s4、按如下公式计算温度梯度产生的自应力：[0020]σ(x)＝e[αs·t(x)-(ε0+φx)]，[0021]其中，φ为截面变形曲率，ε0为截面横向x＝0处的应变，[0022]s5、按如下公式计算温度非线性分布产生的弯矩值：[0023][0024]其中，e为弹性模量；b为截面宽度，x0为截面端部至形心轴距离，h(x)为x处截面高度，i为截面惯性矩，[0025]s6、按如下公式计算偏心力：[0026]进一步地，前述的已训练好的横向温度梯度效应调控模型按如下步骤获得：[0027]s11、基于置于便梁附近的预设范围的环境检测装置(15)检测到的便梁所在环境的温度、风速、太阳辐射，将检测到的温度、风速、太阳辐射环境数据输出至其所连接的数据采集装置(8)；并输出环境数据至处理器(9)。s21、以便梁所在区域的每日气温、每日风速、每日最大太阳辐射量为输入、其所对应的对便梁施加的偏心力为输出，构建并训练获得横向温度梯度效应调控模型。[0028]进一步地，前述的激励装置(3)通过活塞装置(13)的位移对便梁分别作用一对偏心力：面向便梁的推力、背向便梁的拉力，每对偏心力大小相等方向相反，面向便梁的推力由千斤顶(11)顶升产生，背向便梁的拉力由千斤顶(11)张拉其所连接的便梁上布置的钢丝绳产生。[0029]进一步地，安置4台激励装置(3)贴合于其所在便梁的径向的两端。附图说明[0030]图1为该一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统的原理图；[0031]图2为该一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统的现场布置示意图；[0032]图3为该一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统的装置系统示意图；[0033]图4为该一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统的神经网络结构图。[0034]其中:1-侧撑钢梁，2-散热弹性垫，3-激励装置，4-温度传感器，5-温度计，6-风速计,7太阳辐射表,8-数据采集装置，9-处理器，10-橡胶垫，11-千斤顶，12-重力式底座，13-活塞装置，14支撑结构，15-环境检测装置。[0035]本发明采用以上技术方案，与现有技术相比的有益效果如下：[0036]1、本发明通过激励装置在便梁两端施加偏心力形成等效弯矩，抵抗由温度梯度引起的弯曲效应，可以有效控制结构侧向位移。[0037]2、本发明通过侧撑钢梁以及散热弹性垫支撑便梁，限制结构侧弯同时释放一定的温度内力，并且可以将便梁部分热量转移耗散，一定程度上降低了结构表面温度，利于结构安全。[0038]3、本发明引入神经网络对所采集数据进行训练，实现了温度梯度效应的实时监测和智能调控，无需调用人力资源。[0039]4、本发明提供的系统装置构造简单，安装方便，成本较低，维护方便，可通过端远程控制，无需大量的线路连接。具体实施方式[0040]为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。[0041]在本发明中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明性实施例。本发明的实施例不局限于附图所述。应当理解，本发明通过上面介绍的多种构思和实施例，以及下面详细描述的构思和实施方式中的任意一种来实现，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。[0042]如图1所示，本发明的本发明所述一种便梁横向温度梯度效应的智能调控系统，其原理为：由于阳光照射，便梁会因为温度效应产生弯曲，通过在便梁两端施加偏心力形成等效弯矩，抵抗由温度梯度引起的弯曲效应。[0043]如图2的所示，施工现场在钢轨两侧分别布置便梁，所述的激励装置3在便梁端部分别作用一对偏心力，每对偏心力大小相等方向相反，进而在便梁两端形成抵抗弯矩与温度梯度造成的弯曲效应相平衡。其中，面向便梁的推力由千斤顶11顶升产生，橡胶垫10起到分布集中荷载的作用，避免了局部应力集中对钢箱梁的不利影响；背向便梁的拉力由千斤顶11张拉产生，具体张拉操作为：所有预留孔均已绑扎钢丝绳与千斤顶11连接，千斤顶11张拉钢丝绳对便梁端施加拉力。激励装置3作业过程中产生的位移由活塞装置13释放。单侧便梁需要配置四台激励装置3。[0044]如图3所述的本发明的结构图，侧撑钢梁1、散热弹性垫2、温度传感器4、激励装置3，处理器9；侧撑钢梁1分别预先埋深锚固于基础内且布置在便梁水平两侧，散热弹性垫2用于牢固粘合其所在的便梁和侧撑钢梁1，并限制便梁侧弯同时释放一定的温度内力。激励装置3贴合于其所在便梁的径向的两端，并与便梁上布置的钢丝绳连接。温度传感器4放置于便梁腹板表面，用于检测便梁实时温度，并输出信号至其所连接的处理器9。处理器9与激励装置3连接，接收来自温度传感器4输出的信号，运用已训练好的横向温度梯度效应调控模型控制其所连接的激励装置3，对激励装置贴合的便梁施加偏心力形成等效弯矩，抵抗由横向温度梯度对便梁引起的弯曲效应，由于阳光照射范围随时间偏移会导致便梁温度梯度不断变化，处理器9根据温度传感器4检测由日照偏移引起的便梁两侧温度大小变化趋势，根据系统预设阈值，控制其所连接的激励装置3实现偏心力的转向。其中，激励装置3包括橡胶垫10、千斤顶11、重力式底座12、活塞装置13、支撑结构14；所述支撑结构14其中一端安装在重力底座12上，另一端与千斤顶11的其中一端通过活塞装置13活动连接，所述千斤顶11的另一端端部为橡胶垫10，所述橡胶垫10贴合便梁，千斤顶11用于顶升产生面向便梁的偏心压力及背向便梁的拉力，所述橡胶垫10用于防止应力集中导致便梁变形。[0045]侧撑钢梁1以及散热弹性垫2的作用是：由于温度梯度引起的结构内力是非线性分布的，人为施加的外力无法完全将其平衡。二者的存在可以限制结构侧弯同时释放一定的温度内力，利于结构安全。散热弹性垫2吸热不易升温，可以将便梁部分热量转移耗散，一定程度上降低了结构表面温度。[0046]本系统还包括环境检测装置15，环境检测装置15包含的温度计5、风速计6、太阳辐射表7，分别用于收集便梁所在区域的气温、风速、最大太阳辐射量，并按照如下方法获得偏心力：[0047]根据便梁所在区域的气温、风速、最大太阳辐射量，进一步获得便梁所在区域的日最高气温、日最低气温、日平均风速、日最大太阳辐射量。[0048]之后按如下公式计算距便梁表面x处的温差：[0049][0050]其中，αs为线膨胀系数,t0为变量所在区域的温度变幅，[0051]u为日最大太阳辐射量，tmax为日最高气温，tmin为日最低气温，v为日平均风速。[0052]按如下公式计算温度梯度产生的自应力：[0053]σ(x)＝e[αs·t(x)-(ε0+φx)]，[0054]其中，φ为截面变形曲率，ε0为截面横向x＝0处的应变，[0055]按如下公式计算温度非线性分布产生的弯矩值：[0056][0057]其中，e为弹性模量；b为截面宽度，x0为截面端部至形心轴距离，h(x)为x处截面高度，i为截面惯性矩，[0058]按如下公式计算偏心力：[0059][0060]如图4所示，引入神经网络对所环境检测装置15采集数据构建并训练横向温度梯度效应调控模型，实时计算便梁的温度梯度效应以及偏心力大小。横向温度梯度效应调控模型按如下步骤获得：[0061]s11、基于置于便梁附近的预设范围的环境检测装置15测到的便梁所在环境的温度、风速、太阳辐射，将检测到的温度、风速、太阳辐射环境数据输出至其所连接的数据采集装置8；并输出环境数据至处理器9。[0062]s21、以便梁所在区域的每日气温、每日风速、每日最大太阳辐射量为输入、其所对应的对便梁施加的偏心力、温度梯度为输出，构建并训练获得横向温度梯度效应调控模型，获得对便梁施加的偏心力、温度梯度。[0063]通过处理端9实现激励装置3全自动调节偏心力大小以及便梁温度梯度效应智能监测。[0064]虽然本发明已以较佳实施例阐述如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。









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