CN103790105A

CN103790105A - 一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座及系统

Info

Publication number: CN103790105A
Application number: CN201410030322.0A
Authority: CN
Inventors: 廖迎娣; 陈达; 杜辰; 王茗; 谭毅
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2014-01-23
Filing date: 2014-01-23
Publication date: 2014-05-14

Abstract

本发明公开了一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座及系统，包括上座板、衬板、橡胶弹簧和下座板，其特征在于：上座板两侧挡条内设置预留孔，孔内设置测力传感器；橡胶弹簧为曲囊式结构，通过连接螺栓将气腔与具有通路的下座板相连，通路出口外接气压传感器和充放气装置；所述测量装置集成于信号采集模块中，通过线路与分析处理模块、控制显示模块和声光预警模块相连，组成监控系统；本发明兼具测力、减震和预警功能，能精确测量桥跨结构作用于支座的竖向荷载，且能实时了解支座系统的水平受力状态，适用于公路、铁路方面的桥梁建设。

Description

一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座及系统

技术领域

本发明涉及一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座及系统，能将桥跨结构的反力和变形可靠地传递给下部结构，可按要求产生水平位移和竖向转动。不仅具有实时监控和减震功能，而且能有效消除支座脱空现象。

背景技术

近年来国内发生的几起大桥坍塌和局部破坏事故，使人们深刻认识到桥梁结构安全监控的必要性。桥梁支座作为连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，能将桥跨结构的位移和转角可靠地传递给墩台，使结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合。在桥梁支座上安装监控设施，能有效监控桥梁结构是否超负荷以及是否达到设计要求，从而保证交通事业的安全运营。

盆式橡胶支座由钢构件与橡胶组合而成，利用封闭在盆腔内的承压橡胶板在三向受力状态下具有流体体积不可压缩的特点，将桥跨结构的作用力传递给墩台，并实现梁端的转动。承压橡胶板和钢座板内部可以增设油腔油路，以实现桥梁支座的调高、测力等功能。但是，该类型的支座调节不够灵敏，测量结果不够精确，且减震能力有限。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座，上座板两侧设置挡条，提供限位和导向作用，挡条内设置测力传感器，通过垫片与不锈钢滑条相作用，实时监控水平受力状态；衬板下方设置双曲囊橡胶弹簧，承担上部荷载，下端板通过连接螺栓与下座板紧密相连，并通过气流通路与外接装置连接。在同样的设计条件下，它能够更有效地监控支座的受力情况，提供安全防护。

为实现以上的技术目的，本发明将采取以下的技术方案：

一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座，包括上座板、衬板、橡胶弹簧和下座板，其特征在于：上座板两侧挡条内设置预留孔，孔内设置测力传感器；橡胶弹簧为曲囊式结构，通过连接螺栓将气腔与具有通路的下座板相连，通路出口外接气压传感器和充放气装置；测力传感器、橡胶弹簧、气压传感器和充放气装置集成于信号采集模块中，信号采集模块的输出端与分析处理模块的第一输入端相连，分析处理模块的第一输出端与声光预警模块的输入端相连，分析处理模块的第二输出端与控制显示模块的输入端相连，控制显示模块的输出端与分析处理模块的第二输入端相连，组成监控系统。

进一步地，所述上座板内壁上表面设置不锈钢滑板，内壁侧表面设置不锈钢滑条，预留孔与不锈钢滑条相通；上座板两侧各设两个预留孔，内置的测力传感器一端通过垫片与不锈钢滑条接触，另一端与紧固螺丝接触。

进一步地，所述衬板上表面设置聚四氟乙烯板，下端深入下座板盆腔内一定深度，衬板与下座板之间设置橡胶弹簧；橡胶弹簧具有双曲囊气腔，内部充有惰性气体，上下采用固定式法兰与端板连接，下端板利用紧固螺栓通过螺丝孔与下座板连接。

进一步地，所述下座板两侧设置聚四氟乙烯条，内部设置具有90°拐角的气流通路，将橡胶弹簧气腔与外接装置连通在一起。

进一步地，所述分析处理模块采用DSP芯片，使用继电器作为主要控制部分。

进一步地，所述控制显示模块包括键盘控制部分和LCD显示部分，分别用于输入监控参数和输出结果。

进一步地，所述声光预警模块包括三极管、继电器及声光报警器，通过三极管对电流信号的放大处理和继电器的通断来控制声光报警器的工作状况，并采用两种颜色的LED灯进行指示。

本发明的另一个目的是提供所述监控桥梁横向倾覆系统的控制方法，包括如下步骤：

步骤A：结合桥身结构及桥面现场情况布设支座，在控制显示模块中预先设定系统的安全监控参数。

步骤B：在荷载、温度、混凝土收缩和徐变等复杂作用下，以支座为主体的信号采集模块全方面收集结构的受力情况：

B-1：当衬板与上座板挡条接触受力时，通过测力传感器采集并传输数据，测定支座水平方向受力状态，单向活动支座非滑移方向的水平承载力需满足一定限值，且不小于支座竖向承载力的10％。

B-2：橡胶弹簧工作时，采用充放气泵充入压缩气体，通过外接气压传感器监控腔内压力大小，气压值乘以弹簧面积即得支座的竖向承载力，通过线路传输监控结果。另外，根据需要采用增、减充气量的方法，实时调整弹簧的刚度和承载力的大小。

步骤C：分析处理模块将接收到的监控结果与监控参数进行比较，判断待测桥面的受力状态是否超过安全监控限度：

C-1：当实测数据超过安全监控参数时，及时将预警信息反馈给控制显示模块，同时启动声光报警器进行报警；

C-2：当实测数据没有超过安全监测参数时，继续工作；

步骤D：将实测数据、步骤C的判断结果通过LCD显示部分进行显示。

根据以上的技术方案，可以实现以下的有益效果：

1、上座板结构精巧，测力结果真实有效。测力传感器安装在挡条内部的预留孔中，封闭性好，适合长久使用，且能随时更换；测力传感器每侧各有两个，能够全面监控支座非滑移向的水平受力情况。

2、橡胶弹簧设置合理，稳定性好。橡胶弹簧为固定式法兰联接型，上端板起到一定的密封作用，延缓橡胶老化；下端板通过连接螺栓与下座板连为一体，有效避免橡胶弹簧从盆腔中脱出。

3、调节灵活，使用方便。橡胶弹簧内部充满惰性气体，承压性能好，能够根据需要进行充放气，防止出现支座脱空的“三条腿”现象；通过测量气压的方式来确定支座的竖向反力，结果精确可靠。

综上所述，本发明不仅结构形式简单而独特，工作原理易理解，而且设计合理，操作方便，自动化程度高，易于推广。在正常情况下，能够精确全面地测量出桥跨结构的力学状态，可广泛应用于各种类型的桥梁。

附图说明

图1为监控桥梁横向倾覆的盆式支座横桥向结构示意图；

图2为监控桥梁横向倾覆的盆式支座顺桥向结构示意图；

图3为监控桥梁横向倾覆的盆式支座的俯视结构示意图；

图4为橡胶弹簧的结构示意图；

图5为监控桥梁横向倾覆的系统框架示意图；

图6为监控桥梁横向倾覆的系统运行流程图。

图中标号解释：1、上座板，2、衬板，3、橡胶弹簧，4、下座板，5、测力传感器，6、紧固螺丝，7、垫片，8、不锈钢滑条，9、不锈钢滑板，10、聚四氟乙烯板，11、聚四氟乙烯条，12、上端板，13、腰环，14、连接螺栓，15、气流通路，16、下端板。

具体实施方式

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1、2所示，一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座，包括上座板1、衬板2、橡胶弹簧3和下座板4。其中上座板1两侧挡条内设置预留孔，孔内设置测力传感器5；橡胶弹簧3为曲囊式结构，通过连接螺栓14将气腔与具有气流通路15的下座板4相连，气流通路15出口外接气压传感器和充放气装置。

上座板1内壁设置不锈钢滑板9和不锈钢滑条8，两侧限位挡条内各有两个预留孔，孔内设置测力传感器5，传感器由紧固螺丝6封闭在预留孔中，通过线路与外接装置相连；预留孔内侧设有凹槽，槽内装有垫片7，测力传感器5通过垫片7与不锈钢滑条8接触受力。

衬板2上侧设置聚四氟乙烯板10，利用与不锈钢滑板9摩擦系数低的特点实现支座的水平移动；衬板2下侧深入下座板4盆腔一定深度，确保能够利用橡胶弹簧3的弹性变形来实现支座的竖向转动。

橡胶弹簧3为双曲囊式结构，内部充有一定量的惰性气体，上下端板12、16为固定式法兰连接，且尺寸与曲囊最大外径相等，下端板16通过连接螺栓14将橡胶弹簧3固定在下座板4上。橡胶弹簧3工作时，内腔充入压缩气体，形成一个压缩气柱，当荷载增加时，弹簧高度降低、刚度增加，内腔容积减小，气柱的有效承载面积加大，弹簧的承载能力随之增加，反之亦然。在有效的量程内，橡胶弹簧3随荷载的增减发生了平稳的柔性传递、振幅与震动载荷的高效控制。

下座板4外侧设置聚四氟乙烯条11，内部设有与橡胶弹簧3内腔相通的气流通路15，气流通路15具有90度拐角且密封良好，出口处连接气压传感器和充放气装置；根据监控结果可实时了解支座竖向反力大小，并通过充放气的方式实现橡胶弹簧3的自动调节。

气流通路15出口外接气压传感器和充放气泵，与测力传感器5集成于信号采集模块中，通过线路与分析处理模块、控制显示模块和声光预警模块连接在一起，能结合桥梁的型式尺寸以及支座的布置方式来监控工作状况；一方面判断水平和竖向受力是否超限，另一方面通过计算横向抗倾覆安全系数的大小来监控桥梁的横向稳定性。

如图5、6所示，本发明监控桥梁横向抗倾稳定性的具体过程如下：

已知某城市匝道桥重要路段为三跨连续梁，总长122m，三个分跨分别长38、46、38m，桥面宽9m。桥板两端各有2个支座，支座间距为2.5m，中部靠2个独柱墩支承，每个墩上各有1个支座，汽车荷载标准值取1640kN。

同一桥板下布设多个支座，通过测量顺桥向同侧各支座反力大小来进行桥梁横向抗倾覆稳定验算，及时判断桥梁是否横向失稳，监控系统设置计算公式如下：

Figure 2014100303220100002DEST_PATH_IMAGE002

式中：

为横向抗倾覆安全系数；

为桥板端部一侧支座反力；

为支座反力至倾覆轴线的距离；

为汽车荷载冲击系数；

为汽车车道荷载标准值；

为最不利车道荷载中心至倾覆轴线的距离。

具体测试时，首先校准系统空载时各项性能参数，然后通过控制显示模块输入监测横向抗倾覆安全系数1.5~2.5。

等待车辆驶入，同时信号采集模块开始采集并传输数据，分析处理模块接收监控结果后遇到如下两种情况时：

情况1：得出的实际监控值在安全范围内，LCD显示实时测量值，并显示为安全工作状况，开始下一轮的数据采集及分析处理。

情况2：得出的实际监控值超过安全范围，LCD显示实时测量值，并显示为非安全工作状况，分析处理模块生成预警信息并将信号传输给声光预警模块，以便及时采取应对措施。

本例中：桥跨端部两个支座反力

＝122×9×9×0.114＝1127kN，其中122m是桥跨总长度，一个9m是桥面宽，另一个9kN是单位面积桥体自重，0.114为纵向支座反力分布系数，由0.371／﹙2×0.371+2×1.253﹚算出；取外支座为倾覆轴线，

取梁端两支座间距2.5m；汽车荷载标准值

取给定值1640kN；最不利车道荷载中心至倾覆轴线的距离

＝3／2+﹙3－2.5﹚／2＝1.75；汽车荷载冲击系数

取0.18。计算可得横向抗倾覆安全系数

＝2818／3387＝0.83＜1.5~2.5，桥梁结构出现稳定问题，需及时进行解决措施。

显然，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本发明的技术基础上，对个别部件进行的改进和等同变化，不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims

1.一种监控桥梁横向倾覆的盆式支座，包括上座板、衬板、橡胶弹簧和下座板，其特征在于：上座板两侧挡条内设置预留孔，孔内设置测力传感器；橡胶弹簧为曲囊式结构，通过连接螺栓将气腔与具有通路的下座板相连，通路出口外接气压传感器和充放气装置；测力传感器、橡胶弹簧、气压传感器和充放气装置集成于信号采集模块中，信号采集模块的输出端与分析处理模块的第一输入端相连，分析处理模块的第一输出端与声光预警模块的输入端相连，分析处理模块的第二输出端与控制显示模块的输入端相连，控制显示模块的输出端与分析处理模块的第二输入端相连，组成监控系统；

所述上座板内壁上表面设置不锈钢滑板，内壁侧表面设置不锈钢滑条，预留孔与不锈钢滑条相通；上座板两侧各设两个预留孔，内置的测力传感器一端通过垫片与不锈钢滑条接触，另一端与调节螺丝接；

所述衬板上表面设置聚四氟乙烯板，下端深入下座板盆腔内一定深度，衬板与下座板之间设置橡胶弹簧；橡胶弹簧具有双曲囊气腔，内部充有惰性气体，上下采用固定式法兰与端板连接，下端板利用紧固螺栓通过螺丝孔与下座板连接；

所述下座板两侧设置聚四氟乙烯条，内部设置具有90°拐角的气流通路，将橡胶弹簧气腔与外接装置连通在一起。

2.根据权利要求1所述监控桥梁横向倾覆的盆式支座，其特征在于：所述分析处理模块采用DSP芯片，使用继电器作为主要控制部分。

3.根据权利要求1所述监控桥梁横向倾覆的盆式支座，其特征在于：所述控制显示模块包括键盘控制部分和LCD显示部分，分别用于输入监控参数和输出结果。

4.根据权利要求1所述监控桥梁横向倾覆的盆式支座，其特征在于：所述声光预警模块包括三极管、继电器及声光报警器，通过三极管对电流信号的放大处理和继电器的通断来控制声光报警器的工作状况，并采用两种颜色的LED灯进行指示。