CN105403333B - 桥梁支座弹性体载荷力测量方法及支座弹性体 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种桥梁支座弹性体载荷力测量方法，方法包括：S1：用位移测量装置测量支座弹性体的位移；S2：建立支座弹性体位移与支座弹性体载荷力之间的对应关系；S3：根据位移测量装置测得的位移数据和步骤S2中的对应关系得出支座弹性体的载荷力。支座弹性体包括在支座本体内，支座本体顶部设有用于与桥面相接的承载面，底部设有用于与桥墩相接的支撑面，弹性体内部设有位移测量装置，位移测量装置顶部与弹性体顶部附近固接，位移测量装置的底部与弹性体底部附近固接，位移测量装置可测量弹性体顶部相对底部的位移量。该桥梁支座弹性体具有结构稳定、测量精确、漂移小、可靠性高等优点，可实现长期实时测量。

Description

桥梁支座弹性体载荷力测量方法及支座弹性体
技术领域
本发明主要涉及应力检测技术领域，尤其涉及一种桥梁支座弹性体载荷力测量方法及支座弹性体。
背景技术
桥梁支座安装在桥面与桥墩的结合部，上接桥面，下接桥墩，是桥梁载荷的集中部位。支座中的弹性体是支座承载结构的主体，也是承载桥面压力的主体。桥梁由于设计、建造质量，或地理环境、自然环境变化引起的损害及垮塌事故时有发生，桥梁安全健康监测一直是国内外研究的热点。桥梁结构材料应力检测则是桥梁安全监测的主要内容和难点。桥梁结构材料的组成较复杂，主要有混泥土和钢，等压力线上各种材料的许用压力是根据强度最低的材料的许用极限设计的，且设计安全系数较大，因此，对弹性钢来说，承载时产生的应力应变是非常小的。以支座材料来说，桥梁最大载荷下的最大应力一般不超过80MPa，而其中的弹性钢(常用40Cr)的弹性限通常大于780MPa，可见，载荷下钢的应变微小，满载时一般小于400με。
目前，国内外测量桥梁结构材料微应力和应变的方法有粘贴应变计和光纤光栅法等，现有方法难以实现被测量到敏感元件的无损连接，需采用粘贴胶或螺钉将应变片、光栅片等固定到被测材料上，采用焊接方法只能焊接敏感元件的边线，不能实现面接触，且焊接的温度通常会损害敏感元件。现有方法中使用的螺钉和粘贴胶的状态是极其不稳定的，只要发生nm级的位置变化或形变就可引起输出明显的响应，胶体和螺纹微观缝隙是引起测量迟滞的主要原因，胶体还存在较严重的蠕变和老化问题。因此，现有方法主要用于对桥梁结构材料微应力的短期测量，一段时间后再次测量时需要卸载后重新校准零点，测量误差较大，漂移严重，不适用于长期连续监测。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构稳定可靠、测量稳定精确、可实现长期实时测量的桥梁支座弹性体载荷力测量方法及支座弹性体。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种桥梁支座弹性体载荷力测量方法，包括以下步骤：
S1：用位移传感模块测量支座弹性体的位移；
S2：建立支座弹性体位移与支座弹性体载荷力之间的对应关系；
S3：根据位移传感模块测得的位移数据和步骤S2中的对应关系得出支座弹性体的载荷力。
作为上述技术方案的进一步改进：
步骤S2中的对应关系为：支座弹性体的变形与载荷服从胡克定律：其中，F为载荷力，E为弹性体的弹性模量，A为受力面积，l为弹性体长度，Δl为弹性体收缩率。
一种用于实现上述测量方法的桥梁支座弹性体，包括支座本体，所述支座本体顶部设有用于与桥面相接的承载面，底部设有用于与桥墩相接的支撑面，所述支座本体内部设有位移测量装置，所述位移测量装置顶部与支座本体固接，并稍低于接触面，位移测量装置的底部与支座本体固接。
作为上述技术方案的进一步改进：
所述位移测量装置包括接触部件和位移传感器，所述位移传感器与支座本体固接并靠近支撑面，所述接触部件一端与位移传感器连接、另一端与支座本体固接。
所述接触部件包括接触板和导向杆，所述接触板设置在导向杆顶部并与支座本体固接，所述导向杆底部与位移传感器连接。
支座本体内部设有用于放置位移测量装置的内置腔。
所述内置腔包括依次相通的顶部放置槽、中间导向孔和底部避让腔，所述接触板位于顶部放置槽内，所述位移传感器位于底部避让腔内并与两侧壁固接，所述导向杆穿过中间导向孔、且导向杆分别与接触板和位移传感器连接。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的桥梁支座弹性体载荷力测量方法，可以将弹性体的位移变化无损传递到位移传感模块的敏感元件上，实现对载荷实时、长期稳定而精确的测量；可避免传统应变片法、光栅光纤法存在的漂移、老化和儒变的问题。本发明的桥梁支座弹性体，包括支座本体，支座本体顶部设有用于与桥面相接的承载面，底部设有用于与桥墩相接的支撑面，支座本体内部设有位移测量装置，位移测量装置两端与支座本体固接。较传统的应变片法和光栅光纤法而言，本发明的支座弹性体可将支座本体承载面相对于支撑面的位移变化无损传递到位移测量装置上，可实现对载荷实时、长期稳定而精确的测量；其结构也非常稳定可靠。
附图说明
图1是本发明桥梁支座弹性体的结构示意图。
图2是本发明桥梁支座弹性体中位移测量装置的结构示意图。
图3是本发明桥梁支座弹性体的结构示意图(未视出位移测量装置)。
图中各标号表示：
1、支座本体；11、承载面；12、支撑面；13、内置腔；131、顶部放置槽；132、中间导向孔；133、底部避让腔；2、桥面；3、位移测量装置；31、接触部件；311、接触板；312、导向杆；32、位移传感器。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的桥梁支座弹性体载荷力测量方法，包括以下步骤：
S1：用位移传感模块测量支座弹性体的位移；
S2：建立支座弹性体位移与支座弹性体载荷力之间的对应关系；
S3：根据位移传感模块测得的位移数据和步骤S2中的对应关系得出支座弹性体的载荷力。
采用上述方法，可以将弹性体的位移变化无损传递到位移传感模块的敏感元件上，实现对载荷实时、长期稳定而精确的测量；可避免传统变片法、光栅光纤法存在的漂移、老化和儒变的问题。
本实施例中，步骤S2中的对应关系：支座弹性体的变形(微位移)与载荷服从胡克定律：其中，F为载荷力，E为弹性体的弹性模量，A为受力面积，l为弹性体长度，Δl为弹性体收缩率。建立这样的对应关系后，可直接的实时读取支座弹性体载荷力，保证了测量的连续性和精准性。
图1至图3示出了本发明用于实现上述方法的桥梁支座弹性体的一种实施例，该支座弹性体包括支座本体1，支座本体1顶部设有用于与桥面2相接的承载面11，底部设有用于与桥墩相接的支撑面12，支座本体1内部设有位移测量装置3，位移测量装置3两端与支座本体1固接。较传统的应变片法和光栅光纤法而言，本发明的支座弹性体可将支座本体1承载面11相对于支撑面12的位移变化无损传递到位移测量装置3上，可实现对载荷实时、长期稳定而精确的测量；其结构也非常稳定可靠。
本实施例中，位移测量装置3包括接触部件31和位移传感器32，位移传感器32与支座本体1固接并靠近支撑面12，接触部件31一端与位移传感器32连接、另一端与本体1固接。该结构中，桥面2压本体1而产生位移，接触部件31与本体1固接，将位移量传递到位移传感器32，由于弹性材料的位移与载荷力呈线性关系，测量其位移量可实现载荷力的测量。
本实施例中，接触部件31包括接触板311和导向杆312，接触板311设置在导向杆312顶部并与本体1固接，导向杆312底部与位移传感器32连接。该结构中，采用接触板311和导向杆312将承载面11的位移量到位移传感器32上，其结构简单、易于实现。
本实施例中，支座本体1内部设有用于放置位移测量装置3的内置腔13。该内置腔13一方面可很好的固定位移测量装置3，另一方面又可保证位移测量装置3的实时测量功能，其结构简单实用。
本实施例中，内置腔13包括依次相通的顶部放置槽131、中间导向孔132和底部避让腔133，接触板311位于顶部放置槽131内，位移传感器32位于底部避让腔133内并与两侧壁固接，导向杆312穿过中间导向孔132、且导向杆312分别与接触板311和位移传感器32连接。该结构中，由顶部放置槽131、中间导向孔132和底部避让腔133组成的内置腔13与位移测量装置3相匹配，进一步提高了位移测量装置3的稳定性和可靠性。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (5)

1.一种桥梁支座弹性体载荷力测量方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：用位移测量装置(3)测量支座弹性体的位移，位移测量装置(3)与支座弹性体的安装关系如下：位移测量装置(3)内置在支座弹性体内，位移测量装置(3)顶部稍低于支座弹性体顶面并与支座弹性体固接，位移测量装置(3)的底部与支座弹性体固接，位移测量装置(3)包括接触部件(31)和位移传感器(32)，所述位移传感器(32)与支座本体(1)固接并靠近支撑面(12)，所述接触部件(31)一端与位移传感器(32)连接、另一端与支座本体(1)固接并靠近支撑面(11)，所述接触部件(31)包括接触板(311)和导向杆(312)，所述接触板(311)设置在导向杆(312)顶部与支座本体(1)固接并靠近支撑面(11)，所述导向杆(312)底部与位移传感器(32)连接；
S2：建立支座弹性体位移与支座弹性体载荷力之间的对应关系；
S3：根据位移测量装置(3)测得的位移数据和步骤S2中的对应关系得出支座弹性体的载荷力。
2.根据权利要求1所述的桥梁支座弹性体载荷力测量方法，其特征在于：步骤S2中的对应关系为：支座弹性体的变形与载荷服从胡克定律：其中，F为载荷力，E为弹性体的弹性模量，A为受力面积，l为弹性体长度，Δl为弹性体收缩率。
3.一种用于实现权利要求1或2测量方法的桥梁支座弹性体，包括支座本体(1)，所述支座本体(1)顶部设有用于与桥面(2)相接的承载面(11)，底部设有用于与桥墩相接的支撑面(12)，其特征在于：所述支座本体(1)内部设有位移测量装置(3)，所述位移测量装置(3)顶部稍低于承载面(11)并与支座本体(1)固接，位移测量装置(3)的底部与支座本体(1)固接。
4.根据权利要求3所述的桥梁支座弹性体，其特征在于：支座本体(1)内部设有用于放置位移测量装置(3)的内置腔(13)。
5.根据权利要求4所述的桥梁支座弹性体，其特征在于：所述内置腔(13)包括依次相通的顶部放置槽(131)、中间导向孔(132)和底部避让腔(133)，所述接触板(311)位于顶部放置槽(131)内，所述位移传感器(32)位于底部避让腔(133)内并与两侧壁固接，所述导向杆(312)穿过中间导向孔(132)、且导向杆(312)分别与接触板(311)和位移传感器(32)连接。
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