CN108677700A - 一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，包括多个支座本体系统、测力传感采集系统、调力系统以及监测分析控制系统。安装在各支座体系统内的光纤光栅测力模块通过光纤信号线将反射光波的波长变化信息传送至光纤光栅数据采集仪，再通过网络传输将采集到的反射光波波长数据传送至监测分析控制系统数据处理终端实现处理，进而通过监测分析控制系统实现调力控制。本发明支座集群控制体系可实现对大吨位、超大吨位支座群的分级连续、同步多次的测力与调力；可实现对支座群的人工现场检测或远端长期、连续、有效的自动监测，相应进行数据库分析评估与预警。

Description

一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系

技术领域

本发明涉及公路、铁路、城市桥梁以及建筑结构工程技术领域，特别涉及一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系。

背景技术

支座是连接上下部结构的重要部件，能将上部结构的恒载、活载和变形(位移和转角)可靠地传递给下部结构。球型支座具有承载力大、可靠性好、线位移大、转角灵活且各向转动性能一致的优点，同时温度适用范围广，耐久性好，使用寿命长，因此被日益广泛地运用到各类公路、铁路、城市桥梁及建筑结构中。

与传统的板式、盆式橡胶支座一样，传统的球型钢支座既不具有测力方面的构造与功能，也没有调力方面的构造与功能。

对于各种预制梁和连续梁结构，软土地基的存在或桩底沉淀土厚度不均易引起墩台基础间纵、横桥向的差异沉降；施工质量与误差也会导致纵横桥向各支座下垫石面标高的不齐整平顺；除此之外，当采用跨度悬殊的多孔桥或小半径弯桥或超宽断面多支座布置时，预应力张拉、温度作用、活载等因素均可导致桥梁不同支座间实际承压不均、偏离设计受力较大，甚至出现局部支座脱空现象。对于跨径超大且断面超宽的桥梁，如墩梁非固结，梁体自重大导致支座吨位大，横桥向常设置为较多支座，以共同分担和协调受力，当各支座实际受力分布与设计偏差较大时，将会改变上、下部结构的受力状态，给整个结构体系的安全性带来隐患。

1)传统球型支座结构体缺乏测力功能

测力功能的缺乏导致在安装与运营过程中，不能直观便捷地检测和长期跟踪支座集群的受力状态，继而无法分析判断上部结构的受力情况，不利于及时动态开展桥梁结构健康状况的监测和评估；在施工运营的若干特殊工况、关键节点时或出现异常状况时，也难以实时、多次较准确地测取支座实际竖向载荷值，进一步分析上部结构各截面实际的内力分布情况，从而难以对设计方案合理性和实际结构的受力状态、安全性、可靠性作出直观的验证与评估。

2)传统球型支座结构体不具备调力功能

施工高度误差和使用期间恒活载、不均匀沉降、温度等作用效应均可导致支座受力不均。当发现支座受力异常或卸载脱空时，传统球型支座无法实现对支座受力进行重新调整。为使桥梁及支座处于较理想的受力状态，满足安全与耐久性要求，需要对受力较差的支座进行调力。对于现状梁体的既有传统支座的调力，目前主要采用千斤顶顶升梁体、加垫单层或多层薄钢板的外辅助调高支座方法实现，比较费时费力，且需中断现状交通。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，该集群控制体系可对多个测力调力支座进行连续有效的监测、分析和多次分级连续调力。

为解决上述技术问题所采用的技术方案：一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，包括多个支座本体系统、测力传感采集系统、调力系统以及监测分析控制系统；

所述支座本体系统包括支座顶板、平面耐磨板、球冠钢衬板、球面耐磨板、凹球面钢衬板及支座底板，所述球冠钢衬板设置在支座顶板的下方，所述平面耐磨板紧固在球冠钢衬板的顶面，所述支座顶板的底部焊接有镜面不锈钢板，所述平面耐磨板的滑面与镜面不锈钢板相配合形成平面滑动摩擦副；所述支座底板外周具有向上延伸的环向凸台，所述环向凸台环绕形成一个容纳腔；所述球冠钢衬板的下部具有一个弧形凸面，所述容纳腔的内部上方设置有位于球冠钢衬板下方的凹球面钢衬板，所述凹球面钢衬板顶部具有弧形凹面，所述凹球面钢衬板与容纳腔的内侧壁之间留有间隙；所述球冠钢衬板的弧形凸面经电镀硬铬处理或者包覆有不锈钢板，所述球面耐磨板设置在凹球面钢衬板的顶部，所述球面耐磨板的滑面与球冠钢衬板的弧形凸面相配合形成球面滑动摩擦副；

所述测力传感采集系统包括测力传感分系统和测力数据采集分系统，所述测力传感分系统包括测力弹性体、弹性体密封紧箍圈以及光纤光栅测力模块，所述测力弹性体设置在容纳腔的底部，所述测力弹性体与容纳腔的侧壁密封贴合，所述光纤光栅测力模块与设置在测力弹性体的外侧壁上的测力点紧密接触；所述测力数据采集分系统包括光纤光栅数据采集仪及其与光纤光栅测力模块连接的若干光纤信号线；

所述调力系统包括支座内部调力系统和外部加注设备调力系统，所述支座内部调力系统包括一组或多组调力层，各所述调力层均设置在凹球面钢衬板与测力弹性体之间，所述调力层包括密封板、调力填充垫板、调力填充管道及进出通道内螺纹预留孔；所述密封板的周边与容纳腔的侧壁密封贴合，各所述调力填充垫板设置在对应调力层的密封板的下方，所述调力填充垫板的顶面与密封板的底面贴合，所述调力填充垫板内设置有若干调力填充管道，所述进出通道内螺纹预留孔设置在容纳腔的侧壁，所述调力填充管道与进出通道内螺纹预留孔相连，所述外部加注设备调力系统通过进出通道内螺纹预留孔与调力填充管道连通；

所述监测分析控制系统为开展长期实时的远程监测分析评估或远程遥控指挥调力操作的远端监控中心平台，或者所述监测分析控制系统为设置在现场环境中的现场监控中心平台；所述测力传感采集系统的光纤光栅测力模块将支座竖向载荷的压应力变化转换为反射光波信号的波长变化，通过光纤信号线传送至光纤光栅数据采集仪，光纤光栅数据采集仪将读取的光波变化数据通过网络传输至监测分析控制系统的数据处理终端并由监测分析控制系统开展相关的监测、分析、评估与控制工作。

进一步地，所述球冠钢衬板的顶部设有平面凹槽，所述平面耐磨板固定设置在平面凹槽内，所述凹球面钢衬板的顶部设有凹面浅槽，所述球面耐磨板固定设置在凹面浅槽内。

进一步地，环绕所述支座顶板的周边向下凸延形成竖向环形限位块，环绕所述凹球面钢衬板顶部周边向外凸延形成水平环形凸块，所述竖向环形限位块的内侧壁与水平环形凸块的外侧壁之间留有间隙。

进一步地，所述测力弹性体的顶部外周设有浅层环形凹槽，所述弹性体密封紧箍圈镶嵌在浅层环形凹槽内，所述弹性体密封紧箍圈的外周与容纳腔的内侧壁密封贴合。

进一步地，所述测力弹性体的侧壁上等间隔分布有四个测力点，所述容纳腔的侧壁上设有与四个测力点相对应的内螺纹测力预留孔，所述内螺纹测力预留孔贯穿至支座底板侧壁外部，所述光纤光栅测力模块由内螺纹测力预留孔安装旋入且光纤光栅测力模块的端头设有光纤膜片，所述光纤膜片与测力点精确对准且紧密接触。

进一步地，所述调力填充管道包括若干个呈同圆心布置且水平分布在调力填充垫板内的环形管，所述环形管之间通过十字放射状的水平管道连通，所述水平管道上同时设有连通至调力填充垫板上表面的竖向管道。

进一步地，所述进出通道内螺纹预留孔变截面贯穿支座底板的侧壁；所述外部加注设备调力系统包括与进出通道内螺纹预留孔连通的快速接头组件，所述快速接头组件包括带外螺纹的进出通道管段、进出开关控制阀以及快速转换接头，所述快速转换接头外接油管和排压阀。

进一步地，所述内螺纹测力预留孔在未旋入安装光纤光栅测力模块时可旋入堵头封堵，所述进出通道内螺纹预留孔在未旋入安装快速接头组件时可旋入堵头封堵。

有益效果：

本集群控制体系采用先进的光纤光栅测力模块作为测力传感器，其与弹性体表面紧密接触，通过膜片与光栅的微小位移形变灵敏地反映出支座竖向载荷的应力变化，并以反射光波的波长信息变化形式通过光纤信号线传输至光纤光栅数据采集仪，能够更加精确、可靠地实时测量支座的竖向实际荷载。光纤光栅测力模块与支座相对独立，安装更换方便，并且不需要电源提供支持，抗干扰能力强，工况适应性强，耐久性好，寿命长；通过本集群控制体系可实现人工现场检测或远端长期、连续、有效的自动监测。

同时，本测力调力支座结构紧凑，设计合理，能够满足梁体的各向位移和转动要求，适用于各种桥梁；通过弹性体和光纤光栅测力模块可以检测到传输至支座的竖向实际荷载，通过外部加注设备调力系统可向支座内部注入填充材料，实现对支座的受力调整，测力及调力方法均简便可靠。

本集群控制体系采用光栅光纤感应传输采集技术，通过网络技术和远端的数据处理终端将结构的多个支座体系联网集成，可实现实时同步对多个支座受力的集中检测和自动监测。通过外部加注设备调力系统对调力层注入填充材料，以实现支座的分级连续受力调整，无需千斤顶辅助或顶升梁体，可简化调力流程，施工方便，克服了桥梁自重大、支座吨位大时，千斤顶难以顶升的问题。

本发明大吨位分级连续测力调力支座的集群控制体系适用于大吨位、超大吨位多支座球钢体系，也可应用于其它类型支座体系。借助于监测分析控制系统、支座本体系统、测力传感采集系统、调力系统可进行多次分级连续的多支座同步测力与调力工作，将多支座与梁体的受力调整至均匀、合理和较理想的状态，满足大型结构的长期安全、耐久运营需要。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明：

图1为一种大吨位分级连续测力调力支座的集群控制体系系统示意图；

图2为支座结构的剖面示意图(仅以设置两组调力层示出支座内部调力系统)；

图3为图2中A-A截面的剖视图；

图4为图2中B-B截面的剖视图；

图5为测力弹性体的俯视图；

图6为测力弹性体的侧视图；

图7为调力填充垫板的俯视图；

图8为调力填充垫板的竖向剖视图；

图9为调力系统工作流程图。

具体实施方式

参照图1，本发明一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，包括多个支座本体系统、测力传感采集系统、调力系统以及监测分析控制系统。

如图2至图8所示，支座本体系统包括支座顶板1、平面耐磨板2、球冠钢衬板3、球面耐磨板4、凹球面钢衬板5、支座底板6。支座顶板1的下方设有球冠钢衬板3，球冠钢衬板3顶面紧固平面耐磨板2，其滑面与支座顶板1底面焊接的镜面不锈钢板配合形成平面滑动摩擦副。支座底板6外周具有向上延伸的环向凸台，形成一个容纳腔，球冠钢衬板3的下部具有一个弧形凸面，在球冠钢衬板3的下方、容纳腔内的上部设置有凹球面钢衬板5，凹球面钢衬板5顶部具有弧形凹面，与容纳腔的内侧壁之间留有小间隙。包覆在球冠钢衬板3弧形凸面的不锈钢板或电镀硬铬处理面与嵌固在凹球面钢衬板5顶部凹面浅槽的球面耐磨板4滑面相配合形成球面滑动摩擦副。

测力传感采集系统包括测力传感分系统和测力数据采集分系统。测力传感分系统包括测力弹性体12、弹性体密封紧箍圈10以及光纤光栅测力模块11，测力弹性体12设置在的容纳腔的底部，测力弹性体12与容纳腔的侧壁密封贴合，光纤光栅测力模块11与测力弹性体12外侧壁的弹性体测力点122紧密接触。测力数据采集分系统包括光纤光栅数据采集仪及其与光纤光栅测力模块11连接的若干光纤信号线。

调力系统包括支座内部调力系统和外部加注设备调力系统，支座内部调力系统包括一组或多组调力层。各组调力层均设置在凹球面钢衬板5的下方、测力弹性体12的上方，包括密封板7、调力填充垫板8、调力填充管道9、进出通道内螺纹预留孔91。密封板7的周边与支座底板6的容纳腔侧壁密封贴合，各调力填充垫板8设置在对应密封板7的下方，每组调力填充垫板8的顶面与密封板7的底面贴合，调力填充垫板8内设置有若干调力填充管道9，外部加注设备调力系统通过进出通道内螺纹预留孔91与调力填充管道9连通。

监测分析控制系统为开展长期实时的远程监测分析评估或远程遥控指挥调力操作的远端监控中心平台，或者所述监测分析控制系统为设置在现场环境中的现场监控中心平台；所述测力传感采集系统的光纤光栅测力模块11将支座竖向载荷的压应力变化转换为反射光波信号的波长变化，通过光纤信号线传送至光纤光栅数据采集仪，光纤光栅数据采集仪将读取的光波变化数据通过网络传输至监测分析控制系统的数据处理终端并由监测分析控制系统开展相关的监测、分析、评估与控制工作。

作为优选，球冠钢衬板3顶部的平面凹槽固定设置有平面耐磨板2，支座顶板1的底面固定设置有镜面不锈钢滑板；球冠钢衬板3下部的弧形凸面包覆有不锈钢板或采用电镀硬铬处理；凹球面钢衬板5的下方为圆柱体，顶部中间区域为弧形凹面，并设浅层凹槽，浅层凹槽内固定设置有凹球面耐磨滑板。

作为优选，环绕支座顶板1周边向下凸延，形成竖向环形限位块；环绕凹球面钢衬板5顶部周边向外凸延，形成水平环形凸块，竖向环形限位块的内侧壁与水平环形凸块的外侧壁之间留有间隙，可起到竖向导向作用。

作为优选，测力弹性体12顶部外周设有薄层环形的密封凹槽121，密封凹槽121内镶嵌有弹性体密封紧箍圈10，密封紧箍圈10的外周与容纳腔的内侧壁密封贴合。

作为优选，测力弹性体12的侧壁上等间隔分布有四个测力点122，容纳腔的侧壁上设有与四个测力点122相对应的内螺纹测力预留孔，测力预留孔贯穿至支座底板6侧壁外部，光纤光栅测力模块11由此安装旋入且端头设有光纤膜片，与测力点122精确对准、紧密接触。

作为优选，调力填充管道9布设于调力填充垫板8内部，与支座底板容纳腔侧壁布设的进出通道内螺纹预留孔91相连，进而可与支座外的进出通道快速接头组件13相通。调力填充管道9包括若干个呈同圆心布置且水平分布在调力填充垫板8内的环形管，环形管之间通过十字放射状的水平管道连通，实现各环形管的连通。所述水平管道上同时设有连通至调力填充垫板8上表面的竖向管道。

作为优选，容纳腔的侧壁上设有与调力填充管道9连通的进出通道内螺纹预留孔91，进出通道内螺纹预留孔91变截面贯穿支座底板6的侧壁。外部加注设备调力系统包括与内螺纹预留孔91连通的进出通道快速接头组件13，快速接头组件13包括由带外螺纹的进出通道管段131、进出开关控制阀132、快速转换接头，快速转换接头外接油管和排压阀。

作为优选，测力内螺纹预留孔在未旋入安装光纤光栅测力模块11时可旋入堵头加以封堵，进出通道内螺纹预留孔91在未旋入安装快速接头组件13时可旋入堵头加以封堵。

本集群控制体系采用先进的光纤光栅测力模块11作为测力传感器，其与弹性体表面紧密接触，通过端头膜片与光栅的微小位移形变灵敏地反映出支座上部竖向压应力的变化，并以反射光波波长信息变化形式通过光纤信号线传输至光纤光栅数据采集仪，能够更加精确、可靠地实时测量支座的竖向实际荷载。光纤光栅测力模块11与支座相对独立，安装更换方便，并且不需要电源提供支持，抗干扰能力强，工况适应性强，耐久性好，寿命长；通过本集群控制体系可实现人工现场检测或远端长期、连续、有效的自动监测。

同时，本测力调力球型支座系统结构紧凑，设计合理，能够满足梁体的各向线位移和转动要求，适用于各种桥梁；通过测量弹性体12和光纤光栅测力模块11可以检测到传输至支座的竖向实际荷载，通过外部加注设备调力系统可向支座内部注入填充材料，实现对支座的受力调整，测力及调力方法均简便可靠。

本集群控制体系采用光纤感应传输技术，通过网络技术和远端的数据处理终端将多个支座体系统联网集成，可实现实时同步对多个支座受力的集中检测和自动监测。通过外部加注设备调力系统对调力层注入填充材料，以实现支座的受力调整，无需千斤顶辅助或顶升梁体，可简化调力流程，施工方便，克服了桥梁自重大、支座吨位大时，千斤顶难以顶升的问题。

本发明大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系适用于大吨位、超大吨位球钢支座集群体系，也可应用于其它类型支座集群体系。借助于监测分析控制系统、支座本体系统、测力传感采集系统、调力系统可进行多次分级连续的多支座同步测力与调力工作，将多支座及梁体的受力调整至均匀、合理和较理想的状态，以满足大型结构的长期安全、耐久运营需要。

作为本发明优选的实施例，一种大吨位分级连续测力调力支座的集群控制体系由支座本体系统、测力传感采集系统、监测分析控制系统以及调力系统组成。

支座本体系统包括支座顶板1，平面耐磨板2，球冠钢衬板3，球面耐磨板4，凹球面钢衬板5以及支座底板6。其中，支座顶板1底部外周具有环向向下延伸的环形限位块，支座顶板1的底面焊接有一薄层的镜面不锈钢滑板；支座顶板1的下方为球冠钢衬板3，球冠钢衬板3顶面水平，并设置一薄层凹槽，通过粘结剂粘结的方式连同螺钉或锚接方式将平面耐磨板2镶嵌紧固于其中，平面耐磨板2的上表面设置耐磨滑面。球冠钢衬板3下部为向下的凸球面，凸球面表面包覆不锈钢板或采用电镀硬铬处理。球冠钢衬板3的下方为凹球面钢衬板5。凹球面钢衬板5顶部表面设有薄的球面凹槽，通过粘结剂粘结的方式连同螺钉或锚接方式镶嵌设置一薄层凹球面耐磨滑板，其上表面为耐磨滑面。凹球面钢衬板5的顶部外周水平环向外凸，该水平环向凸块与支座顶板1外周的环形限位块间留有小间隙，起到较好的竖向导向作用。凹球面钢衬板5中下部为外圆柱表面。支座底板6位于支座底部，其底板外周具有环向向上延伸的凸台，环向凸台与底板共同围成一容纳腔，其内壁与凹球面钢衬板5的外圆柱表面间形成小间隙配合。容纳腔侧壁上设置有多层多个进出通道内螺纹预留孔91，进出通道快速接头组件13可由外旋入进出通道管段131，与内部的调力填充管道9连通。

支座顶板1底的镜面不锈钢板面与其下的平面耐磨板2滑面相配合形成平面滑动摩擦副；球冠钢衬板3下部凸形表面的不锈钢板或电镀硬铬面与嵌在凹球面钢衬板5顶部凹槽的凹球面耐磨板4滑面相配合形成球面滑动摩擦副。两套摩擦副共同使支座能够向各个方向水平滑移及自由转动，以适应梁体结构在恒载、温度变化、不均匀沉降、竖向及水平活荷载等作用效应下的水平位移及转角。

测力传感采集系统又分为测力传感分系统、测力数据采集分系统。测力传感分系统包括测力弹性体12、弹性体密封紧箍圈10以及光纤光栅测力模块11；测力数据采集分系统包括光纤信号线、光纤光栅数据采集仪。测力弹性体12位于支座底板6上，是一种强度高、回弹性能良好、耐疲劳性能强的圆柱形固体弹性材料，采用耐高低温、耐磨、耐水性能优异的非金属合成材料模压成型，能够完全适应和满足规范对支座材料的承载力要求。当承受上部结构的压力时，弹性体具有近似流体性质和体积不可压缩的特点，能够将该压应力大小不变地向各个方向传递。

结合测力弹性体12的综合性能，在满足支座的承载能力基础上，其直径通过研究计算分析拟定，高度通常设计为20mm～100mm。将测力弹性体12以一定压力密贴塞入、安装至支座底板6的容纳腔底部；其顶部外周设置有薄的环形弹性体密封凹槽121，弹性体密封紧箍圈10镶嵌其中，并将测力弹性体12密封在支座底板6的容纳腔底部。测力弹性体12的使用寿命长，精准测力期限可达30年。

测力弹性体12侧表面四个象限的高度中心点设有弹性体测力点122；对应各测力点122位置，在容纳腔的侧壁设置带内螺纹的预留孔，将四个光纤光栅测力模块11旋入安装在容纳腔的侧壁上，使光纤光栅测力模块11端头的光纤膜片与测力点122精确、紧密接触。

光纤光栅测力模块11内部的压应力敏感元件与传输线路全部为单模光纤，并采用光纤金属化激光焊接工艺和温度自补偿封装结构。模块端头的光纤膜片为其核心测压结构，为设置有光纤光栅的高弹性金属膜片。当压应力作用于膜片时，膜片产生微量形变位移量，光纤光栅也同步发生微量形变位移量，从而引起其反射波的波长发生变化，该反射波通过光纤信号线传输至光纤光栅数据采集仪。传感器最大可承受100MPa的压应力，竖向力感应灵敏度可达0.2％FS(FS为支座设计吨位值，下同)。

与其它传感器相比，光纤光栅测力模块11具有以下特点和优点：内置温度补偿，可为应变测量修正；测量精度高，漂移小；传感探头信号采集不需带电作业，耐高温，不受电磁干扰，可在强电磁、易燃易爆的危险环境中长期稳定工作；可实现安全、分布式测量；安装更换简易，维护方便；稳定性好，可靠性高，使用寿命长等。

光纤光栅数据采集仪是数据采集的核心设备，也是光学探测的数据读取部件。数据采集仪可按预先设定的数据采集时段和频次发出1525nm～1565nm波长范围的特定光带至每个传感器。每个传感器端头膜片光栅的可反射波长范围均为特制，且彼此不相重叠。利用测力弹性体12在容纳腔中承压时各向应力基本相同的特点，当测力弹性体12的压应力发生变化，金属膜片及其上的光栅相应发生微小位移形变，此时光栅对应反射其专属波长范围内的某一波长光波，通过光纤信号线回输至数据采集仪。一台多通道光纤光栅数据采集仪可同步回收采集多支座的若干个光纤光栅测力模块11的反射波信号，即时读取其反射波长数据，并进行临时存储，然后通过有线或无线传输设备将数据传送到监测分析控制系统，在其软件平台上可对数据进行保存、查询、分析，并将前后波长的变化数据进行转换解析处理，即可得出测力弹性体12此时传递的垂直力值，也即各支座的实际受力状态。

光纤光栅数据采集仪具有以下优点：各支座上布设的多个光纤光栅测力模块11均可先通过光纤信号线相互串联后，再连接至数据采集仪，线路布置简单方便；通过独有的软件关联技术，测点定位迅速快捷；根据测点的数量变化，一台数据采集仪可模块化配置并动态灵活增加光接口数量；操作界面简单直观，可直接看到各测点情况；采用工控机架构光纤光栅信号处理系统，可实时自检与校准，信号强，数据准确、可靠；系统光源使用寿命长，能够实时在线和全天候测试；响应快速，安全性高，系统的信号处理和控制单元可处于远离工作区域的控制室，可确保事故及时发现与处理；兼容性好，通过各种通讯接口(串口、网口、开关量输出等)，可以实现与外部系统的良好结合，提高不同系统之间的数据交换。整个测力系统对各支座受力的测力精度可达1％FS。

如图9所示，调力系统由支座内部调力系统、外部加注设备调力系统组成。支座内部调力系统为支座结构中的一组或多组调力层，每组调力层包括密封板7、调力填充垫板8、调力填充管道9、进出通道内螺纹预留孔91；外部加注设备调力系统包括进出通道快速接头组件13、排压阀、油管、油泵、液压表、储料罐、填充液等。进出通道快速接头组件13由带外螺纹的进出通道管段131、进出开关控制阀132、快速转换接头组成。

在多组调力层中，底层调力层的调力填充垫板8设置在测力弹性体12的上方，与支座底板6的容纳腔内壁小间隙配合，并与其上的密封板7配对设置。调力填充管道9布设于调力填充垫板8的内部，按水平多圈环向与十字放射状均匀布设和互通，并设置多个竖向通道通至调力填充垫板8上表面。调力填充管道9与支座底板6的容纳腔侧壁对应布设的四个带内螺纹的进出通道内螺纹预留孔91相连，进而可与支座外的进出通道快速接头组件13相通。平时进出通道内螺纹预留孔91采用配套的堵头密封封堵；调力时旋出堵头，并将进出通道快速接头组件13的进出通道管段131旋入，接通调力填充管道9。

密封板7设置在各层调力填充垫板8的上部，表面相互贴合，并与容纳腔的侧壁密封配合，三者在支座内部形成同组调力层的密封腔体。最上层密封板位于凹球面钢衬板5的底部且接触面密合。通过各调力填充管道9，可向调力填充垫板8和密封板7间的各组密闭空腔内注入填充液体材料；在调力过程中，密封板7上部的凹球面钢衬板5沿容纳腔的侧壁抬升，共同起到导向作用。

进出通道快速接头组件13的中部设置进出开关控制阀132；内侧端为进出通道管段131，连接支座内部调力系统的进出通道内螺纹预留孔91和调力填充管道9；外侧端为快速转换接头，连接外部加注设备调力系统的排压阀和油管。调力时，打开快速接头组件13上的开关控制阀132，可向支座内部加注双组分液态填充材料。排压阀为安全保护措施，当液压过大时，填充液可开启排压阀门，向外排液降压。填充液多采用聚氨酯或环氧树脂，通过油管加注至支座体内的密闭空腔内；储料罐、液压表分别与油泵相连，储存的填充材料通过计算确定并适当预足；加注完成且填充材料自然硫化固化后，即可实现对支座的受力调整。

调力系统的调力范围由市场上已有的油泵额定功率及额定油压值等因素决定，目前至少可实现3500t的调力。

在建设期间的测力工作中，监测分析控制系统可移至现场环境进行监测；对于运营期间各支座载荷的实时、长期监测，可在远端建立的监测分析控制系统进行。外置于桥梁或建筑结构体外的数据采集仪读出各支座内的多点传感器反射回的光波的变化波长值，通过有线网络或无线网络，传输至数据处理终端，可由相关软件进行公式转换处理，计算出各支座的竖向受力值(Mpa或KN)。

监测分析控制系统可对各支座的受力状况建立历史档案与数据库，并长期、实时、自动进行受力状态合理性的分析、评估和预警，包括不同阶段、不同时期的同一支座载荷状况以及多个支座之间的受力关系与分布状况。

监测分析控制系统在进行远端或现场多支座同步调力时，可实时汇总各支座的同步测力值以及各方面参数的同步监测值，对各支座的具体调力、受力状况进行实时同步分析、评估和反馈，并统一指挥，发出具体指令，协同现场实施监测和调力操作的各相关人员。在平常监测时，当监测分析控制系统分析评估的结果超出预设合理值范围或出现其它异常情况时，能够自动发出提示和报警，并提供若干处理方案、措施选项，给技术人员、管理部门参考与决策。

本发明体系的工作过程与原理：

结合图2进行以下阐述：测力弹性体12在密闭容纳腔中承压时，具有近似流体的体积不可压缩性和各向传递压应力基本相同的特点，当其传递的支座上部竖向压应力发生改变时，通过其侧表面的测力点122，引起与之紧密接触的光纤光栅测力模块11的传感器端头膜片和光栅发生微小形变位移量；光纤光栅数据采集仪按照预设的时段和频次不断发出特定波长范围内的连续光波，由光纤信号线传递给各传感器的膜片光栅处；发生微小变化的膜片光栅在反射光波时，其反射的波长也发生相应变化，反射光波通过光纤信号线回输至光纤光栅数据采集仪上；数据采集仪读取反射光波的波长值，并临时存储，将数据经有线网络或无线网络发送传输至监测分析控制系统；监测分析控制系统对数据进行一系列公式转换和处理后，可直观显示各支座的实际载荷值；并与各支座的设计载荷值、多支座间的设计载荷分布进行对比分析与评估。在平常时段，监测分析控制系统能够实现对支座集群载荷长期、实时、自动的远距离监测；并可准确了解支座反力、结构各截面的内力分布情况；通过分析评估，可对桥梁设计合理性、结构安全状况做出验证和预判；当超出预设合理值范围或出现其它异常情况时，能够自动发出提示和报警；可提供若干处理方案、措施选项给技术人员、管理部门参考与决策。如需对单一支座或支座集群进行同步调力，则在设计单位、支座调力单位拟定详细调力方案和作业指导书后，在现场操作时，监测分析控制系统可实时汇总各支座的同步测力值及其它各方面参数的同步监测值，并对各支座的具体调力受力状况进行实时同步分析、综合评估和反馈，然后统一指挥，发出具体指令，协同现场相关的调力操作和监测人员。

支座内部调力系统包括支座结构中的密封板7、调力填充垫板8、调力填充管道9等，同步测力调力球型支座的调力是通过在容纳腔内部预留的调力填充管道9，向密封板7与调力填充垫板8间形成的各组密闭空腔内加注液态填充材料实现的。根据结构设计特点、施工工况和使用环境的需要，可通过在支座体内部设置多组孔道与密闭空腔体预留调力次数，实现多次调力。采用加注设备填充调力时，其液态填充材料的压应力必须超出支座恒载作用下的压应力值。支座在填充抬高时，其受力相应发生变化，当达到预定受力状态时关闭进出开关控制阀132，填充入密闭空腔内的液态填充材料即可在一定时间内自硫化为固态并趋于稳定。

根据测力调力集群控制体系对支座集群载荷的实时测定，可及时发现施工因素或设计因素以及运营期间不均匀沉降等不安全因素导致的各支座反力不均匀、不合理的状况；当监测到某个或某些支座受力异常时，无需大型机械或其它顶梁设备，只需通过向支座内部加注填充液，使支座体受力以及上部结构受力发生变化，实现各支座及梁体受力的重新分配，从而将结构受力调整至安全、良好的工作状态。

以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (8)

1.一种大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：包括多个支座本体系统、测力传感采集系统、调力系统以及监测分析控制系统；

所述支座本体系统包括支座顶板、平面耐磨板、球冠钢衬板、球面耐磨板、凹球面钢衬板及支座底板，所述球冠钢衬板设置在支座顶板的下方，所述平面耐磨板紧固在球冠钢衬板的顶面，所述支座顶板的底部焊接有镜面不锈钢板，所述平面耐磨板的滑面与镜面不锈钢板相配合形成平面滑动摩擦副；所述支座底板外周具有向上延伸的环向凸台，所述环向凸台环绕形成一个容纳腔；所述球冠钢衬板的下部具有一个弧形凸面，所述容纳腔的内部上方设置有位于球冠钢衬板下方的凹球面钢衬板，所述凹球面钢衬板顶部具有弧形凹面，所述凹球面钢衬板与容纳腔的内侧壁之间留有间隙；所述球冠钢衬板的弧形凸面经电镀硬铬处理或者包覆有不锈钢板，所述球面耐磨板设置在凹球面钢衬板的顶部，所述球面耐磨板的滑面与球冠钢衬板的弧形凸面相配合形成球面滑动摩擦副；

所述测力传感采集系统包括测力传感分系统和测力数据采集分系统，所述测力传感分系统包括测力弹性体、弹性体密封紧箍圈以及光纤光栅测力模块，所述测力弹性体设置在容纳腔的底部，所述测力弹性体与容纳腔的侧壁密封贴合，所述光纤光栅测力模块与设置在测力弹性体的外侧壁上的测力点紧密接触；所述测力数据采集分系统包括光纤光栅数据采集仪及其与光纤光栅测力模块连接的若干光纤信号线；

所述调力系统包括支座内部调力系统和外部加注设备调力系统，所述支座内部调力系统包括一组或多组调力层，各所述调力层均设置在凹球面钢衬板与测力弹性体之间，所述调力层包括密封板、调力填充垫板、调力填充管道及进出通道内螺纹预留孔；所述密封板的周边与容纳腔的侧壁密封贴合，各所述调力填充垫板设置在对应调力层的密封板的下方，所述调力填充垫板的顶面与密封板的底面贴合，所述调力填充垫板内设置有若干调力填充管道，所述进出通道内螺纹预留孔设置在容纳腔的侧壁，所述调力填充管道与进出通道内螺纹预留孔相连，所述外部加注设备调力系统通过进出通道内螺纹预留孔与调力填充管道连通；

所述监测分析控制系统为开展长期实时的远程监测分析评估或远程遥控指挥调力操作的远端监控中心平台，或者所述监测分析控制系统为设置在现场环境中的现场监控中心平台；所述测力传感采集系统的光纤光栅测力模块将支座竖向载荷的压应力变化转换为反射光波信号的波长变化，通过光纤信号线传送至光纤光栅数据采集仪，光纤光栅数据采集仪将读取的光波变化数据通过网络传输至监测分析控制系统的数据处理终端并由监测分析控制系统开展相关的监测、分析、评估与控制工作。

2.根据权利要1所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：所述球冠钢衬板的顶部设有平面凹槽，所述平面耐磨板固定设置在平面凹槽内，所述凹球面钢衬板的顶部设有凹面浅槽，所述球面耐磨板固定设置在凹面浅槽内。

3.根据权利要求2所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：环绕所述支座顶板的周边向下凸延形成竖向环形限位块，环绕所述凹球面钢衬板顶部周边向外凸延形成水平环形凸块，所述竖向环形限位块的内侧壁与水平环形凸块的外侧壁之间留有间隙。

4.根据权利要求1～3任一项所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：所述测力弹性体的顶部外周设有浅层环形凹槽，所述弹性体密封紧箍圈镶嵌在浅层环形凹槽内，所述弹性体密封紧箍圈的外周与容纳腔的内侧壁密封贴合。

5.根据权利要求4所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：所述测力弹性体的侧壁上等间隔分布有四个测力点，所述容纳腔的侧壁上设有与四个测力点相对应的内螺纹测力预留孔，所述内螺纹测力预留孔贯穿至支座底板侧壁外部，所述光纤光栅测力模块由内螺纹测力预留孔安装旋入且光纤光栅测力模块的端头设有光纤膜片，所述光纤膜片与测力点精确对准且紧密接触。

6.根据权利要求5所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：所述调力填充管道包括若干个呈同圆心布置且水平分布在调力填充垫板内的环形管，所述环形管之间通过十字放射状的水平管道连通，所述水平管道上同时设有连通至调力填充垫板上表面的竖向管道。

7.根据权利要求6所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：所述进出通道内螺纹预留孔变截面贯穿支座底板的侧壁；所述外部加注设备调力系统包括与进出通道内螺纹预留孔连通的快速接头组件，所述快速接头组件包括带外螺纹的进出通道管段、进出开关控制阀以及快速转换接头，所述快速转换接头外接油管和排压阀。

8.根据权利要求7所述的大吨位分级连续测力调力支座及集群控制体系，其特征在于：所述内螺纹测力预留孔在未旋入安装光纤光栅测力模块时可旋入堵头封堵，所述进出通道内螺纹预留孔在未旋入安装快速接头组件时可旋入堵头封堵。