CN109629407B - 一种智能桥梁伸缩缝装置及其应用 - Google Patents

一种智能桥梁伸缩缝装置及其应用 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种智能桥梁伸缩缝装置及其应用，该装置包括移动板面部分、平面桁架部分和支撑部分，固定铰A、桁架杆、移动铰、固定铰B组成平面桁架部分，当伸缩缝两端发生相对位移时，平面桁架变形引起的桁架高度变化，通过支撑部分中托板升降的高度互补，保证该装置移动板面部分的平整。应力计嵌在移动板A和移动板B内，测试车辆经过时各车轴产生的应力，并精确记录车轴经过的时间。测角仪固定于移动铰上，实时记录桁架杆的夹角。根据各车轴对应应力值求取各车轴轴重和车辆总重；根据测试时间数据结合测角仪数据及桁架杆长度，精确求取车辆速度。该装置具有模块化生产、安装便捷、维修方便、使用简单等特点，市场前景十分广阔。

Description

一种智能桥梁伸缩缝装置及其应用
技术领域
本发明涉及一种智能桥梁伸缩缝装置及其应用，属于桥梁结构领域。
背景技术
众所周知，在气温变化、混凝土收缩、徐变及荷载等因素的影响下，桥梁梁体长度会发生变化，梁端发生位移，为保持行车平顺，需要设置桥梁伸缩装置。桥梁伸缩缝是为了适应桥梁结构变形，在梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置的构造缝，使桥梁在气温变化、混凝土收缩、徐变及荷载作用等因素的影响下能自由伸缩。桥梁伸缩缝是桥梁构造的一部分，如果设计不当、安装质量低劣、缺乏养护，车辆通过时会发生跳动，对桥梁和路面造成附加的冲击荷载，并使司乘人员感到不适，甚至会引起行车事故，影响了交通系统的正常运行。
随着我国交通运输事业的飞速发展，高速公路、高架道路、立交桥的大量兴建，车辆通行量的增大，车速的提高，桥梁伸缩缝在桥梁中的地位越来越重要，对伸缩缝的要求也越来越高。不但要求伸缩缝有良好的使用性能，其耐久性、防水性和行车性能日益受到研究、设计部门的重视。目前，桥梁伸缩缝上的伸缩缝盖板大都是通过底部的安装架和螺栓，将盖板安装在伸缩缝上，这种类型的盖板属于固定结构。伸缩缝在正常使用过程中，会自由伸缩，盖板处于拉伸或挤压的状态。在长期使用过程中，盖板容易发生变形，影响到伸缩缝的正常服役性能。
针对传统伸缩缝变形能力的不足，本装置利用平面桁架，实现伸缩缝的大位移量变形。桁架变形引起的高度变化，通过托板升降的高度互补，保证装置上平面的平整。同时，将应力计嵌在移动板A、移动板B内，测试行驶车辆的参数。该装置具有模块化生产，安装便捷，维修方便，使用简单等特点，市场前景十分广阔。
发明内容
技术问题：本发明的目的是提供一种智能桥梁伸缩缝装置及其应用，该装置利用桁架杆、固定铰A、移动铰、固定铰B组成平面桁架，与托板、固定铰C、连杆、固定铰D组成的系统协同工作，在伸缩缝两端发生相对位移时，平面桁架部分的变形高度和支撑部分中托板的竖向位移互补，保证移动板面部分高度不变；且该装置能自由伸缩，牢固可靠，保证车辆经过时行驶平顺、无突跳；该装置通过调整平面桁架长度和连杆的长度及倾斜角度，能够适用于不同宽度的伸缩缝。同时，应力计嵌入移动板A和移动板B，测试车辆经过时各车轴产生的应力，并精确记录车轴经过的时间，测角仪固定于移动铰上，实时记录桁架杆的夹角；根据各车轴对应应力值求取各车轴轴重和车辆总重；根据测试时间数据，结合测角仪数据及桁架杆长度，精确求取车辆速度。该装置安装维护方便、使用寿命长，适用范围广，可用桥梁结构的伸缩缝及桥梁上部行驶车辆荷载识别。
技术方案：本发明提供了本发明提供了一种智能桥梁伸缩缝装置，其特征在于：该装置包括移动板面部分、平面桁架部分和支撑部分；
移动板面部分由数排移动板条平行布置而成，其中移动板条由移动板A和移动板B自左至右交替布置组成，移动板条长度方向垂直于桥梁走向，在移动板A和移动板B的下板面分别安装有固定铰A，在移动板A和移动板B的接触面固定有耐磨滑板；
支撑部分由托板、固定铰C、连杆和固定铰D组成，其中托板位于移动板面部分下方，在托板的左右两侧分别固定有固定铰C，固定铰C通过连杆分别与左右两侧桥梁梁体上的固定铰D连接；在托板的上板面与固定铰A相对应的位置处均固定有固定铰B；
平面桁架部分由桁架杆、固定铰A、移动铰、固定铰B组成，桁架杆交叉布置，其两端分别固定于沿移动板条长度方向同一竖直平面上、从左至右相邻的固定铰A和固定铰B上，且在桁架杆交叉处设置有移动铰；沿移动板条长度方向同一竖直平面内相邻的移动铰之间、上下相对应的固定铰A和固定铰B之间连接有形状记忆合金丝；沿移动板条宽度方向相邻的固定铰B之间采用轮轴连接，轮轴上嵌套有滑动轮，滑动轮放置于托板上板面；
移动板面部分通过固定铰A与平面桁架部分连接；
移动板A和移动板B内部安装有应力计，实时记录移动板A和移动板B内的应力变化。
移动铰上安装有测角仪，实时记录与移动铰连接的两个桁架杆的夹角。
其中：
所述的在移动板A和移动板B的接触面固定有耐磨滑板中，移动板A呈倒“品”字形，移动板B呈“品”字形，两者互补交替布置，耐磨滑板固定于移动板A和移动板B的接触面位置。
所述的耐磨滑板的材料为耐高温、耐腐蚀、耐气候、高润滑、无粘附性材料，如：聚四氟乙烯、铂-金合金、高锰合金等，防止工作过程中移动板A和移动板B的接触面出现过度磨损。
所述的移动板面部分的两端通过固定铰A与桥梁梁体连接；所述的平面桁架部分通过固定铰A与桥梁梁体连接；所述的支撑部分通过固定铰D与桥梁梁体连接，托板高度随伸缩缝两端的相对位移变化而发生变化。
所述的移动板A和移动板B上标有刻度，实时监测伸缩缝两端相对位移。
所述的形状记忆合金丝具有良好的耗能能力，在地震等突发荷载作用时，能够增加结构的耗能能力。
本发明还提供了一种智能桥梁伸缩缝装置的应用，该装置应用于桥梁结构的伸缩缝及桥梁上部行驶车辆荷载识别。
其中：
所述的桥梁上部行驶车辆荷载识别包括计算行驶车辆车轴轴重和车辆总重，计算方式如下：
车辆轴重AW与对应的应力计实测数据ε存在线性关系，即：
AW＝R·ε 式1
式1中，R为车辆轴重AW与对应的应力计实测数据ε的比例系数，根据标准车辆实测数据求得；
车辆总重VW为各车轴轴重AW之和，即：
VW＝∑AWi＝R·∑εi 式2
式2中，AWi为各车轴轴重，εi为各车轴对应的应力计实测数据。
所述的桥梁上部行驶车辆荷载识别包括计算行驶车辆的行车速度，计算方式如下：
相邻两个应力计(15)之间的距离L为：
Figure GDA0002501861400000031
式3中，L为相邻两个应力计之间的距离；l为桁架杆的长度；α为相邻两个应力计对应的桁架杆的夹角，即测角仪的实测数据；
车辆速度为：
Figure GDA0002501861400000032
式4中，v为车辆行驶速度；t1和t2分别为车轴经过相邻两个应力计的时间。
当伸缩缝两端发生相对位移时，桥梁梁体牵动平面桁架部分发生变形，移动板A和移动板B发生平面错动，移动板面部分产生伸缩变形。托板、固定铰C、连杆、固定铰D组成的支撑部分与平面桁架部分协同工作，平面桁架部分变形引起的桁架高度变化，通过支撑部分中托板升降的高度互补，如式5和式6所示，保证移动板面部分的平整度：
平面桁架的高度变化量Δh1为：
Figure GDA0002501861400000041
其中，D为平面桁架中相邻两个上节点(相邻两个下节点或者相邻两个移动铰之间的距离、l为桁架杆的长度；n为移动铰的数量；Δw为伸缩缝两端的相对位移；
托板的高度变化量Δh2为：
Figure GDA0002501861400000042
其中，ll为连杆的长度；Lf为固定铰C至梁端的距离；
平面桁架的高度变化量Δh1应等于托板的高度变化量Δh2。
有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下优势：
1、本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置利用平面桁架部分和支撑部分协同工作，平面桁架部分竖向高度变化和支撑部分中托板竖向位移互补，保证平面桁架上平面高度不变；
2、本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置通过调节平面桁架部分长度、连杆长度及倾斜角度，可以调整该装置的适用宽度，可调性大，适应性强；
3、本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置通过在移动板A和移动板B的接触面上粘贴耐磨滑板，有效减小装置工作过程中的摩擦阻力，减小装置磨损，延长使用寿命；
4、本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置将应力计嵌在移动板A和移动板B内，测试车辆经过时各车轴产生的应力，并精确记录车轴经过的时间，可以精确计算行驶车辆的总重、各车轴轴重和车速；
5、本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置在平面桁架部分的节点处连接有形状记忆合金丝，形状记忆合金丝具有良好的自复位能力和耗能能力，在地震等突发荷载作用时，协助结构耗散能量；
6、本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置具有模块化生产、安装便捷、维修方便、使用简单等特点，市场前景十分广阔。
附图说明
图1为本发明提供的智能桥梁伸缩缝装置的侧视图；
图2为图1中平面桁架部分的细部图；
图3为图2中平面桁架部分的仰视图；
图4为图1中移动板A的细部图；
图5为图1中移动板A的仰视图；
图6为图1中移动板B的细部图；
图7为图1中移动板B的仰视图；
图8为图1中托板的仰视图；
图9为图1中连杆的细部图；
图10为车辆轴重AW与对应的应力计实测数据ε的比例系数R的测定流程图；
图11为行驶车辆参数计算流程图；
图中有：移动板A 1、移动板B 2、固定铰A 3、桁架杆4、形状记忆合金5、移动铰6、固定铰B 7、滑动轮8、托板9、固定铰C 10、连杆11、固定铰D 12、耐磨滑板13、轮轴14、应力计15和测角仪16。
具体实施方式
本发明涉及一种智能桥梁伸缩缝装置，属于桥梁结构领域，适用于桥梁结构的伸缩缝及桥梁上部行驶车辆荷载识别。为方便本领域的技术人员准确理解，以下结合附图对本发明作进一步的详细说明，实施方式所提及的内容并非对本发明的限定。
一种智能桥梁伸缩缝装置，该装置包括移动板面部分、平面桁架部分和支撑部分(如图1所示)；
移动板面部分(如图1、2、3、4、5、6、7所示)由数排移动板条平行布置而成，其中移动板条由移动板A 1和移动板B 2自左至右交替布置组成，移动板条长度方向垂直于桥梁走向，在移动板A 1和移动板B 2的下板面分别安装有固定铰A(3)，在移动板A 1和移动板B 2的接触面固定有耐磨滑板13；
移动板面部分(如图1、2、3所示)通过固定铰A 3与平面桁架部分连接，两部分协同工作，平面桁架发生变形时移动板面的上平面保持平整；
支撑部分(如图1、8所示)由托板9、固定铰C 10、连杆11和固定铰D 12组成，其中托板9位于移动板面部分下方，在托板9的左右两侧分别固定有固定铰C 10，固定铰C 10通过连杆11分别与左右两侧桥梁梁体上的固定铰D 12连接；在托板9的上板面与固定铰A 3相对应的位置处均固定有固定铰B 7；支撑部分通过固定铰D 12与桥梁梁体连接；
平面桁架部分(如图1、2、3所示)由桁架杆4、固定铰A 3、移动铰6、固定铰B 7组成，桁架杆4交叉布置，其两端分别固定于沿移动板条长度方向同一竖直平面上、从左至右相邻的固定铰A 3和固定铰B 7上，且在桁架杆4交叉处设置有移动铰6；沿移动板条长度方向同一竖直平面内相邻的移动铰6之间、上下相对应的固定铰A 3和固定铰B 7之间连接有形状记忆合金丝5；沿移动板条宽度方向相邻的固定铰B 7之间采用轮轴14连接，轮轴14上嵌套有滑动轮8，滑动轮8放置于托板9上板面；形状记忆合金丝具有良好的耗能能力，在地震等突发荷载作用时，协助结构耗散能量；
移动板面部分通过固定铰A 3与平面桁架部分连接；
移动板A 1和移动板B 2内部安装有应力计15，实时记录移动板A 1和移动板B 2内的应力变化(如图4、6所示)；
移动铰6上安装有测角仪16，实时记录与移动铰连接的两个桁架杆的夹角(如图1、2所示)。
其中：
所述的移动板A 1和移动板B 2上标有刻度，实时监测伸缩缝两端相对位移。
所述的在移动板A 1和移动板B 2的接触面固定有耐磨滑板13中，移动板A 1呈倒“品”字形，移动板B 2呈“品”字形，两者互补交替布置，耐磨滑板13固定于移动板A 1和移动板B 2的接触面位置(如图4、5、6、7所示)。
所述的耐磨滑板的材料为耐高温、耐腐蚀、耐气候、高润滑、无粘附性材料，如：聚四氟乙烯、铂-金合金、高锰合金等，防止工作过程中移动板A和移动板B的接触面出现过度磨损(如图2、4、6所示)。
当伸缩缝两端发生相对位移时，桥梁梁体牵动平面桁架部分发生变形，移动板A 1和移动板B 2发生平面错动，移动板面部分产生伸缩变形。托板9、固定铰C 10、连杆11、固定铰D 12组成的支撑部分与平面桁架部分协同工作，平面桁架部分变形引起的桁架高度变化，通过支撑部分中托板9升降的高度互补，如式5和式6所示，保证移动板面部分的平整度：
平面桁架的高度变化量Δh1为：
Figure GDA0002501861400000071
其中，D为平面桁架中相邻两个上节点(相邻两个下节点或者相邻两个移动铰之间的距离、l为桁架杆4的长度；n为移动铰的数量；Δw为伸缩缝两端的相对位移；
托板的高度变化量Δh2为：
Figure GDA0002501861400000072
其中，ll为连杆的长度；Lf为固定铰C至梁端的距离；
平面桁架的高度变化量Δh1应等于托板的高度变化量Δh2。
一种智能桥梁伸缩缝装置的应用，该装置应用于桥梁结构的伸缩缝及桥梁上部行驶车辆荷载识别；当车辆经过该装置时，嵌在移动板A 1和移动板B 2内的应力计15记录各车轴产生的应力，并精确记录车轴经过的时间，测角仪16实时记录两桁架杆4之间的角度变化，根据式1和式2，基于各车轴对应应力值计算各车轴轴重和车辆总重，根据式3和式4，基于测角仪16数据和桁架杆4长度计算行车速度。
所述的桥梁上部行驶车辆荷载识别包括计算行驶车辆车轴轴重和车辆总重，计算方式如下：
车辆轴重AW与对应的应力计15实测数据ε存在线性关系，即：
AW＝R·ε 式1
式1中，R为车辆轴重AW与对应的应力计15实测数据ε的比例系数，根据标准车辆实测数据求得；
车辆总重VW为各车轴轴重AW之和，即：
VW＝∑AWi＝R·∑εi 式2
式2中，AWi为各车轴轴重，εi为各车轴对应的应力计15实测数据。
所述的桥梁上部行驶车辆荷载识别包括计算行驶车辆的行车速度，计算方式如下：
相邻两个应力计15之间的距离L为：
Figure GDA0002501861400000073
式3中，L为相邻两个应力计15之间的距离；l为桁架杆4的长度；α为相邻两个应力计15对应的桁架杆4的夹角，即测角仪16的实测数据；
车辆速度为：
Figure GDA0002501861400000081
式4中，v为车辆行驶速度；t1和t2分别为车轴经过相邻两个应力计15的时间。
本实施方案中需要注意以下几个方面：
1、平面桁架部分的长度和连杆11的长度和倾斜角度应按照伸缩缝宽度仔细进行选择，以保证装置工作过程中上表面高度不发生变化；
2、托板9的长度应根据伸缩缝的宽度及预计变形大小进行认真选择，以保证托板9不影响伸缩缝的正常变形；
3、与桥梁梁体相连的铰接支座应适当加强，防止工作工程中发生局部屈曲；
4、测定车辆轴重AW与对应的应力计实测数据ε的比例系数R时，宜采用多辆标准车辆测定结果的平均值，以保证比例系数R的测试准确性；
5、装置安装完成之后应注意铰接部位的防尘防腐工作，桥梁结构工作环境复杂恶劣，应保证转动部分工作过程中不受外界环境影响。
以上所述尽是本发明的优选实施方式，应指出：对于该技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下依旧可以做出若干改进，这些改进亦应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种智能桥梁伸缩缝装置，其特征在于：该装置包括移动板面部分、平面桁架部分和和支撑部分；
移动板面部分由数排移动板条平行布置而成，其中移动板条由移动板A(1)和移动板B(2)自左至右交替布置组成，移动板条长度方向垂直于桥梁走向，在移动板A(1)和移动板B(2)的下板面分别安装有固定铰A(3)，在移动板A(1)和移动板B(2)的接触面固定有耐磨滑板(13)；
支撑部分由托板(9)、固定铰C(10)、连杆(11)和固定铰D(12)组成，其中托板(9)位于移动板面部分下方，在托板(9)的左右两侧分别固定有固定铰C(10)，固定铰C(10)通过连杆(11)分别与左右两侧桥梁梁体上的固定铰D(12)连接；在托板(9)的上板面与固定铰A(3)相对应的位置处均固定有固定铰B(7)；
平面桁架部分由桁架杆(4)、固定铰A(3)、移动铰(6)、固定铰B(7)组成，桁架杆(4)交叉布置，其两端分别固定于沿移动板条长度方向同一竖直平面上、从左至右相邻的固定铰A(3)和固定铰B(7)上，且在桁架杆(4)交叉处设置有移动铰(6)；沿移动板条长度方向同一竖直平面内相邻的移动铰(6)之间、上下相对应的固定铰A(3)和固定铰B(7)之间连接有形状记忆合金丝(5)；沿移动板条宽度方向相邻的固定铰B(7)之间采用轮轴(14)连接，轮轴(14)上嵌套有滑动轮(8)，滑动轮(8)放置于托板(9)上板面；
移动板面部分通过固定铰A(3)与平面桁架部分连接；
移动板A(1)和移动板B(2)内部安装有应力计(15)；
移动铰(6)上安装有测角仪(16)。
2.如权利要求1所述的一种智能桥梁伸缩缝装置，其特征在于：所述的在移动板A(1)和移动板B(2)的接触面固定有耐磨滑板(13)中，移动板A(1)呈倒“品”字形，移动板B(2)呈“品”字形，两者互补交替布置，耐磨滑板(13)固定于移动板A(1)和移动板B(2)的接触面位置。
3.如权利要求1所述的一种智能桥梁伸缩缝装置，其特征在于：所述的耐磨滑板(13)的材料为耐高温、耐腐蚀、耐气候、高润滑、无粘附性材料，包括聚四氟乙烯、铂-金合金或者高锰合金。
4.如权利要求1所述的一种智能桥梁伸缩缝装置，其特征在于：所述的移动板面部分的两端通过固定铰A(3)与桥梁梁体连接；所述的平面桁架部分通过固定铰A(3)与桥梁梁体连接；所述的支撑部分通过固定铰D(12)与桥梁梁体连接。
5.如权利要求1所述的一种智能桥梁伸缩缝装置，其特征在于：所述的移动板A(1)和移动板B(2)上标有刻度。
6.一种如权利要求1所述的智能桥梁伸缩缝装置的应用，其特征在于：该装置应用于桥梁结构的伸缩缝及桥梁上部行驶车辆荷载识别。
7.如权利要求6所述的一种智能桥梁伸缩缝装置的应用，其特征在于：所述的桥梁上部行驶车辆荷载识别包括计算行驶车辆车轴轴重和车辆总重，计算方式如下：
车辆轴重AW与对应的应力计(15)实测数据ε存在线性关系，即：
AW＝R·ε 式1
式1中，R为车辆轴重AW与对应的应力计(15)实测数据ε的比例系数，根据标准车辆实测数据求得；
车辆总重VW为各车轴轴重AW之和，即：
VW＝∑AWi＝R·Σεi 式2
式2中，AWi为各车轴轴重，εi为各车轴对应的应力计(15)实测数据。
8.如权利要求6所述的一种智能桥梁伸缩缝装置的应用，其特征在于：所述的桥梁上部行驶车辆荷载识别包括计算行驶车辆的行车速度，计算方式如下：
相邻两个应力计(15)之间的距离L为：
Figure FDA0001915604530000021
式3中，L为相邻两个应力计(15)之间的距离；l为桁架杆(4)的长度；α为相邻两个应力计(15)对应的桁架杆(4)的夹角，即测角仪(16)的实测数据；
车辆速度为：
Figure FDA0001915604530000022
式4中，v为车辆行驶速度；t1和t2分别为车轴经过相邻两个应力计(15)的时间。
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