CN112284612A - 一种运营期支撑装置串联式标定方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种运营期支撑装置串联式标定方法及系统，支撑装置包括支撑装置本体和调节机构，调节机构设于支撑装置本体上方或者下方，支撑装置本体底面或者顶面设有测力承载体，测力承载体侧面安装有传感装置，传感装置与外部的数据采集系统连接；通过动力驱动装置对调节机构施加力，并记录调节机构上升时施加的力值；通过动力驱动装置减小对调节机构施加的力值，并记录调节机构下降时施加的力值；两个力值在调节机构上的分解，得出支撑装置竖向实际受力与施加力值关系式，计算出竖向实际受力对支撑装置进行标定，本发明能精确计算出支撑装置竖向受力，并对支撑装置进行标定，还能实现支撑装置高度精确调整。

Description

一种运营期支撑装置串联式标定方法及系统

技术领域

本发明涉及一种运营期支撑装置串联式标定方法及系统。

背景技术

所谓支撑装置是连接上下两个部件的主要传力构件，被广泛应用于各个领域，特别是在桥梁工程领域，支撑装置即为桥梁支座，支座作为桥梁结构上部结构和下部结构直接的主要传力构件，支座受力的变化可很大程度上反应桥梁的整体运行情况，实现桥梁支座即桥梁竖向反力监测数据的采集，可为桥梁的健康监测提供技术依据。随着我国高速公路、铁路桥梁建设逐年增加，对桥梁支座竖向静载和动载的监测对桥梁的运行具有重要现实意义。

智能监测支座因传感装置的使用寿命远不如桥梁支座本体，因为在运营过程中不可避免存在更换，而对于更换前后传感装置数据的继承，以及更换后传感装置监测数据的准确性及可靠性目前尚无有效办法进行现场验证。

发明内容

本发明的目的在于提供一种运营期支撑装置串联式标定方法及系统，用以解决支座传感装置更换后无法在服役状态下重新标定的问题，提高支座传感装置监测数据的准确性及可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种运营期支撑装置串联式标定方法，包括以下步骤：

S1：对调节机构施加力，促使调节机构高度改变，并记录调节机构高度改变时或暂停改变时对调节机构施加的力值；

S2：减小对调节机构施加的力值，促使调节机构高度改变，并记录调节机构高度改变时或者暂停改变时对调节机构施加的力值

S3：将步骤S1和S2中两个力在调节机构上进行分解，并根据力学平衡关系，得出支撑装置竖向实际受力与步骤S1和S2中对调节机构施加力的关系式。

S4：根据步骤S3中得出关系式计算出支撑装置竖向实际受力，用该计算出的竖向实际受力值对支撑装置进行标定。

优选的，还包括以下步骤：

S101：对调节机构施加力，力值由小到大逐级增加，促使调节机构高度上升，并记录调节机构上升时或暂停上升时对调节机构施加的力值；

S201：逐步减小对调节机构施加的力值，促使调节机构高度下降，并记录调节机构下降时或者停止下降时对调节机构施加的力值；

优选的，在步骤S101中，通过控制器控制动力驱动装置施加动力，该力作用于调节机构的两调节块上，力值由小到大逐级增加，使得两调节块相互远离或者靠近，且促使调节机构高度上升，并记录调节机构上升时或暂停上升时动力驱动装置对调节机构施加的力值。

优选的，在步骤S201中,所述控制器控制动力驱动装置逐步减小作用在两调节块上的力值，使得两调节块相互靠近或者远离，且促使调节机构高度下降，并记录调节机构下降时或暂停下降时动力驱动装置对调节机构施加的力值。

一种运营期支撑装置串联式标定系统，包括支撑装置，所述支撑装置包括支撑装置本体和调节机构，调节机构设于支撑装置本体上方或者下方，所述调节机构包括上板、下板和两楔形的调节块，上板与下板之间形成有调节腔，两调节块位于调节腔内且能在该腔体内相对滑动使得调高机构高度上升或下降。

优选的，还包括动力驱动装置，动力驱动装置上安装有传感器，动力驱动装置包括液压缸、第一基座和第二基座，第一基座和第二基座分别与两调节块固定连接或者可拆卸连接，液压缸安装在第二基座上且与外部的控制器连接，液压缸的输出端与第一基座连接。

优选的，所述调节块与调节腔、下板之间设有滑动摩擦副。

优选的，所述调节块与上板、下板接触面上均嵌入有耐磨板，所述调节腔内壁设有不锈钢板。

优选的，所述支撑装置本体顶面或底面设有测力承载体，测力承载体侧面安装有传感装置，传感装置的信号线穿过底座侧壁与外部的数据采集系统连接。

优选的，所述支撑装置本体为盆式支座、球型支座、橡胶支座或者减隔震支座中的任意一种。

本发明具有的有益效果：

1、通过动力驱动装置对两调节块由小到大逐级施加侧向力，两调节块相互远离，促使调节机构高度上升，并记录调节机构上升时或暂停上升时动力驱动装置对调节机构施加的力值；再通过动力驱动装置逐步减小对两调节块施加的力值，两调节块在竖向力作用下相互靠近，促使调节机构高度下降，并记录调节机构下降时或者停止下降时动力驱动装置对调节机构施加的力值；通过两个力值在调节机构上的分解及力学平衡原理，得出支撑装置竖向实际受力与施加力值关系式得出的支撑装置竖向实际受力，通过实际竖向力与对调节机构施加力值的关系式对支撑装置的竖向力进行标定，这样在支撑装置更换传感器后，为了更好的对之前数据进行继承，通过支座的实际竖向受力来标定支撑装置，对于普通的支撑装置，在无测力系统的情况下，可以计算出支撑装置的实际受力，实用性较强。

2、通过两调节块不同的相对位移值得到不同的调节高度值，再通过接入动力驱动装置，控制器控制动力驱动装置对两调节块施加对应的侧向力值，得到动力施加值与调节高度值的关系，实现侧向力与调节高度值的测量，施加了多少侧向力，就可以确定支撑装置顶升高度值，还能实现支撑装置快速、准确的高度调节。

3、动力驱动装置及系统可以集成在支撑装置上，也可以预留空间或者连接部，使用时再安装于支撑装置上，易于动力装置模块化设计，可以应用于不同的具有调高功能的支撑装置。

附图说明

图1为本发明的步骤示意图；

图2为支撑装置的结构示意图；

图3为支撑装置与动力驱动装置结合的结构示意图；

图4为支撑装置的剖面图；

图5为动力驱动装置的立体结构示意图；

图6为两调节块相互远离时，调节机构上升时的示意图；

图7为调节机构上升时调节块的受力的示意图；

图8为两调节块相互靠近时，调节机构下降时的示意图；

图9为调节机构下降时调节块的受力示意图。

图10为压力机试验升降所需力值与支座实际竖向力的数据表格图；

图11为实施例4的调节机构结构示意图。

附图标记：1-支撑装置本体，2-底座，3-测力承载体，4-传感装置，5-数据采集系统，6-安装孔，7-控制器，8-下板，9-上板，10-动力驱动装置，11-第一基座，12-第二基座，13-液压缸，14-调节块，15-调节腔，16-不锈钢板，17-耐磨板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1所示，一种运营期支撑装置串联式标定方法，包括以下步骤：

S1：对调节机构施加力，促使调节机构高度改变，并记录调节机构高度改变时或暂停改变时对调节机构施加的力值。

S101：通过动力驱动装置10对调节机构上的两调节块14施加侧向动力，力值采用由小到大逐级增加，使得两调节块14相互远离，进而促使调节机构的上板9高度上升，并记录上板9上升时或暂停上升时动力驱动装置10对调节机构施加的力值T_上；

S2：减小对调节机构施加力，促使调节机构高度改变，并记录调节机构高度改变时或暂停改变时对调节机构施加的力值；

S201：再通过动力驱动装置10逐步减小对调节机构施加的侧向动力值，使得两调节块14在上方压力的作用下相互靠近，进而促使调节机构高度下降，并记录上板9下降时或者停止下降时动力驱动装置10对调节机构施加的力值T_下；

S3：将步骤S101和S201中两个力在调节机构上进行分解，并根据力学平衡关系，得出支撑装置竖向实际受力与步骤S101和S201中对调节机构施加力的关系式。如图6所示，当两调节块14相互远离并促使调节机构高度上升时，此时支撑装置所受实际竖向力为P，传递到每个调节块14上的实际竖向力为P/2，调节块所受全部外力的分布如7所示，由此可知，f₁＝N_上×υ₁，f₂＝υ₂×P/2，调节块14的坡度夹角为θ，通过N_上和f₁在调节块14上分解后，得到N_上＝P/2(cosθ-υ₁×sinθ)，则T_上＝f₂+{P(tanθ+υ₁)/2(1-υ₁tanθ)}；当两调节块14相互靠近并促使调节机构下降时，如图8所示，此时支撑装置所受实际竖向力仍为P，传递到每个调节块14上的实际竖向力为P/2，调节块14所受全部力分布如图9所示，得到f₂＝N_下×υ₁，f₄＝υ₂×P/2，通过N_下和f₂在调节块14上分解后，得到N_下＝P/2(cosθ+υ₁×sinθ)，则T_下＝-f₂+{P(tanθ-υ₁)/2(1+υ₁tanθ)}，根据上述公司最终得出施加力值与支撑装置实际受力的公式关系P＝{(T_上+T_下)×(1-υ₁ ²tan²θ)}/tanθ(1+υ₁ ²)，(上述公式中：N_上和N_下分别代表调节机构上升或者下降时调节块14所受斜面压力，f₁、f₃分别代表调节机构上升或者下降时调节块14斜面的摩擦力，f₂、f₄代表调节块14滑动式时底面所受摩擦力，υ₁、υ₂分别代表调节块14与上、下板的滑动摩擦系数)，通过前述平衡关系可以准确计算出摩擦系数υ₁、υ₂，进而准确计算出P，为便于说明，在本实施例中，假设υ₁＝υ₂＝υ，则可算出υ＝T_上-T_下/(T_上+T_下)(tanθ+2/tanθ)，根据上述公式，对调节块施加不同的侧向力时，计算得到支撑装置的实际竖向力，对支座现场竖向力的精确标定，具有广泛而深远的意义，适用于大力推广，同时，如图10的表格所示，通过调节块14杠杆的作用，只需要极小的侧向力即可实现对支撑装置的高度顶升。

S4：根据步骤S3中得出关系式计算出支撑装置竖向实际受力，用该计算出的竖向实际受力值对支撑装置进行标定，在更换传感器后，无法知晓其初始值，通过本发明的方法可以计算出支撑装置竖向实际受力，这样就能实现对支撑装置的标定，传感器更换后能实现对之前的受力数据的继承，提高了支撑装置上传感装置更换后监测数据的准确性及可靠性，上述方法中S101和S201的顺序可以变化，即可以先通过降低调节机构的高度得到一个施加力值，然后在通过调高调节机构高度得到一个力值，其余同上述步骤一样，也可以实现本方案，本方案中的方法对于调节机构的高度变化是先调高后降低，还是先降低在调高没有要求，只需要记录调高结构高度产生升降时的两次力值即可实现。

实施例2

本实施例以桥梁工程技术领域中的支承装置为例，如图2-4所示，一种运营期支撑装置串联式标定系统，包括支撑装置，本实施例中的支撑装置即为桥梁与墩柱之间的支座，支座可为盆式支座、球型支座、橡胶支座或者减隔震支座中的任意一种，支撑装置通过锚固螺栓固定于墩柱与梁体之间，所述支撑装置包括支撑装置本体1和调节机构，调节机构设于支撑装置本体1上方，调节机构安装在梁体底面，支撑装置本体1放置在具有腔体的底座2内，底座2安装在桥墩或墩柱上，在支撑装置本体1底面设有测力承载体3，测力承载体3与底座2内壁紧密贴合，测力承载体3侧面安装有传感装置4，在底座2的侧面开还可以开设便于传感装置4安装的安装孔6，实现易于拆卸安装传感装置4的目的，操作者可以直接触摸到传感装置4是否安装到位，传感装置4的信号线穿过底座2侧壁的安装孔3与外部的数据采集系统5连接，数据采集系统5用于实施监测支撑装置竖向的承载力。

实施例3

如图2-4所示，调节机构包括上板9、下板8和两个楔形的调节块14，上板9和下板8之间形成一个开口朝下的V形调节腔15，调节腔15顶面为两个对称的倾斜面，两调节块14顶面为倾斜面，底面为平面，两调节块14位于调节腔15内且能在该腔体内相对滑动，两调节块14相互远离时，调节机构高度上升，两调节块14相互靠近时，调节机构高度下降，所述调节腔15顶面和下板8顶面均设有不锈钢板16，两调节块14顶面和底面均嵌入有聚四氟乙烯材质的耐磨板17，有效增强了调节腔15和调节块14的耐磨性，延长其使用寿命，同时不锈钢板16和耐磨板17的接触，摩擦系数更低，使得调节块14的相对滑动更顺畅，下板8位于上板9下方且与上板9之间通过螺栓连接，需要进行高度调节时，松开螺栓即可，下板8将两调节块14限制在调节腔15内，同时使得两调节块14在同一平面滑动，这样高度调节的准确性更高。

实施例4

本实施例与实施例3不同在于，如图11所示，上板9与下板8之间形成一个开口朝上的V形调节腔15，两调节块相互远离时，调节机构高度下降，两调节块相互靠近时，调节机构高度上升，其余同实施例4相同，本方案中的调节腔及调节块14形状不止限制于实施例中所提及的，只需调节块14能在调节腔15内实现相对滑动，且调节块14能将侧向受力转换为竖向力，使得调节机构高度发生变化即可得出上述的公式，并计算出支撑装置的实际竖向受力。

实施例5

如图5所示，还包括动力驱动装置10，动力驱动装置10包括液压缸13、第一基座11和第二基座12，第一基座11和第二基座12分别与两调节块14固定连接或者可拆卸连接，易于动力驱动装置10的模块化设计，只需要在支撑装置和动力驱动装置10上设计好相互匹配的连接关系即可，即用即装，液压缸13安装在第二基座12上且与外部的控制器7连接，液压缸13的输出端与第一基座11连接，液压缸13为成熟的动力设备，如千斤顶，驱动力大，控制器7可以精准的控制液压缸13施加不同的侧向力作用到调节块14，使得调节块14之间的相对位移值更为准确，从而支撑装置的高度调节值也更为精确。

实施例6

在支撑装置上安装有调节机构，调节机构通过两调节块14相互远离或靠近使得调节机构上升或者下降，动力驱动装置10接入到两调节块上，施加侧向加载力时得到调节高度值与两调节块14相对位移值的对应关系，然后得到两调节块14相对位移值与侧向加载力值的对应关系，等同替换掉调节块相对位移值，从而得到出调节机构高度顶升值与侧向加载力值的关系式，测量并记录两调节块14对应的相对位移值为L1和调节机构的顶升高度值H1，由此可以测量得到侧向加载力与调节机构顶升高度值的关系，使得支撑装置的每次调高都能精确实现，两调节块14相对远离到最大位移时，调节机构高度上升到最大，两调节块14相对靠近到最小位移时，调节机构高度下降到最小，当支撑装置需要调节不同的高度时，接入动力驱动装置10，控制器7控制其施加对应的侧向力即可完成相应高度的调节，简单快捷，调高的效率更好，也可以将动力装置10集成于支撑装置上，根据现场需要选择。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种运营期支撑装置串联式标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：对调节机构施加力，促使调节机构高度改变，并记录调节机构高度改变时或暂停改变时对调节机构施加的力值；

S2：减小对调节机构施加的力值，促使调节机构高度改变，并记录调节机构高度改变时或者暂停改变时对调节机构施加的力值

S3：将步骤S1和S2中两个力在调节机构上进行分解，并根据力学平衡关系，得出支撑装置竖向实际受力与步骤S1和S2中对调节机构施加力的关系式。

S4：根据步骤S3中得出关系式计算出支撑装置竖向实际受力，用该计算出的竖向实际受力值对支撑装置进行标定。

2.根据权利要求1所述的一种运营期支撑装置串联式标定方法，其特征在于，还包括以下步骤：

S101：对调节机构施加力，力值由小到大逐级增加，促使调节机构高度上升，并记录调节机构上升时或暂停上升时对调节机构施加的力值；

S201：逐步减小对调节机构施加的力值，促使调节机构高度下降，并记录调节机构下降时或者停止下降时对调节机构施加的力值。

3.根据权利要求2所述的一种运营期支撑装置串联式标定方法，其特征在于，在步骤S101中，通过控制器(7)控制动力驱动装置(10)施加动力，该力作用于调节机构的两调节块(14)上，力值由小到大逐级增加，使得两调节块(14)相互远离或者靠近，且促使调节机构高度上升，并记录调节机构上升时或暂停上升时动力驱动装置对调节机构施加的力值。

4.根据权利要求2所述的一种运营期支撑装置串联式标定方法，其特征在于，在步骤S201中，通过控制器(7)控制动力驱动装置(10)逐步减小作用在两调节块(14)上的力值，使得两调节块(14)相互靠近或者远离，且促使调节机构高度下降，并记录调节机构下降时或暂停下降时动力驱动装置对调节机构施加的力值。

5.一种运营期支撑装置串联式标定系统，包括支撑装置，其特征在于，所述支撑装置包括支撑装置本体(1)和调节机构，调节机构设于支撑装置本体(1)上方或者下方，所述调节机构包括上板(9)、下板(8)和两楔形的调节块(14)，上板(9)与下板(8)之间形成有调节腔(15)，两调节块(14)位于调节腔(15) 内且能在该腔体内相对滑动使得调高机构高度上升或下降。

6.根据权利要求5所述的一种运营期支撑装置串联式标定系统，其特征在于，还包括动力驱动装置(10)，动力驱动装置(10)上安装有传感器，动力驱动装置(10)包括液压缸(13)、第一基座(11)和第二基座(12)，第一基座(11)和第二基座(12)分别与两调节块(14)固定连接或者可拆卸连接，液压缸(13)安装在第二基座(12)上且与外部的控制器(7)连接，液压缸(13)的输出端与第一基座(11)连接。

7.根据权利要求5所述的一种运营期支撑装置串联式标定系统，其特征在于，所述调节块(14)与调节腔(15)、下板(8)之间设有滑动摩擦副。

8.根据权利要求7所述的一种运营期支撑装置串联式标定系统，其特征在于，所述调节块(14)与上板(9)、下板(8)接触面上均嵌入有耐磨板(17)，所述调节腔(15)内壁设有不锈钢板(16)。

9.根据权利要求5所述的一种运营期支撑装置串联式标定系统，其特征在于，所述支撑装置本体(1)顶面或底面设有测力承载体(4)，测力承载体(4)侧面安装有传感装置(6)，传感装置(6)的信号线穿过底座(2)侧壁与外部的数据采集系统(5)连接。

10.根据权利要求5所述的一种运营期支撑装置串联式标定系统，其特征在于，所述支撑装置本体(1)为盆式支座、球型支座、橡胶支座或者减隔震支座中的任意一种。

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