CN112853949A - 一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，橡胶支座包括内撑单元、弹性应力传感器以及整体包覆内撑单元和弹性应力传感器的橡胶层；内撑单元包括沿竖直方向间隔排列并沿水平方向平行设置的多个内撑钢板，其中内撑钢板的中部及边角处分别复合粘接弹性应力传感器，且内撑钢板的外部及多个内撑钢板的间隔处均固定包覆橡胶层。该具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，使支座具有震后支座修复判断和正常使用阶段的常规应力监测功能，为构件损伤识别和结构整体安全提供保障。
Description
技术领域
本发明涉及桥梁支撑技术领域，特别是一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座。
背景技术
现有技术中，板式橡胶支座作为一种桥梁隔震支座，在地震作用下能够有效耗散地震带来的能量。但是在震后恢复重建过程中，判断支座的受损程度以及是否需要更换是困难的。通过监测板式橡胶支座的内部应力变化来判断支座的损伤程度,是快速确定震后支座修复准则的重点。
土木工程结构监测中广泛使用应变传感器对混凝土、钢结构进行应力监测，但对于板式橡胶支座内部应力的监测仍属于没有解决的问题。橡胶属于柔性材料，应力传感器的敏感度与板式橡胶支座的内部应力变化情况较为吻合，能够准确快速的对应力进行监测记录。
国内公路桥梁对板式橡胶支座的使用较为广泛，由于其对地震力的消耗以及减隔震效果显著。桥梁受到地震荷载作用的概率是一定的，在多数时间桥梁经受的是车载等正常使用荷载，当公路桥梁受到载重较大甚至超重的货车使用时，具有一定的安全隐患，因此对于支座的应力监测是必要的。
并且，板式橡胶支座受力特性为，正常使用时承受上部结构以及车载的荷载，随着车载的变化板式橡胶支座发生轻微竖向变形，当车载过重时引起的支座损坏会对桥梁的安全造成威胁。其随着地震荷载作用时，发生剧烈的水平向剪切变形甚至发生破坏等现象，对于支座的损伤识别会对震后修复发挥关键作用。无论是正常使用状态还是地震荷载作用，对于支座的应力监测都是十分必要的。
传统的板式橡胶支座在震后通常会被直接更换或根据外观情况来判断支座是否失效，这样的做法既容易造成工程材料的浪费也是不准确的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，使支座具有震后支座修复判断和正常使用阶段的常规应力监测功能，为构件损伤识别和结构整体安全提供保障。
一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，橡胶支座包括内撑单元、弹性应力传感器以及整体包覆内撑单元和弹性应力传感器的橡胶层；内撑单元包括沿竖直方向间隔排列并沿水平方向平行设置的多个内撑钢板，其中内撑钢板的中部及边角处分别复合粘接弹性应力传感器，且内撑钢板的外部及多个内撑钢板的间隔处均固定包覆橡胶层。
而且，弹性应力传感器均连接有信号导线，该信号导线的中部固定嵌装在橡胶层内，且信号导线的另一端穿透橡胶层并连接信号采集处理器。
而且，弹性应力传感器为磁流体石墨烯传感器，其中多个弹性应力传感器分为三层设置在内撑单元的顶部、中部及底部，且固设于内撑钢板边角处的弹性应力传感器的一部分监测面与内撑钢板粘接固定，另一部分监测面向内撑钢板的外部延伸。
而且，弹性应力传感器的布设间距为5cm，且弹性应力传感器与内撑钢板粘接固定的部分监测面宽度不小于3cm。
本发明的优点及技术效果为：
本发明的一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，具备以下技术效果：(1)板式橡胶支座本体中设置基于磁流体石墨烯弹性应力传感器，单层的应力传感器用于检测内撑钢板与橡胶层之间的压力及切向剪力，由分布在内撑单元顶部、中部及底部的多层的应力传感器组合测量整体橡胶支座内应力及支座损伤程度；(2)板式橡胶支座内部设置信号导线，一端与支座内部应力传感器连接，另一端与外部信号采集处理系统连接，用于采集及分析橡胶支座的内应力数据；(3)弹性应力传感器耐高温且绝缘，通过耐高温胶水固定在内置钢板边角处及中部，能够降低支座支座过程中对传感器的损坏，避免传感器的移动，并且设置在内置钢板边角处的弹性应力传感器向内撑钢板外部延伸，用于增大弹性应力传感器与橡胶层的接触面，便于橡胶支座内部的内应力传导及检测；(4)信号采集系统对信号进行过滤处理并记录；(5)弹性应力传感器适应支座内部变形特性，准确测量支座应力水平。
本发明提供了一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，在正常使用状态下，可监测桥梁受到车载作用下的桥梁内力监测以及对桥梁安全稳定进行预警。在受到地震作用下通过应力传感器可以监测支座内部损伤，为桥梁的震后加固工作提供准确便捷的损伤数据以确定支座损伤程度。
附图说明
图1是本发明一种具有应力监测系统的方形板式橡胶支座构造造型式的示意图；
图2是图1的侧视图；
图3是本发明一种具有应力监测系统的圆形板式橡胶支座构造型型式的示意图；
图4是图3的侧视图；
图5是应力信号处理记录系统示意图；
附图标记说明：1-弹性应力传感器；2-内撑钢板；3-橡胶层；4-信号导线。
具体实施方式
为能进一步了解本发明的内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下。需要说明的是，本实施例是描述性的，不是限定性的，不能由此限定本发明的保护范围。
一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，橡胶支座包括内撑单元、弹性应力传感器1以及整体包覆内撑单元和弹性应力传感器的橡胶层3；内撑单元包括沿竖直方向间隔排列并沿水平方向平行设置的多个内撑钢板2，其中内撑钢板的中部及边角处分别复合粘接弹性应力传感器，且内撑钢板的外部及多个内撑钢板的间隔处均固定包覆橡胶层。
而且，弹性应力传感器均连接有信号导线4，该信号导线的中部固定嵌装在橡胶层内，且信号导线的另一端穿透橡胶层并连接信号采集处理器。
而且，弹性应力传感器为磁流体石墨烯传感器，其中多个弹性应力传感器分为三层设置在内撑单元的顶部、中部及底部，且固设于内撑钢板边角处的弹性应力传感器的一部分监测面与内撑钢板粘接固定，另一部分监测面向内撑钢板的外部延伸。
而且，弹性应力传感器的布设间距为5cm，且弹性应力传感器与内撑钢板粘接固定的部分监测面宽度不小于3cm。
另外，本发明优选的，弹性应力传感器及其通过信号导线连接的信号采集处理器，军采用现有技术中的成熟成熟产品。
为了更清楚地描述本发明的具体实施方式，下面提供结合附图对本发明做出详细说明：
图1、图3分别是本发明一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座的方形、圆形板式橡胶支座构造以及支座应力信号处理记录系统示意图。如各图所示，该板式橡胶支座构造型式由弹性应力传感器1、内撑钢板2、橡胶材料3以及信号导线4构成。板式橡胶支座的内撑钢板间隔填充设置有橡胶层，应力传感器安置于橡胶层中，测量支座中橡胶材料的应力大小，信号导线将弹性应力传感器测量信号输出至信号采集处理器之中。
将橡胶支座顶部、中部和底部分别预留传感器的位置，传感器安置部位如图1、2所示，靠外侧传感器安置在靠近边缘3cm处，内侧传感器的安置在平面中央，其他传感器间距为 5cm，每个传感器之间预留导线通道，弹性应力传感器与内撑钢板使用耐高温胶水进行连接以确保传感器的位置不会因橡胶的流动发生改变，导线通道向由橡胶支座中心向外部延伸。
弹性应力传感器是由石墨烯包裹磁流体材料组成，工作原理为支座内部三向应力的改变使磁流体试块变形导致的电容改变，通过对导体电容的变化通过信号导线向外部信号收集器发出信号，完成应力的测量，外部包裹的石墨烯材料能够起到绝缘耐高温的作用。弹性应力传感器具有与橡胶协同变形的能力，解决了测试载体无法适应橡胶大变形的问题，能够准确测量支座内部应力的分布情况，测试精度可达1％，无论是正常使用状态下的支座小变形还是地震荷载作用下的支座大变形，具备足够的监测精度。
弹性应力传感器发出信号，通过电子集成线路进行传输，信号过滤系统能够对传输的信号通过程序进行滤波处理并进行实时监测，达到应力峰值前发出报警信号，计算机中的记忆芯片完成全周期的数据记录。
本发明可实现正常使用状态下车载作用的桥梁安全预警，在地震作用下实现对支座内部损伤的识别判断，为桥梁的震后加固工作提供保障。
另外，本发明的未尽述之处均采用现有技术中的成熟产品及成熟技术手段。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，其特征在于：所述橡胶支座包括内撑单元、弹性应力传感器以及整体包覆内撑单元和弹性应力传感器的橡胶层；所述内撑单元包括沿竖直方向间隔排列并沿水平方向平行设置的多个内撑钢板，其中内撑钢板的中部及边角处分别复合粘接弹性应力传感器，且内撑钢板的外部及多个内撑钢板的间隔处均固定包覆橡胶层。
2.根据权利要求1所述的一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，其特征在于：所述弹性应力传感器均连接有信号导线，该信号导线的中部固定嵌装在橡胶层内，且信号导线的另一端穿透橡胶层并连接信号采集处理器。
3.根据权利要求1所述的一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，其特征在于：所述弹性应力传感器为磁流体石墨烯传感器，其中多个弹性应力传感器分为三层设置在内撑单元的顶部、中部及底部，且固设于内撑钢板边角处的弹性应力传感器的一部分监测面与内撑钢板粘接固定，另一部分监测面向内撑钢板的外部延伸。
4.根据权利要求3所述的一种具有内部应力监测系统的桥梁板式橡胶支座，其特征在于：所述弹性应力传感器的布设间距为5cm，且弹性应力传感器与内撑钢板粘接固定的部分监测面宽度不小于3cm。
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