CN113481838A - 一种新型可测支座反力的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法 - Google Patents

一种新型可测支座反力的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法 Download PDF

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Abstract

一种新型可测支座反力的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法属于建筑工程技术领域，具体涉及一种可测支座反力的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法。本发明提供一种能对整座桥梁进行支座反力采集，为桥梁健康安全状态分析提供数据支持的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法。本发明的橡胶支座包括橡胶支座体，其特征在于：橡胶支座体内设置有压力传感元件，橡胶支座体侧方设置有压力传感元件的数据电源接口。

Description

一种新型可测支座反力的橡胶支座，支座高度调整量确定方 法及支座偏压状态检测方法
技术领域
本发明属于建筑工程技术领域，具体涉及一种可测支座反力的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法。
背景技术
在简支板桥或简支箱梁桥的梁板安装和桥梁使用过程中，支座反力的大小反映了梁板安装的质量和桥梁梁板的受力状态。传统的橡胶支座一般不具有支座反力的检测功能，现有的《可测力支座》(专利号：200510092994.5)，《可测力板式橡胶支座》(CN200820010002.9)，《一种竖向智能测力支座》 (201010554176.3)、《一种自调高多向智能测力支座》(201010554180.X)、《一种球型多向测力支座》(201210360040.8)、《一种桥梁用支座高耐磨滑板》(201110036887.6)、《桥梁健康的监测方法及其智能测力支座》(201110407577.0)等近20项有关可测支座反力的专利中或结构复杂或造价高，不利于推广和应用，而且仅仅是单个支座受力数据的采集，没有提出全桥或者整个地区的支座反力数据采集的理念，同时没有提出桥梁支座反力数据的应用问题。
发明内容
本发明就是针对上述问题，提供一种能对整座桥梁进行支座反力采集，为桥梁健康安全状态分析提供数据支持的橡胶支座，支座高度调整量确定方法及支座偏压状态检测方法。
为了实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案，本发明的橡胶支座包括橡胶支座体，其特征在于：橡胶支座体内设置有压力传感元件，橡胶支座体侧方设置有压力传感元件的数据电源接口。
作为本发明的一种优选方案，所述压力传感元件包括带凸点的压板，压板下方设置有受压橡胶片，受压橡胶片上设置有与凸点配合的凹槽；受压橡胶片下方设置有薄膜压力传感器，薄膜压力传感器下方设置有保护橡胶片。
进一步的，所述橡胶支座体由多层平面钢板和平面橡胶片交错堆叠而成，所述压力传感元件设置于多层结构的橡胶支座体中部的两层之间。
进一步的，所述受压橡胶片的厚度小于凸点的厚度，受压橡胶片的凹槽底部相应于凸点设置有通孔。
作为本发明的另一种优选方案，所述压力传感元件的数据电源接口通过无线网络与数据处理设备相连。
本发明使用上述橡胶支座的支座高度调整量确定方法，其特征在于：在压力传感器及橡胶支座体的允许压力范围内，在一定压力范围内，橡胶支座体的受压变形与承受的压力成正比关系，橡胶支座抗压变形弹性模量
Figure BDA0003174809790000021
其中Ei为第i个传感器处检测的弹性模量，σfi为第i个传感器处受力变化前测定的压应力，σsi为第i个传感器处受力变化后测定的压应力，εi为压应变，Δσi为应力差，Δεi为应变差，tsi为橡胶支座橡胶层的总厚度；
橡胶支座变形的计算：计算公式为ε＝ts·△ε，根据此公式可以确定橡胶支座高度的调整量。
作为本发明的一种优选方案，当一片梁板有n个支座时，对于同一个支座，理想的状态为：
σj1＝σj2＝σj3＝σj4＝σj5＝σjnσ0jj
σsj＝(σj1+σj2+σσj3+σσj4+σσj5+σσjn)/n
其中：σ0jj为第j个支座应承受的理论压应力,σsj为j个支座应承受的实际压应力。
当σsj＝σ0jj时，该片梁板各支座总体受力均衡；
当梁板各支座总体受力均衡后，对单个支座是否存在偏压状态进一步判断：
当σsj＝0时，第j个支座处于未受力状态，即脱空状态，该支座需升高；
当σsj<σ0jj时，第j个支座处于处于少受力状态，该支座需升高；
当σsj>σ0jj时，第j个支座处于处于多受力状态，该支座需降低；
本发明使用上述橡胶支座的支座偏压状态检测方法，其特征在于：所述压板上设置有5个凸点，其中四个凸点呈正方形排布；正方形中心为第5个凸点；则有：
1)σj1>σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4<σ0jσj5<σ0j
左侧偏压
2)σj1<σ0jσj2<σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5>σ0j
右侧偏压
3)σj1<σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5<σ0j
前端偏压
4)σj1>σ0jσj2<σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4<σ0jσj5>σ0j
后端偏压
5)σj1>σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5≤σ0j
左后侧偏压
6)σj1≤σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5>σ0j
右后侧偏压
7)σj1≤σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5≤σ0j
左前端偏压
8)σj1≤σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5≤σ0j
右前端偏压。
本发明的有益效果：
本发明通过在普通橡胶支座中加入压力传感元件并配备数据接收和无线传输器，可以实现梁板与支座安装质量的监控，同时可以实现桥梁运营状态下支座反力的全天候的动态监测，利用数据的处理和分析，不仅可以对梁板的安装质量进行把控，而且还可以对桥梁的使用状况和健康安全状况进行有效的实时动态监控。
本发明操作简单，使用方便，不用特殊培训；使用范围广，需求量较大，市场前景好。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是橡胶支座体的结构示意图。
图3是橡胶支座体的分解图。
图4是长方形的橡胶支座体的结构示意图。
图5是长方形的压力传感元件的结构示意图。
图6是圆形的橡胶支座体的结构示意图。
图7是圆形的压力传感元件的结构示意图。
图8是压板的结构示意图。
图9是压板的侧视图。
图10是受压橡胶片的结构示意图。
图11是受压橡胶片的剖视图。
图12是本发明检测系统的原理图。
附图中1为橡胶支座体、11为平面橡胶片、12为平面钢板。
2为压力传感元件、21为压板、211为凸点、22为受压橡胶片、221为凹槽、 23为薄膜压力传感器、231为受压点、232为输入电极、233为输出电极、24 为保护橡胶片。
3为数据电源接口。
4为数据接收器。
5为无线传输器。
具体实施方式
本发明的橡胶支座包括橡胶支座体1，其特征在于：橡胶支座体1内设置有压力传感元件2，橡胶支座体1侧方设置有压力传感元件2的数据电源接口3。
作为本发明的一种优选方案，所述压力传感元件2包括带凸点211的压板 21，压板21下方设置有受压橡胶片22，受压橡胶片22上设置有与凸点211配合的凹槽221；受压橡胶片22下方设置有薄膜压力传感器23，薄膜压力传感器 23下方设置有保护橡胶片24。
进一步的，所述橡胶支座体1由多层平面钢板12和平面橡胶片11交错堆叠而成，所述压力传感元件2设置于多层结构的橡胶支座体1中部的两层之间。
进一步的，所述受压橡胶片22的厚度小于凸点211的厚度，受压橡胶片22 的凹槽221底部相应于凸点211设置有通孔。
进一步的，所述压力传感元件2上相应于凸点211设置有受压点231，压力传感元件2上设置有一输入电极232，输入电极232经过受压点231与输出电极 233相连。
作为本发明的另一种优选方案，所述压力传感元件2的数据电源接口3通过无线网络与数据处理设备相连。
本发明使用上述橡胶支座的支座高度调整量确定方法，其特征在于：在压力传感器及橡胶支座体1的允许压力范围内，在一定压力范围内，橡胶支座体1 的受压变形与承受的压力成正比关系，橡胶支座抗压变形弹性模量
Figure BDA0003174809790000061
其中Ei为第i个传感器处检测的弹性模量，σfi为第i个传感器处受力变化前测定的压应力，σsi为第i个传感器处受力变化后测定的压应力，εi为压应变，Δσi为应力差，Δεi为应变差，tsi为橡胶支座橡胶层的总厚度；
橡胶支座变形的计算：计算公式为ε＝ts·△ε，根据橡胶支座的变形量e，可以确定橡胶支座高度的调整量。
作为本发明的一种优选方案，当一片梁板有n个支座时，对于同一个支座，理想的状态为：
σj1＝σj2＝σj3＝σj4＝σj5＝σjnσ0jj
σsj＝(σj1+σj2+σσj3+σσj4+σσj5+σσjn)/n
其中：σ0jj为第j个支座应承受的理论压应力,σsj为j个支座应承受的实际压应力。
当σsj＝σ0jj时，该片梁板各支座总体受力均衡；
当梁板各支座总体受力均衡后，对单个支座是否存在偏压状态进一步判断：
当σsj＝0时，第j个支座处于未受力状态，即脱空状态，该支座需升高；
当σsj<σ0jj时，第j个支座处于处于少受力状态，该支座需升高；
当σsj>σ0jj时，第j个支座处于处于多受力状态，该支座需降低；
本发明使用上述橡胶支座的支座偏压状态检测方法，其特征在于：所述压板21上设置有5个凸点211，其中4个凸点211呈正方形排布；正方形中心为第5个凸点211；则有：
1)σj1>σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4<σ0jσj5<σ0j
左侧偏压
2)σj1<σ0jσj2<σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5>σ0j
右侧偏压
3)σj1<σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5<σ0j
前端偏压
4)σj1>σ0jσj2<σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4<σ0jσj5>σ0j
后端偏压
5)σj1>σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5≤σ0j
左后侧偏压
6)σj1≤σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5>σ0j
右后侧偏压
7)σj1≤σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5≤σ0j
左前端偏压
8)σj1≤σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5≤σ0j
右前端偏压。
本发明的实施情形之一：梁板安装阶段，包括新桥施工或支座更换施工情况下。
步骤一，支座系统连接：将本发明的橡胶支座体1安装在桥梁墩台帽上，每个墩台上设置个数据接收器4及无线传输器5并与该墩台上的所有橡胶支座体1的压力传感元件2相连接。
步骤二，打开关闭电源：打开电源，桥梁上所有数据接收及无线传输器5 与支座处于工作状态。
步骤三，吊装调整梁板：将第一片梁板吊装安放在橡胶支座体1上，橡胶支座体1承受梁板重量产生压缩变形，压力传感元件2的凸点211随之向下压在薄膜压力传感器23上，薄膜压力传感器23为一压力敏感片，其在受压状态下电阻值发生变化，输入电极232与输出电极233间电流发生变化，数据处理设备根据检测到的电流计算得出梁板下四个支座所承受的支座反力，当四个支座反力处于合理范围内时，说明支座与梁板安装质量合格，否则应调整支座标高，从而实现支座和梁板安装质量的监控。重复此步骤直至所有梁板安装合格。
本发明的实施情形之二：桥梁使用阶段。
当桥梁通车时，汽车行驶至桥梁上时，汽车荷载通过梁板传递到橡胶支座体1上，橡胶支座体1承受汽车荷载作用产生压缩变形，凸点211随之向下压在薄膜压力传感器23上，电阻值发生变化，输入电极232与输出电极233间电流发生变化，数据处理设备根据检测到的电流测出梁板下所有支座所承受的支座反力并无线传输至数据中心，从而实现桥梁运营条件下支座反力的动态监测。
可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种新型可测支座反力的橡胶支座，包括橡胶支座体(1)，其特征在于：橡胶支座体(1)内设置有压力传感元件(2)，橡胶支座体(1)侧方设置有压力传感元件(2)的数据电源接口(3)。
2.根据权利要求1所述的一种新型可测支座反力的橡胶支座，其特征在于：所述压力传感元件(2)包括带凸点(211)的压板(21)，压板(21)下方设置有受压橡胶片(22)，受压橡胶片(22)上设置有与凸点(211)配合的凹槽(221)；受压橡胶片(22)下方设置有薄膜压力传感器(23)，薄膜压力传感器(23)下方设置有保护橡胶片(24)。
3.根据权利要求2所述的一种新型可测支座反力的橡胶支座，其特征在于：所述橡胶支座体(1)由多层平面钢板(12)和平面橡胶片(11)交错堆叠而成，所述压力传感元件(2)设置于多层结构的橡胶支座体(1)中部的两层之间。
4.根据权利要求2所述的一种新型可测支座反力的橡胶支座，其特征在于：所述受压橡胶片(22)的厚度小于凸点(211)的厚度，受压橡胶片(22)的凹槽(221)底部相应于凸点(211)设置有通孔。
5.根据权利要求2所述的一种新型可测支座反力的橡胶支座，其特征在于：所述压力传感元件(2)上相应于凸点(211)设置有受压点(231)，压力传感元件(2)上设置有一输入电极(232)，输入电极(232)经过受压点(231)与输出电极(233)相连。
6.根据权利要求1所述的一种新型可测支座反力的橡胶支座，其特征在于：所述压力传感元件(2)的数据电源接口(3)通过无线网络与数据处理设备相连。
7.一种使用如权利要求1～6所述任一一种橡胶支座的支座高度调整量确定方法，其特征在于：在压力传感器及橡胶支座体(1)的允许压力范围内，在一定压力范围内，橡胶支座体(1)的受压变形与承受的压力成正比关系，橡胶支座抗压变形弹性模量
Figure FDA0003174809780000021
其中Ei为第i个传感器处检测的弹性模量，σfi为第i个传感器处受力变化前测定的压应力，σsi为第i个传感器处受力变化后测定的压应力，εi为压应变，Δσi为应力差，Δεi为应变差，tsi为橡胶支座橡胶层的总厚度；
橡胶支座变形的计算：计算公式为ε＝ts·△ε，根据橡胶支座的变形量e，可以确定橡胶支座高度的调整量。
8.根据权利要求7所述支座高度调整量确定方法，其特征在于：当一片梁板有n个支座时，对于同一个支座，理想的状态为：
σj1＝σj2＝σj3＝σj4＝σj5＝σjnσ0jj
σsj＝(σj1+σj2+σσj3+σσj4+σσj5+σσjn)/n
其中：σ0jj为第j个支座应承受的理论压应力,σsj为j个支座应承受的实际压应力。
当σsj＝σ0jj时，该片梁板各支座总体受力均衡；
当梁板各支座总体受力均衡后，对单个支座是否存在偏压状态进一步判断：
当σsj＝0时，第j个支座处于未受力状态，即脱空状态，该支座需升高；
当σsj<σ0jj时，第j个支座处于处于少受力状态，该支座需升高；
当σsj>σ0jj时，第j个支座处于处于多受力状态，该支座需降低。
9.一种如权利要求1～6所述任一一种橡胶支座的支座偏压状态检测方法，其特征在于：所述压板(21)上设置有(5)个凸点(211)，其中(4)个凸点(211)呈正方形排布；正方形中心为第(5)个凸点(211)；则有：
1)σj1>σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4<σ0jσj5<σ0j
左侧偏压
2)σj1<σ0jσj2<σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5>σ0j
右侧偏压
3)σj1<σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5<σ0j
前端偏压
4)σj1>σ0jσj2<σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4<σ0jσj5>σ0j
后端偏压
5)σj1>σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5≤σ0j
左后侧偏压
6)σj1≤σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5>σ0j
右后侧偏压
7)σj1≤σ0jσj2>σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4≤σ0jσj5≤σ0j
左前端偏压
8)σj1≤σ0jσj2≤σ0jσj3≥σ0j或σj3≤σ0jσj4>σ0jσj5≤σ0j
右前端偏压。
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