CN113624384A - 盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法 - Google Patents

盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法，包括底盆、放置在底盆内的橡胶板以及放置在橡胶板上端面与底盆配合使用的上座板；且所述橡胶板内还设置有空腔，且该空腔一侧还延伸设置有线缆槽，该线缆槽横向穿过橡胶板以及底盆侧壁与外部连通；所述空腔内上表面还安装有金属板，空腔内下表面则相应安装有测力元器件，且该测力元器件相应与金属板相接触。本发明的盆式橡胶支座承载力感知装置及感知方法为集成式技术方案，位于盆式支座橡胶中的测力元器件根据二者的面积之比分担支座承受的总力，测力元器件的测量力处于其量程范围之内，可提供高精度的测力数据。

Description

盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法
技术领域
本发明属于桥梁交通设施及测量技术领域，特别涉及一种盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法。
背景技术
目前，中国的桥梁建设发展迅猛，桥梁对缓解公路交通负荷、保证交通运输作业的顺利发展起到了至关重要的作用。桥梁一般由桥跨结构，也称上部结构，桥墩和桥台，也称下部结构，墩台基础和支座等组成。其中，支撑座是连接桥梁上部结构和下部结构的、桥梁的重要传力结构部件。支撑座位于桥梁和垫石之间，它能将桥梁上部结构承受的荷载和变形可靠地传递给桥梁下部结构，同时保证桥梁上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩等因素作用下的自由变形，以便使结构的实际受力情况符合计算图式，起到缓冲的作用，保护梁端、墩台帽不受损伤。
然而，近年来桥梁倒塌的事故时有发生，对桥梁的实际情况难以监测，无法及时采取措施防止桥梁倒塌，因此而造成的生命和财产损失不可估量。桥梁事故与支座直接相关，通过监测支座的受力数据，可以对桥梁的健康状态进行评估，避免桥梁事故。
目前，具有测力功能的支座主要采用在支座钢结构上粘贴应变传感器，利用压缩形变产生的应变和材料杨氏模量反推支座受力，但由于钢结构的形变极小，应变传感器的最大应变测量值通常在100με水平，应变传感器精度通常1με～10με水平，因此无法准确反映支座的受力。同时，温度也会引起支座钢结构形变，这种方法中应变片无法形成对称的桥式电路，受温度影响较大。测力支座的性能存在很大的提升空间。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法。
技术方案：本发明解决问题所采用的技术方案为：一种盆式橡胶支座承载力智能感知装置，包括底盆、放置在底盆内的橡胶板以及放置在橡胶板上端面与底盆配合使用的上座板；且所述橡胶板内还设置有空腔，且该空腔一侧还延伸设置有线缆槽，该线缆槽横向穿过橡胶板以及底盆侧壁与外部连通；所述空腔内上表面还安装有金属板，空腔内下表面则相应安装有测力元器件，且该测力元器件相应与金属板相接触；还包括智能处理模块，该智能处理模块连接有测力线缆，从测力线缆从线缆槽进入到橡胶板内的空腔中与测力元器件相连。
进一步地，所述金属板两侧与空腔两侧壁之间的间隙尺寸设置为0.001mm至10mm。
进一步地，所述测力元器件两侧与空腔两侧壁之间的间隙尺寸设置为0.1mm至10mm。
进一步地，所述的金属板、测力元器件以及空腔的上下表面均可设置为存在预紧力或无预紧力。
进一步地，所述测力元器件设置为测力传感器，该测力传感器设置为受力后产生形变的弹性体，通过粘贴在弹性体形变位置处的应变片传感器或光纤光栅传感器转换为电学信号或光学信号，并通过测力线缆将信号传输到智能处理模块。
进一步地，所述测力元器件可设置为压敏电阻或压电传感器，受压后电阻或输出电荷发生变化，并通过测力线缆将信号传输到智能处理模块。
本发明还提供一种盆式橡胶支座承载力智能感知方法，其特征在于，所述智能处理模块解调测力元器件的电学信号或光学信号将其转换为测力元器件受力F1，根据F1计算盆式橡胶支座的受力F2，
Figure BDA0003268953630000021
其中S1为空腔的截面积，S2为橡胶板的截面积。
进一步地，所述的智能处理模块解调测力元器件的电学信号或光学信号将其转换为测力元器件的受力F1，且还可通过对盆式橡胶支座进行标定获得标定公式，通过标定公式根据F1计算盆式橡胶支座的受力F2。
进一步地，所述的智能处理模块可存储盆式橡胶支座的受力F2数据。
进一步地，所述智能处理模块可经过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将盆式橡胶支座的受力F2数据发送到远程服务器进行存储和显示。
有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
(1)本发明的盆式橡胶支座承载力感知装置及感知方法为集成式技术方案，位于盆式支座橡胶中的测力元器件根据二者的面积之比分担支座承受的总力，测力元器件的测量力处于其量程范围之内，可提供高精度的测力数据；
(2)本发明中盆式橡胶支座与测力传感器的面积之比较大，测力元器件的设置高度也较小，对盆式橡胶支座的整体结构的影响较小，不影响支座橡胶和支座的正常使用以及使用寿命；
(3)本发明还具有数据通讯和数据存储功能，可记录支座的受力变化情况；并且本发明中的测力元器件可设置为测力传感器或者是压敏电阻和压电传感器，可以精确的传递形变数据，测量准确。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本发明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，应理解这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，一种盆式橡胶支座承载力智能感知装置，包括底盆13、放置在底盆13内的橡胶板12以及放置在橡胶板12上端面与底盆13配合使用的上座板11；且橡胶板12内还设置有空腔14，且该空腔14一侧还延伸设置有线缆槽17，该线缆槽17横向穿过橡胶板12以及底盆13侧壁与外部连通；空腔14内上表面还安装有金属板15，空腔内下表面则相应安装有测力元器件16，且该测力元器件16相应与金属板15相接触；还包括智能处理模块19，该智能处理模块19连接有测力线缆18，从测力线缆18从线缆槽17进入到橡胶板12内的空腔14中与测力元器件16相连。
金属板15两侧与空腔14两侧壁之间的间隙尺寸设置为0.001mm至10mm；测力元器件16两侧与空腔14两侧壁之间的间隙尺寸设置为0.1mm至10mm。
金属板15、测力元器件16以及空腔14的上下表面均可设置为存在预紧力或无预紧力。
测力元器件16设置为测力传感器，该测力传感器设置为受力后产生形变的弹性体，通过粘贴在弹性体形变位置处的应变片传感器或光纤光栅传感器转换为电学信号或光学信号，并通过测力线缆18将信号传输到智能处理模块19。
测力元器件16可设置为压敏电阻或压电传感器，受压后电阻或输出电荷发生变化，并通过测力线缆18将信号传输到智能处理模块19。
本发明还提供一种盆式橡胶支座承载力智能感知方法，其特征在于，智能处理模块19解调测力元器件16的电学信号或光学信号将其转换为测力元器件16受力F1，根据F1计算盆式橡胶支座的受力F2，
Figure BDA0003268953630000041
其中S1为空腔14的截面积，S2为橡胶板12的截面积。
智能处理模块19解调测力元器件16的电学信号或光学信号将其转换为测力元器件16的受力F1，且还可通过对盆式橡胶支座进行标定获得标定公式，通过标定公式根据F1计算盆式橡胶支座的受力F2；智能处理模块19可存储盆式橡胶支座的受力F2数据；智能处理模块19可经过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将盆式橡胶支座的受力F2数据发送到远程服务器进行存储和显示。
本发明的工作原理如下：本发明中上方上座板受力后，其内部橡胶板受到相同大小力的作用，内部应力均匀度较高。橡胶板内设置有一个空腔，空腔上表面有金属板，下表面有测力元器件，将测力元器件设置为测力传感器，金属板与测力传感器接触，测力传感器与空腔下表面接触。
根据力与应变和作用面积的关系，测力传感器测量力与整体支座受力之比为金属板和支座内橡胶板截面积之比；同时还可以通过标定获得测力传感器和支座受力的标定公式，利用标定公式计算支座受力；测力传感器是受力后会产生形变的弹性体，通过粘贴在弹性体形变位置处的应变片传感器或光纤光栅传感器转换为电学或光学信号；同时测力元器件还可以设置为压敏电阻或压电传感器，受压后电阻或输出电荷发生变化；智能处理模块将电学信号或光学信号转换为测力传感器的测力数据；智能处理模块可经过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将盆式橡胶支座的受力数据发送到远程服务器进行存储和显示。
本发明的盆式橡胶支座承载力感知装置及感知方法为集成式技术方案，位于盆式支座橡胶中的测力元器件根据二者的面积之比分担支座承受的总力，测力元器件的测量力处于其量程范围之内，可提供高精度的测力数据；本发明中盆式橡胶支座与测力传感器的面积之比较大，测力元器件的设置高度也较小，对盆式橡胶支座的整体结构的影响较小，不影响支座橡胶和支座的正常使用以及使用寿命；本发明还具有数据通讯和数据存储功能，可记录支座的受力变化情况；并且本发明中的测力元器件可设置为测力传感器或者是压敏电阻和压电传感器，可以精确的传递形变数据，测量准确。
上述具体实施方式只是本发明的一个优选实施例，并不是用来限制本发明的实施与权利要求范围的，凡依据本发明申请专利保护范围内容做出的等效变化和修饰，均应包括于本发明专利申请范围内。

Claims (10)

1.一种盆式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，包括底盆(13)、放置在底盆(13)内的橡胶板(12)以及放置在橡胶板(12)上端面与底盆(13)配合使用的上座板(11)；且所述橡胶板(12)内还设置有空腔(14)，且该空腔(14)一侧还延伸设置有线缆槽(17)，该线缆槽(17)横向穿过橡胶板(12)以及底盆(13)侧壁与外部连通；所述空腔(14)内上表面还安装有金属板(15)，空腔内下表面则相应安装有测力元器件(16)，且该测力元器件(16)相应与金属板(15)相接触；还包括智能处理模块(19)，该智能处理模块(19)连接有测力线缆(18)，从测力线缆(18)从线缆槽(17)进入到橡胶板(12)内的空腔(14)中与测力元器件(16)相连。
2.根据权利要求1所述的盆式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述金属板(15)两侧与空腔(14)两侧壁之间的间隙尺寸设置为0.001mm至10mm。
3.根据权利要求1所述的盆式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述测力元器件(16)两侧与空腔(14)两侧壁之间的间隙尺寸设置为0.1mm至10mm。
4.根据权利要求1所述的盆式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述的金属板(15)、测力元器件(16)以及空腔(14)的上下表面均可设置为存在预紧力或无预紧力。
5.根据权利要求1所述的盆式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述测力元器件(16)设置为测力传感器，该测力传感器设置为受力后产生形变的弹性体，通过粘贴在弹性体形变位置处的应变片传感器或光纤光栅传感器转换为电学信号或光学信号，并通过测力线缆(18)将信号传输到智能处理模块(19)。
6.根据权利要求1所述的盆式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述测力元器件(16)可设置为压敏电阻或压电传感器，受压后电阻或输出电荷发生变化，并通过测力线缆(18)将信号传输到智能处理模块(19)。
7.一种根据权利要求1-6任意一项的盆式橡胶支座承载力智能感知装置的智能感知方法，其特征在于，所述智能处理模块(19)解调测力元器件(16)的电学信号或光学信号将其转换为测力元器件(16)受力F1，根据F1计算盆式橡胶支座的受力F2，
Figure RE-RE-FDA0003281331500000021
其中S1为空腔(14)的截面积，S2为橡胶板(12)的截面积。
8.权利要求7所述的盆式橡胶支座承载力智能感知方法，其特征在于，所述的智能处理模块(19)解调测力元器件(16)的电学信号或光学信号将其转换为测力元器件(16)的受力F1，且还可通过对盆式橡胶支座进行标定获得标定公式，通过标定公式根据F1计算盆式橡胶支座的受力F2。
9.权利要求7所述的盆式橡胶支座承载力智能感知方法，其特征在于，所述的智能处理模块(19)可存储盆式橡胶支座的受力F2数据。
10.权利要求7所述的盆式橡胶支座承载力智能感知方法，其特征在于，所述智能处理模块(19)可经过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将盆式橡胶支座的受力F2数据发送到远程服务器进行存储和显示。
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