CN113624385A - 板式橡胶支座承载力智能感知装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板式橡胶支座承载力智能感知装置及方法，包括橡胶板、橡胶板内空腔、金属板、测力传感器、线缆槽、测力传感器线缆以及智能处理模块；橡胶板内空腔位于橡胶板内部，金属板设置在橡胶板内空腔内部并且粘贴在橡胶板内空腔的上表面，测力传感器位于橡胶板内空腔内部并且与金属板下表面相接触，线缆槽与橡胶板内空腔相连通，测力传感器线缆一端经线缆槽进入橡胶板内空腔与测力传感器连接，测力传感器线缆另一端则相应与设置在橡胶板外部的智能处理模块连接。本发明的技术方案中，位于板式支座橡胶中的测力传感器根据二者的面积之比分担支座承受的总力，测力传感器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
技术领域
本发明属于桥梁交通设施及测量技术领域，特别涉及一种板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100μe水平，应变传感器精度通常设置在1μe～10μe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，提供一种板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：一种板式橡胶支座承载力智能感知装置，包括橡胶板、橡胶板内空腔、金属板、测力传感器、线缆槽、测力传感器线缆以及智能处理模块；所述的橡胶板内空腔位于橡胶板内部，所述金属板设置在橡胶板内空腔内部并且粘贴在橡胶板内空腔的上表面，测力传感器位于橡胶板内空腔内部并且与金属板下表面相接触，所述线缆槽与橡胶板内空腔相连通，所述测力传感器线缆一端经线缆槽进入橡胶板内空腔与测力传感器连接，测力传感器线缆另一端则相应与设置在橡胶板外部的智能处理模块连接。
进一步地，所述金属板两端与橡胶板内空腔两侧壁的间隙尺寸设置为0.001mm至10mm。
进一步地，所述测力传感器两端与橡胶板内空腔两侧壁的间隙尺寸设置为0.1mm至10mm。
进一步地，所述金属板、测力传感器和橡胶板内空腔的上下表面存在预紧力或无预紧力。
进一步地，所述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，并通过测力传感器线缆将信号传输到智能处理模块。
进一步地，所述测力传感器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，并通过测力传感器线缆将信号传输到智能处理模块。
本发明还提供一种板式橡胶支座承载力智能感知方法，所述智能处理模块解调测力传感器的电学信号或光学信号将其转换为测力传感器的受力F1，根据F1计算板式橡胶智能测力支座的受力F2，公式如下：
其中，S1为胶板内空腔的截面积，S2为橡胶板的截面积。
进一步地，智能处理模块解调测力传感器的电学信号或光学信号转换为测力传感器受力F1，还可通过对板式橡胶支座进行标定获得标定公式，利用标定公式根据F1计算板式橡胶智能测力支座的受力F2。
进一步地，智能处理模块可存储板式橡胶智能测力支座的受力F2数据。
进一步地，智能处理模块可通过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将板式橡胶智能测力支座的受力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)本发明支座橡胶集成测力传感器的技术方案中，位于板式支座橡胶中的测力传感器根据二者的面积之比分担支座承受的总力，测力传感器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)本发明中支座橡胶与测力传感器的面积之比较大，测力传感器的设置高度也较小，对支座橡胶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。
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，一种板式橡胶支座承载力智能感知装置，包括橡胶板21、橡胶板内空腔22、金属板23、测力传感器24、线缆槽25、测力传感器线缆26以及智能处理模块27；橡胶板内空腔22位于橡胶板21内部，金属板23设置在橡胶板内空腔22内部并且粘贴在橡胶板内空腔22的上表面，测力传感器24位于橡胶板内空腔22内部并且与金属板23下表面相接触，线缆槽25与橡胶板内空腔22相连通，测力传感器线缆26一端经线缆槽25进入橡胶板内空腔22与测力传感器24连接，测力传感器线缆26另一端则相应与设置在橡胶板21外部的智能处理模块27连接。
金属板23两端与橡胶板内空腔22两侧壁的间隙尺寸设置为0.001mm至10mm；测力传感器24两端与橡胶板内空腔22两侧壁的间隙尺寸设置为0.1mm至10mm。
金属板23、测力传感器24和橡胶板内空腔22的上下表面存在预紧力或无预紧力；测力传感器24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，并通过测力传感器线缆26将信号传输到智能处理模块27。
测力传感器24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，并通过测力传感器线缆26将信号传输到智能处理模块27。
本发明还提供一种板式橡胶支座承载力智能感知方法，智能处理模块27解调测力传感器24的电学信号或光学信号将其转换为测力传感器24的受力F1，根据F1计算板式橡胶智能测力支座的受力F2，公式如下：
其中，S1为胶板内空腔22的截面积，S2为橡胶板21的截面积。
智能处理模块27解调测力传感器24的电学信号或光学信号转换为测力传感器24受力F1，还可通过对板式橡胶支座进行标定获得标定公式，利用标定公式根据F1计算板式橡胶智能测力支座的受力F2。
智能处理模块27可存储板式橡胶智能测力支座的受力F2数据；智能处理模块27可通过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将板式橡胶智能测力支座的受力F2数据发送到远程服务器进行存储和显示。
本发明工作原理如下：在板式橡胶支座受力后，支座内的橡胶板受到相同大小力的作用，内部应力均匀度较高；而橡胶板内是设置一个橡胶板内空腔的，橡胶板内空腔的上表面有金属板，金属板与下方的测力传感器相接触，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支座受力之比为金属板和支座橡胶截面积之比；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，利用该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者是光纤光栅传感器将形变量转换为电学信号或光学信号；测力传感器还可以是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板式橡胶智能测力支座的受力数据发送到远程服务器进行存储和显示。
本发明采用支座橡胶集成测力传感器的技术方案，位于橡胶板内的测力传感器根据二者的面积之比分担支座承受的总力，测力传感器的测量力处于其量程范围之内，可提供高精度的测力数据；橡胶板与测力传感器的面积之比较大，测力传感器高度也较小，对支座橡胶整体结构的影响较小，不影响支座橡胶板及整体支座的使用寿命；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。
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.板式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，包括橡胶板(21)、橡胶板内空腔(22)、金属板(23)、测力传感器(24)、线缆槽(25)、测力传感器线缆(26)以及智能处理模块(27)；所述的橡胶板内空腔(22)位于橡胶板(21)内部，所述金属板(23)设置在橡胶板内空腔(22)内部并且粘贴在橡胶板内空腔(22)的上表面，测力传感器(24)位于橡胶板内空腔(22)内部并且与金属板(23)下表面相接触，所述线缆槽(25)与橡胶板内空腔(22)相连通，所述测力传感器线缆(26)一端经线缆槽(25)进入橡胶板内空腔(22)与测力传感器(24)连接，测力传感器线缆(26)另一端则相应与设置在橡胶板(21)外部的智能处理模块(27)连接。
2.根据权利要求1所述的板式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述金属板(23)两端与橡胶板内空腔(22)两侧壁的间隙尺寸设置为0.001mm至10mm。
3.根据权利要求1所述的板式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述测力传感器(24)两端与橡胶板内空腔(22)两侧壁的间隙尺寸设置为0.1mm至10mm。
4.根据权利要求1所述的板式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述金属板(23)、测力传感器(24)和橡胶板内空腔(22)的上下表面存在预紧力或无预紧力。
5.根据权利要求1所述的板式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述测力传感器(24)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，并通过测力传感器线缆(26)将信号传输到智能处理模块(27)。
6.根据权利要求1所述的板式橡胶支座承载力智能感知装置，其特征在于，所述测力传感器(24)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，并通过测力传感器线缆(26)将信号传输到智能处理模块(27)。
7.一种根据权利要求1-6任意一项的板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(27)解调测力传感器(24)的电学信号或光学信号将其转换为测力传感器(24)的受力F1，根据F1计算板式橡胶智能测力支座的受力F2，公式如下：
其中，S1为胶板内空腔(22)的截面积，S2为橡胶板(21)的截面积。
8.权利要求7所述的板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(27)解调测力传感器(24)的电学信号或光学信号转换为测力传感器(24)受力F1，还可通过对板式橡胶支座进行标定获得标定公式，利用标定公式根据F1计算板式橡胶智能测力支座的受力F2。
9.权利要求7所述的板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(27)可存储板式橡胶智能测力支座的受力F2数据。
10.权利要求7所述的板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(27)可通过2G、3G、4G、5G通讯网络或有限宽带网络将板式橡胶智能测力支座的受力F2数据发送到远程服务器进行存储和显示。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023040327A1 (zh) * | 2021-09-17 | 2023-03-23 | 江苏平山交通设施有限公司 | 盆式橡胶支座承载力智能感知装置及方法 |
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2021
- 2021-09-17 CN CN202111097101.1A patent/CN113624385A/zh active Pending
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