CN115096486B - 一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法，本支座包括支座本体、应变传感器、视觉感知传感器和动态采集仪，视觉感知传感器采集位移数据，布置于支座滑动摩擦副间，应变传感器和动态采集仪信号连通，应变传感器包括端部连接块和拉压应变杆，该端部连接块固定设于拉压应变杆两端，两者形成一组应变传感器，第一滑动块侧面对立设置多组应变传感器，端部连接块固定于支座第一滑动块上，计算对立两组应变传感器的平均值，通过应变传感器和视感知传感器分别采集支座受不同竖向荷载作用下的应变值和梁的累计位移，实现支座服役过程中的工作状态感知，解决了桥梁支座传感器维护、更换不便和传感器难以标定的问题。

Description

一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法

技术领域

本发明涉及桥梁支座管理养护技术领域，更具体地，涉及一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法。

背景技术

随着桥梁建设发展，桥梁的管养需求较为迫切，对桥梁的安全运营也倍加关注，支座是连接桥梁上、下部结构的重要部件，其功能是将上部结构的恒载、活载可靠地传递给下部结构，并适应梁体的变位(位移和转角)需求，其发生破坏可直接引发梁体移位、落梁等安全风险，普通支座如球型钢支座、盆式橡胶支座、板式支座等，没有测力功能，在使用过程中无法检测支座的承载受力状况，给支座的后期维护及结构监测带来了很大的不便。同时，若桥梁下部结构发生不均匀沉降或者支座安装精度较差，会导致桥梁某一联的支座受力不均匀，将改变桥梁上、下部结构的受力状态，从而给桥梁结构产生安全隐患，因此有必要对支座运营阶段的受力状态进行实时的监测。

现有技术存在如下几个缺点：(1)目前已有的测力支座的压力传感器多为内置式，其长期处于受压状态，若压力传感器发生损坏，需要拆开支座进行更换，更换成本较高；(2)传感器长期工作可能发生漂移，目前的测力支座定期的标定非常困难。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法，本支座包括支座本体、应变传感器、动态采集仪和传输线，支座本体的侧面布置有应变传感器，用于采集竖向力值，并将检测结果通过传输线，传输至支座本体外部的动态采集仪内，应变传感器包括端部连接块和拉压应变杆，端部连接块固定于第一滑动块侧面，两者接触部位应保证为平面，在横向滑动摩擦副、转动摩擦副和纵向滑动摩擦副运动过程中，第一滑动块发生应变，拉压应变杆受传递的拉力或压力，将检测数值传输至动态采集仪，达到检测的目的，需要拆除应变传感器时将第一滑动块上的端部连接快，即可将拉压应变杆拆除，解决了桥梁支座监测传感器维护不便的问题。

为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种测力与位移型摩擦摆支座，包括：

支座本体、应变传感器、视觉感知传感器、动态采集仪和传输线，用于采集竖向力值的所述应变传感器布置于所述支座本体的侧面，所述传输线连通所述应变传感器和所述动态采集仪；

所述应变传感器包括端部连接块和拉压应变杆，所述支座本体包括第一滑动块，所述端部连接块固定设于所述拉压应变杆两端，两者形成一组所述应变传感器，所述第一滑动块每组对立侧面上均设置一组所述应变传感器，所述端部连接块固定于所述第一滑动块上；

所述的视觉感知传感器包括感知基体以及感知探头，所述的感知探头设置于感知基体的底部中间位置，所述的支座本体包括第二滑动块，所述的视觉感知传感器设置于第二滑动块的底部滑动方向的两侧，所述的支座本体包括第一座板、第二座板，所述的第一座板底部为凹曲面，第二座板顶部为凹曲面。

进一步地，所述第一滑动块接触所述端部连接块的部位为平面，该平面尺寸为所述端部连接块横截面尺寸的.至.倍。

进一步地，所述端部连接块与所述第一滑动块为螺栓连接或粘接。

进一步地，所述的视觉感知传感器设置于可拆卸封装板上，并通过锚固螺栓连接在第二滑动块的侧面；

所述的第二座板顶面的凹曲面沿着滑动方向设置有一维标识线条码。

进一步地，所述支座本体包括横向滑动摩擦副、转动摩擦副和纵向滑动摩擦副，所述横向滑动摩擦副设于所述第一滑动块顶部，所述转动摩擦副设于所述第一滑动块底部，所述纵向滑动摩擦副设于所述第二滑动块底部。

进一步地，所述横向滑动摩擦副包括第一座板和第一滑板，所述第一滑板固定安装于所述第一滑动块的顶面，所述第一座板和所述第一滑板滑动接触。

进一步地，所述支座本体包括第三滑板和第二滑动块，第一滑动块与所述第三滑板转动接触，形成转动摩擦副，所述第三滑板固定设于所述第一滑动块的底面。

进一步地，所述纵向滑动摩擦副包括第二滑板，所述第二滑板固定设于第二滑动块的底面，所述第二滑板与所述第二座板的顶面滑动接触。

按照本发明的另一个方面，提供一种测力与位移型摩擦摆支座的传感器更换方法，包括以下步骤：

S100，监测数据核查，通过对比拟核查的应变传感器采集数据与其他应变传感器的监测数值的变量值，若变量值偏差大于10％，或者拟核查的应变传感器采集数据与该传感器之前采集的数据偏差大于10％时，则需要对该应变传感器进行更换，对比支座同季度累计位移数据，若变量值偏差大于10％，则需要对该视觉感知传感器拆下校准；

S200，拆除变量值偏差超标的传感器，当拆应变传感器时，先卸下应变传感器的护罩，记录每组应变传感器承受的应变值，然后拆除应变传感器端部连接块与第一滑动块的连接螺栓，取下拉压应变杆和端部连接块，当拆除视觉感知传感器时，卸下锚固螺栓，取下可拆卸封装板，即可取出视觉感知传感器；

S300，对拆除的传感器进行标定，标定应变传感器时，通过标定器对传感器进行多个点测试，验证力值与应变是否呈线性关系，标定视觉感知传感器时，将取出的传感器读取标准标识线条码，核查是否存在偏差，若存在偏差，则需更换视觉感知传感器，并进行传感器标定，若未存在偏差，则无需更换视觉感知传感器；

S400，安装传感器，根据S200记录的每组记录值，通过辅助工具将标定完成的应变传感器拉伸或压缩至其他应变传感器的应变值，将该应变传感器安装在第一滑动块侧面已拆除的旧传感器位置，并安装标定后的视觉感知传感器；

S500，连接采集仪，将护罩固定在应变传感器上，完成应变传感器安装，将可拆卸封装板安装在第二滑动块，上完成视觉感知传感器安装，应变传感器开始采集支座的竖向力值和累计位移，并计算得出累计纵向位移L_z和累计横向位移L_h。

10.根据权利要求9所述的一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法，所述S500包括：

所述累计纵向位移L_z的计算方法为：

使用视觉感知传感器通过读取中部的标识线条码，识别第二滑动块对于第二座板的绝对位移为A₁、A₂……A_i……A_n，计算第二滑动块的纵向滑动位移A_z为：

A_z＝|A₁-A₂|+|A₂-A₃|……|A_i-A_i+1|+……|A_n-1-A_n|；

i为1至n中的一项，计算支座本体在第二座板滑动方向的累计纵向位移L_z为：

所述累计横向位移L_h计算方法为：

R_z为凹曲面的曲率半径，R_z1为支座本体在第二座板滑动方向的等效曲率半径，第一滑动块对于第一座板的绝对位移为B₁、B₂……B_i……B_n，则第一滑动块的横向滑动位移A_h为：

B＝|B₁-B₂|+|B₂-B₃|……|B_i-B_i+1|+……|B_n-1-B_n|；

i为1至n中的一项，计算支座本体在第一座板滑动方向的累计横向位移L_h为：

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1.本发明提供一种测力与位移型摩擦摆支座，包括支座本体、应变传感器、动态采集仪和传输线，支座本体的侧面布置有应变传感器，用于采集竖向力值，并将检测结果通过传输线，传输至支座本体外部的动态采集仪内，应变传感器包括端部连接块和拉压应变杆，其中，端部连接块固定于第一滑动块侧面，两者接触部位应保证为平面，在支座静止或发生横向滑动摩擦副、转动摩擦副和纵向滑动摩擦副滑动的竖向承载过程中，第一滑动块发生应变，拉压应变杆受传递的拉力或压力，将检测数值传输至动态采集仪，达到检测的目的，需要拆除应变传感器时将第一滑动块上的端部连接快，即可将拉压应变杆拆除，解决了桥梁支座监测传感器维护不便的问题。

2.本发明提供一种测力与位移型摩擦摆支座，包括多组应变传感器，每组应变传感器包括拉压应变杆和两端的端部连接块，多组应变传感器对称布置在第一滑动块的侧面，当第一滑动块侧面俯视为方形时，应变传感器分别布置在两组对立面的中心，共布置四组，当第一滑动块向一组应变传感器方向滑动时，其测得的竖向力值大于实际竖向力，该组应变传感器对立组的应变传感器测得的竖向力值小于实际竖向力，通过将数据传入动态采集仪，然后取两组数值的平均值，可降低水平向、竖向转动带来的测力误差，解决了测力支座受转动影响而容易产生误差的难题。

附图说明

图1是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的半剖视图一；

图2是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的半剖视图二；

图3是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的第一滑动块的俯视图；

图4是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的第二滑动块的正视图；

图5是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的第二滑动块的局部放大图；

图6是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的第一座板的仰视图；

图7是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的第二座板的俯视图；

图8是本发明实施例一种测力与位移型摩擦摆支座的传感器更换方法。

在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-摩擦摆支座本体、2-应变传感器、3-动态采集仪、4-传输线、5-视觉感知传感器、6-可拆卸封装板、11-第一座板、12-第一滑板、13-第一滑动块、14-第二滑动块、15-第二座板、16-第二滑板、17-第三滑板、21-端部连接块、22-拉压应变杆、51-感知探头、61-锚固螺栓、111-第一凹曲面、112-标识线条码、151-第二凹曲面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1-图4所示，本发明提供一种测力与位移型摩擦摆支座，本支座包括支座本体1、应变传感器2、动态采集仪3、传输线4和视觉感知传感器5，其中，支座本体1的侧面布置有应变传感器2，用于采集竖向力值，并将检测结果通过传输线4，传输至支座本体1外部的动态采集仪3内，进一步地，支座本体1包括第一座板11、第一滑板12、第一滑动块13、第二滑动块14、第二座板15、第二滑板16和第三滑板17，第一座板11为支座本体1的横向座板，第一座板11滑动接触于第一滑动块13顶部的第一滑板12上，两者形成横向滑动摩擦副，第一滑动块13的底面为向內凹陷的球面形状，而第二滑动块14的顶面为向外凸出的球面形状，第一滑动块13底面设置的第三滑板17与第二滑动块14顶面接触连接，第一滑动块13可沿第二滑动块14顶面转动一定角度，形成转动摩擦副，第二滑动块14底面为带有弧度的外凸面，贴合设于第二座板15上，第二座板15的贴合面为内凹的弧面，第二滑动块14底面固定的第二滑板16与第二座板15内凹弧面接触连接，形成纵向滑动副，第二座板15为支座本体1的纵向座板，转动摩擦副用于为支座提供角度转动功能，横向摩擦副和纵向摩擦副分别提供横桥向滑动和纵桥向滑动功能。

进一步地，如图1-图7所示，视觉感知传感器5包括感知基体和感知探头51，该感知探头设置于感知基体的底部中间位置，支座本体1包括第二滑动块14，视觉感知传感器5设置于第二滑动块14的底部滑动方向的两侧，具体地，视觉感知传感器5设置于可拆卸封装板6上，并通过锚固螺栓61连接在第二滑动块14的侧面。进一步地，支座本体1包括第一座板11、第二座板15，第一座板11底部为凹曲面111，第二座板15顶部为凹曲面151，其上沿着滑动方向设置有标识线条码152，且单条标识线条码152长度沿着滑动方向逐渐变长，优选地，相邻两条标识线条码152的间距为0.5mm。

进一步地，如图1-图3所示，所述应变传感器2包括端部连接块21和拉压应变杆22，其中，端部连接块21固定于第一滑动块13侧面，两者接触部位应保证为平面，该平面尺寸控制为端部连接块21横截面尺寸的1.1至1.2倍，控制该平面粗糙度不大于Ra1.6，拉压应变杆22为弹性变形杆件，在横向滑动摩擦副、转动摩擦副和纵向滑动摩擦副运动过程中，第一滑动块13发生应变，拉压应变杆22受两端的端部连接块21，从而传递的拉力或压力，达到检测的目的，优选地，每个拉压应变杆22和固定在两端的端部连接块21形成一组应变传感器2，多组应变传感器2对称布置在第一滑动块13的侧面，当第一滑动块13侧面俯视为方形时，应变传感器2分别布置在两组对立面的中心，共布置四组，在此命名四组应变传感器2分别为对向布置的A1、A4，以及对向布置的A2、A3，当第一滑动块13向应变传感器A1方向滑动时，应变传感器A4测得的竖向力值大于实际竖向力，应变传感器A1测得的竖向力值小于实际竖向力，通过将数据传入动态采集仪3，然后将应变传感器A1与应变传感器A4取平均值，可降低水平向、竖向转动带来的测力误差，解决了对桥梁支座测力时传感器容易产生误差的问题。

进一步地，所述应变传感器2还包括护罩，端部连接块21与第一滑动块13采用螺栓连接或粘接，所述护罩笼罩于应变传感器2上，固定在第一滑动块13侧面，用于阻绝外界灰尘、雨水入侵，提供相对封闭的工作环境，保障应变传感器2稳定运行。

如图1-图8所示，按照本发明的另一个方面，本发明提供一种测力与位移型摩擦摆支座的传感器更换方法，具体包括：

S100，监测数据核查；

具体地，通过对比拟核查的应变传感器2采集数据与其他应变传感器2的监测数值的变量值，若变量值偏差大于10％，或者拟核查的应变传感器2采集数据与该传感器之前采集的数据偏差大于10％时，则需要对该应变传感器2进行更换，对比支座同季度累计位移数据，若变量值偏差大于10％，则需要对该视觉感知传感器5拆下校准；

S200，拆除变量值偏差超标的传感器；

具体地，卸下应变传感器2的护罩，当拆应变传感器2时，先卸下应变传感器2的护罩，记录每组应变传感器2承受的应变值，然后拆除应变传感器端部连接块21与第一滑动块13的连接螺栓，取下拉压应变杆22和端部连接块21，当拆除视觉感知传感器5时，卸下锚固螺栓61，取下可拆卸封装板6，即可取出视觉感知传感器5；

S300，对拆除的传感器进行标定：

具体地，标定应变传感器2时，通过标定器对传感器进行n个点的测试，验证力值与应变是否呈线性关系，标定视觉感知传感器5时，读取标准标识线条码112，核查是否存在偏差，若存在偏差，则需更换视觉感知传感器5，并进行传感器标定，若未存在偏差，则无需更换视觉感知传感器5；

S400，安装传感器；

具体地，根据S200记录的每组记录值，通过辅助工具将标定完成的应变传感器2拉伸或压缩至其他应变传感器2的应变值，将该应变传感器2安装在第一滑动块13侧面已拆除的旧传感器位置，并安装标定后的视觉感知传感器5；

S500，连接采集仪；

具体地，将护罩固定在应变传感器2上，完成应变传感器2安装，将可拆卸封装板6安装在第二滑动块14，上完成视觉感知传感器5安装，应变传感器2开始采集支座的竖向力值和累计位移，并计算得出累计纵向位移L_z和累计横向位移L_h，计算方法如下：

使用视觉感知传感器5通过读取中部的标识线条码152，识别第二滑动块14对于第二座板15的绝对位移为A₁、A₂……A_i……A_n，计算第二滑动块14的纵向滑动位移A_z为：

A_z＝|A₁-A₂|+|A₂-A₃|……|A_i-A_i+1|+……|A_n-1-A_n|；

i为1至n中的一项，计算支座本体1在第二座板15滑动方向的累计纵向位移L_z为：

所述累计横向位移L_h计算方法为：

R_z为凹曲面的曲率半径，R_z1为支座本体在第二座板15滑动方向的等效曲率半径，第一滑动块13对于第一座板11的绝对位移为B₁、B₂……B_i……B_n，则第一滑动块的13横向滑动位移A_h为：

B＝|B₁-B₂|+|B₂-B₃|……|B_i-B_i+1|+……|B_n-1-B_n|；

i为1至n中的一项，计算支座本体1在第一座板11滑动方向的累计横向位移L_h为：

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种测力与位移型摩擦摆支座，其特征在于，包括：

支座本体(1)、应变传感器(2)、视觉感知传感器(5)、动态采集仪(3)和传输线(4)，用于采集竖向力值的所述应变传感器(2)布置于所述支座本体(1)的侧面，所述传输线(4)连通所述应变传感器(2)和所述动态采集仪(3)；所述应变传感器(2)包括端部连接块(21)和拉压应变杆(22)，所述支座本体(1)包括第一滑动块(13)，所述端部连接块(21)固定设于所述拉压应变杆(22)两端，两者形成一组所述应变传感器(2)，所述第一滑动块(13)每组对立侧面上均设置一组所述应变传感器(2)，所述端部连接块(21)固定于所述第一滑动块(13)上；所述的视觉感知传感器(5)包括感知基体以及感知探头(51)，所述的感知探头(51)设置于感知基体的底部中间位置，所述的支座本体(1)包括第二滑动块(14)，所述的视觉感知传感器(5)设置于第二滑动块(14)的底部滑动方向的两侧，所述的支座本体(1)包括第一座板(11)、第二座板(15)，所述的第一座板(11)底部为凹曲面(111)，第二座板(15)顶部为凹曲面(151)；

所述支座本体(1)包括横向滑动摩擦副、转动摩擦副和纵向滑动摩擦副，所述横向滑动摩擦副设于所述第一滑动块(13)顶部，所述转动摩擦副设于所述第一滑动块(13)底部，所述纵向滑动摩擦副设于所述第二滑动块(14)底部；所述横向滑动摩擦副包括第一座板(11)和第一滑板(12)，所述第一滑板(12)固定安装于所述第一滑动块(13)的顶面，所述第一座板(11)和所述第一滑板(12)滑动接触；所述支座本体(1)包括第三滑板(17)和第二滑动块(14)，第一滑动块(13)与所述第三滑板(17)转动接触，形成转动摩擦副，所述第三滑板(17)固定设于所述第一滑动块(13)的底面；所述纵向滑动摩擦副包括第二滑板(16)，所述第二滑板(16)固定设于第二滑动块(14)的底面，所述第二滑板(16)与所述第二座板(15)的顶面滑动接触；所述的视觉感知传感器(5)设置于可拆卸封装板(6)上，并通过锚固螺栓(61)连接在第二滑动块(14)的侧面；所述的第二座板(15)顶面的凹曲面(151)沿着滑动方向设置有一维标识线条码(152)。

2.根据权利要求1所述的一种测力与位移型摩擦摆支座，其特征在于，所述第一滑动块(13)接触所述端部连接块(21)的部位为平面，该平面尺寸为所述端部连接块(21)横截面尺寸的1.1至1.2倍。

3.根据权利要求1所述的一种测力与位移型摩擦摆支座，其特征在于，所述端部连接块(21)与所述第一滑动块(13)为螺栓连接或粘接。

4.一种测力与位移型摩擦摆支座的传感器更换方法，其特征在于，应用如权利要求1-3中任一项所述的一种测力与位移型摩擦摆支座及传感器更换方法实现，包括以下步骤：

S100，监测数据核查，通过对比拟核查的应变传感器采集数据与其他应变传感器的监测数值的变量值，若变量值偏差大于10％，或者拟核查的应变传感器采集数据与该传感器之前采集的数据偏差大于10％时，则需要对该应变传感器进行更换，对比支座同季度累计位移数据，若变量值偏差大于10％，则需要对该视觉感知传感器拆下校准；

S200，拆除变量值偏差超标的传感器，当拆应变传感器时，先卸下应变传感器的护罩，记录每组应变传感器承受的应变值，然后拆除应变传感器端部连接块与第一滑动块的连接螺栓，取下拉压应变杆和端部连接块，当拆除视觉感知传感器时，卸下锚固螺栓，取下可拆卸封装板，即可取出视觉感知传感器；

S300，对拆除的传感器进行标定，标定应变传感器时，通过标定器对应变传感器进行测试，验证力值与应变是否呈线性关系，标定视觉感知传感器时，读取视觉感知传感器的标识线条码，核查是否存在偏差，若存在偏差，则需更换视觉感知传感器，并进行传感器标定，若未存在偏差，则无需更换视觉感知传感器；

S400，安装传感器，根据S200记录的每组记录值，通过辅助工具将标定完成的应变传感器拉伸或压缩至其他应变传感器的应变值，将该应变传感器安装在第一滑动块侧面已拆除的旧传感器位置，并安装标定后的视觉感知传感器；

S500，连接采集仪，将护罩固定在应变传感器上，完成应变传感器安装，将可拆卸封装板安装在第二滑动块上，完成视觉感知传感器安装，应变传感器采集支座的竖向力值，视觉感知传感器采集支座的累计位移，并计算得出累计纵向位移L_z和累计横向位移L_h。

5.根据权利要求4所述的一种测力与位移型摩擦摆支座的传感器更换方法，所述S500包括：

所述累计纵向位移L_z的计算方法为：

使用视觉感知传感器通过读取中部的标识线条码，识别第二滑动块对于第二座板的绝对位移为A₁、A₂……A_i……A_n，计算第二滑动块的纵向滑动位移A_z为：

A_z＝|A₁-A₂|+|A₂-A₃|……|A_i-A_i+1|+……|A_n-1-A_n|；

i为1至n中的一项，计算支座本体在第二座板滑动方向的累计纵向位移L_z为：

所述累计横向位移L_h计算方法为：

R_z为凹曲面的曲率半径，R_z1为支座本体在第二座板滑动方向的等效曲率半径，第一滑动块对于第一座板的绝对位移为B₁、B₂……B_i……B_n，则第一滑动块的横向滑动位移A_h为：

A_h＝|B₁-B₂|+|B₂-B₃|……|B_i-B_i+1|+……|B_n-1-B_n|；

i为1至n中的一项，计算支座本体在第一座板滑动方向的累计横向位移L_h为：