CN115627688A - 一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器 - Google Patents

一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，包括桥梁摩擦阻尼器本体和智能监测系统；所述桥梁摩擦阻尼器本体包括滑动板、摩擦板、第一连接座和第二连接座；所述智能监测系统包括数据采集模块和可视化分析模块。本发明能够通过采用线磨耗率低的摩擦材料，且在与摩擦材料对磨的钢板表面设置不锈钢板，以最大程度的降低摩擦阻尼器服役过程中摩擦材料的磨损，满足其长距离磨耗的需求；且第一连接座和第二连接座在转动范围内的两个极限位置能够满足摩擦阻尼器在不同使用需求时的转换，有效提高实用性。

Description

一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器
技术领域
本发明涉及桥梁检测技术领域，具体涉及一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器。
背景技术
大跨度桥梁结构在车辆活载、脉动风作用下，主梁梁端产生明显的纵向位移，只要桥上有车辆行驶，主梁将不间断地纵向往复振动，这种振动具有速度低、累计位移大的特点，日累计位移达数十米，年累计位移达数十公里。
摩擦阻尼器具有初始刚度高、结构构造简单，造价低廉、制作材料容易、耗能能力强，且阻尼器的性能受到结构、速度、频率影响较小等优点，对低速度的振动具有较好的控制效果，因此可采用摩擦阻尼器控制大跨度桥梁在车辆活载、脉动风作用下的梁端纵向振动。
摩擦阻尼器主要用于建筑结构减震，日常服役过程中摩擦阻尼器不运动，地震作用下外部荷载超过起滑摩擦力后，摩擦阻尼器才滑动消耗外部能量，即摩擦阻尼器服役期间的滑动位移较小。因此将常规的摩擦阻尼器用于大跨度桥梁减振，存在以下问题：
(1)常规摩擦阻尼器采用金属类摩擦材料、复合摩擦材料、聚合物类摩擦材料等，摩擦材料本身的耐磨性能较差；与摩擦材料对磨的钢板通常喷丸处理，以增大表面粗糙度，这进一步加快了摩擦材料的磨损，因此常规摩擦阻尼器难以满足大跨度桥梁长距离磨耗的需求。
(2)常规摩擦阻尼器服役期间，由于摩擦材料的氧化、磨耗、锈蚀等原因，其工作性能无法准确评估，给结构的安全和耐久带来较大的不确定性。
发明内容
针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器。
为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：
一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，包括桥梁摩擦阻尼器本体和智能监测系统；
所述桥梁摩擦阻尼器本体包括滑动板、摩擦板、第一连接座和第二连接座；所述滑动板和摩擦板分别在相互接触面设置不锈钢镜面和摩擦片形成摩擦副；所述滑动板的连接端通过第一耳板与第一连接座连接，所述摩擦板的连接端通过第二耳板与第二连接座连接；
所述智能监测系统包括数据采集模块和可视化分析模块；
所述数据采集模块包括用于实时监测施加在滑动板和摩擦板上的预紧力的预紧力传感器组件、用于实时监测桥梁摩擦阻尼器的摩擦力的荷载传感器组件、以及用于实时监测摩擦板和第一耳板的相对轴向位移的位移传感器组件；
所述可视化分析模块用于根据采集的预紧力、摩擦力和位移数据实时显示阻尼器运行动态，并通过数据处理和分析功能按照合理状态标准对其运行状态进行标定和分级，并实时反馈与合理状态的误差及调整值。
进一步地，所述摩擦板包括间隔设置的第一摩擦板、第二摩擦板和第三摩擦板，其中第一摩擦板与第二摩擦板的相对表面、第二摩擦板与第三摩擦板的相对表面均等间距设置有多个圆形卡槽，各个圆形卡槽中均填充有摩擦片，所述摩擦片的厚度大于所述圆形卡槽的深度。
进一步地，所述摩擦片与圆形卡槽之间为可拆卸式的匹配装卡结构。
进一步地，所述摩擦片为耐磨的复合材料，为高性能聚四氟乙烯类材料或聚酰亚胺类材料或热塑性聚酯基复合材料或酚醛树脂基复合材料中任意一种。
进一步地，所述滑动板包括设置在第一摩擦板与第二摩擦板之间的第一滑动板、设置在第二摩擦板与第三摩擦板之间的第二滑动板，所述第一滑动板与第一摩擦板和第二摩擦板的相互接触面设置不锈钢镜面，所述第二滑动板与第二摩擦板与第三摩擦板的相互接触面设置不锈钢镜面。
进一步地，所述摩擦板包括多个阵列设置的预紧螺栓，多个阵列设置的预紧螺栓分别依次贯穿所述第一摩擦板、第一滑动板、第二摩擦板、第二滑动板和第三摩擦板，所述预紧螺栓的杆部和所述第三摩擦板之间设置有第一缓冲弹簧且通过第一弹簧压板固定，所述预紧螺栓的头部和所述第一摩擦板之间设置有第二缓冲弹簧且所述预紧螺栓的头部和所述第二缓冲弹簧之间设置有第二弹簧压板，所述第二弹簧压板之间设置有预紧力传感器。
进一步地，所述摩擦板的上、下两侧分别设置有导向板，所述导向板上均设置螺栓孔，通过螺栓穿过所述第二摩擦板上上下贯穿的螺纹孔进行固定。
进一步地，所述位移传感器组件包括：
位移传感器主体；
伸缩杆顶座，所述伸缩杆顶座固定于所述顶部导向板上；
伸缩杆底座，所述伸缩杆底座固定于所述耳板上且所述位移传感器主体设置于所述伸缩杆底座上，在所述位移传感器主体上还设置有位移采集接口；
伸缩杆，所述伸缩杆一端固定于所述伸缩杆顶座，另一端固定于所述伸缩杆底座。
进一步地，所述第一耳板与滑动板端部通过销轴进行连接，所述第二耳板与摩擦板端部通过销轴进行连接；所述第一耳板与第一底座之间通过测力轴连接，所述第二耳板与第二底座之间通过测力轴连接，所述第一底座、第二底座分别与桥梁结构中的桥塔、主梁进行固结。
本发明具有以下有益效果：
本发明能够通过采用线磨耗率低的摩擦材料，且在与摩擦材料对磨的钢板表面设置不锈钢板，以最大程度的降低摩擦阻尼器服役过程中摩擦材料的磨损，满足其长距离磨耗的需求；且第一连接座和第二连接座在转动范围内的两个极限位置能够满足摩擦阻尼器在不同使用需求时的转换，有效提高实用性。
附图说明
图1为本发明的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器的结构示意图；
图2为本发明桥梁摩擦阻尼器本体的主视图；
图3为图2中A-A的剖视图；
图4为本发明桥梁摩擦阻尼器的俯视图；
图5为本发明实施例中滑动板结构示意图；
图6为本发明实施例中摩擦板示意图；
图7为本发明实施例中预紧力传感器结构示意图。
附图标记说明
1-第一耳板；2-滑动板；2a-第一滑动板；2b-第二滑动板；3-摩擦板；3a- 第一摩擦板；3b-第二摩擦板；3c-第三摩擦板；4-导向板；5-预紧螺栓；6a-第一弹簧压板；6b-第二弹簧压板；7a-第一缓冲弹簧；7b-第二缓冲弹簧；8-摩擦片；9-预紧力传感器；10-测力销轴；11-位移传感器组件；121-第一连接座； 122-第二连接座；21-滑动板主体；22-不锈钢镜面；23-滑动长孔；24-销轴连接孔；31-固定板主体；32-圆形卡槽；33-预紧螺栓孔，34-销轴连接孔；35-螺孔；111-位移传感器主体，112-伸缩杆，113-伸缩杆顶座，114-位移采集接口，115-伸缩杆底座。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。
参考图1至图7所示，本发明实施例一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，包括桥梁摩擦阻尼器本体和智能监测系统；
所述桥梁摩擦阻尼器本体包括滑动板2、摩擦板3、第一连接座121和第二连接座122；所述滑动板2和摩擦板3分别在相互接触面设置不锈钢镜面22和摩擦片8形成摩擦副；所述滑动板2的连接端通过第一耳板1与第一连接座121 连接，所述摩擦板3的连接端通过第二耳板与第二连接座122连接；
所述智能监测系统包括数据采集模块和可视化分析模块；
所述数据采集模块包括用于实时监测施加在滑动板2和摩擦板3上的预紧力的预紧力传感器组件、用于实时监测桥梁摩擦阻尼器的摩擦力的荷载传感器组件、以及用于实时监测摩擦板和第一耳板1的相对轴向位移的位移传感器组件；
所述可视化分析模块用于根据采集的预紧力、摩擦力和位移数据实时显示阻尼器运行动态，并通过数据处理和分析功能按照合理状态标准对其运行状态进行标定和分级，并实时反馈与合理状态的误差及调整值。
在本发明的一个可选实施例中，所述摩擦板3包括间隔设置的第一摩擦板 3a、第二摩擦板3b和第三摩擦板3c，其中第一摩擦板3a与第二摩擦板3b的相对表面、第二摩擦板3b与第三摩擦板3c的相对表面均等间距设置有多个圆形卡槽32，各个圆形卡槽32中均填充有摩擦片8，所述摩擦片8的厚度大于所述圆形卡槽32的深度。
所述摩擦片8在长期使用中会存在磨损消耗，因此本发明将摩擦片8与圆形卡槽32之间采用可拆卸式的匹配装卡结构，方便在设备维护时对摩擦片8进行拆卸替换。
所述摩擦片8为耐磨的复合材料，除此之外，还需要摩擦材料8线磨耗率低，无润滑条件下，其线磨耗率≤30μm/km，摩擦系数稳定，可满足长距离磨耗的需求。基于此，所述耐磨的复合如材料为高性能聚四氟乙烯类材料或聚酰亚胺类材料或热塑性聚酯基复合材料或酚醛树脂基复合材料中任意一种。
本发明能够通过采用线磨耗率低的摩擦片8，且在与摩擦片8对面的滑动板 2表面设置不锈钢镜面22，以最大程度的降低摩擦阻尼器服役过程中摩擦片8 的磨损，满足其长距离磨耗的需求；且第一连接座121和第二连接座122在转动范围内的两个极限位置能够满足摩擦阻尼器在不同使用需求时的转换，有效提高实用性。
在本发明的一个可选实施例中，所述滑动板2包括设置在第一摩擦板3a与第二摩擦板3b之间的第一滑动板2a、设置在第二摩擦板3b与第三摩擦板3c之间的第二滑动板2b，所述第一滑动板2a与第一摩擦板3a和第二摩擦板3b的相互接触面设置不锈钢镜面22，所述第二滑动板2b与第二摩擦板3b与第三摩擦板3c的相互接触面设置不锈钢镜面22。
当然，摩擦板3和滑动板2的数量及仅仅是本发明提供的一组实施例，本领域技术人员可结合实际情况和本发明具体设置摩擦板3和滑动板2的数量和设置形式，但需要说明的是，摩擦板3的数量比滑动板2的数量多1，即当摩擦板3为n时，滑动板2为n-1。
在本发明的一个可选实施例中，所述摩擦板3包括多个阵列设置的预紧螺栓，多个阵列设置的预紧螺栓分别依次贯穿所述第一摩擦板3a、第一滑动板2a、第二摩擦板3b、第二滑动板2b和第三摩擦板3c，所述预紧螺栓5的杆部和所述第三摩擦板3c之间设置有第一缓冲弹簧7a且通过第一弹簧压板6a固定，所述预紧螺栓5的头部和所述第一摩擦板3a之间设置有第二缓冲弹簧7b且所述预紧螺栓5的头部和所述第二缓冲弹簧7b之间设置有第二弹簧压板6b，所述第二弹簧压板6b之间设置有预紧力传感器9。
这里，本发明的缓冲弹簧可以为碟形弹簧、螺旋弹簧、橡胶弹性体等，缓冲弹簧具备较好的变形能力，以防止摩擦材料磨损导致的预紧力发生突变。在预紧螺栓5的头部和所述第二弹簧压板6b之间还设置有预紧力传感器9。这样，操作人员可以通过拧紧螺母施加预紧力，预紧力传感器9可监测预紧力的变化情况。
在本发明的一个可选实施例中，所述摩擦板3的上、下两侧分别设置有导向板4，所述导向板4上均设置螺栓孔，通过螺栓穿过所述第二摩擦板3b上上下贯穿的螺纹孔进行固定。螺栓拧紧后导向板4可夹紧摩擦板3的上、下侧，可防止摩擦板3和滑动板2之间相对转动。
如图2所示预紧螺栓5施加预紧力后，所述摩擦片8与滑动板2上的不锈钢镜面22紧密贴合，形成4组摩擦副，摩擦副滑动后可消耗外部能量。
在本发明的一个可选实施例中，所述位移传感器组件11包括：
位移传感器主体111；
伸缩杆顶座113，所述伸缩杆顶座113固定于所述顶部导向板4a上；
伸缩杆底座115，所述伸缩杆底座115固定于所述耳板1上且所述位移传感器主体111设置于所述伸缩杆底座115上，在所述位移传感器主体111上还设置有位移采集接口114；
伸缩杆112，所述伸缩杆112一端固定于所述伸缩杆顶座113，另一端固定于所述伸缩杆底座115。
在本发明的一个可选实施例中，所述第一耳板1与滑动板2端部通过销轴进行连接，所述第二耳板与摩擦板3端部通过销轴进行连接；所述第一耳板1 与第一连接座121之间通过测力轴连接，所述第二耳板与第二底座之间通过测力轴10连接，所述第一连接座121、第一连接座122分别与桥梁结构中的桥塔、主梁进行固结。
本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，包括桥梁摩擦阻尼器本体和智能监测系统；
所述桥梁摩擦阻尼器本体包括滑动板、摩擦板、第一连接座和第二连接座；所述滑动板和摩擦板分别在相互接触面设置不锈钢镜面和摩擦片形成摩擦副；所述滑动板的连接端通过第一耳板与第一连接座连接，所述摩擦板的连接端通过第二耳板与第二连接座连接；
所述智能监测系统包括数据采集模块和可视化分析模块；
所述数据采集模块包括用于实时监测施加在滑动板和摩擦板上的预紧力的预紧力传感器组件、用于实时监测桥梁摩擦阻尼器的摩擦力的荷载传感器组件、以及用于实时监测摩擦板和第一耳板的相对轴向位移的位移传感器组件；
所述可视化分析模块用于根据采集的预紧力、摩擦力和位移数据实时显示阻尼器运行动态，并通过数据处理和分析功能按照合理状态标准对其运行状态进行标定和分级，并实时反馈与合理状态的误差及调整值。
2.根据权利要求1所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦板包括间隔设置的第一摩擦板、第二摩擦板和第三摩擦板，其中第一摩擦板与第二摩擦板的相对表面、第二摩擦板与第三摩擦板的相对表面均等间距设置有多个圆形卡槽，各个圆形卡槽中均填充有摩擦片，所述摩擦片的厚度大于所述圆形卡槽的深度。
3.根据权利要求2所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦片与圆形卡槽之间为可拆卸式的匹配装卡结构。
4.根据权利要求3所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦片为耐磨的复合材料，为高性能聚四氟乙烯类材料或聚酰亚胺类材料或热塑性聚酯基复合材料或酚醛树脂基复合材料中任意一种。
5.根据权利要求4所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述滑动板包括设置在第一摩擦板与第二摩擦板之间的第一滑动板、设置在第二摩擦板与第三摩擦板之间的第二滑动板，所述第一滑动板与第一摩擦板和第二摩擦板的相互接触面设置不锈钢镜面，所述第二滑动板与第二摩擦板与第三摩擦板的相互接触面设置不锈钢镜面。
6.根据权利要求5所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦板包括多个阵列设置的预紧螺栓，多个阵列设置的预紧螺栓分别依次贯穿所述第一摩擦板、第一滑动板、第二摩擦板、第二滑动板和第三摩擦板，所述预紧螺栓的杆部和所述第三摩擦板之间设置有第一缓冲弹簧且通过第一弹簧压板固定，所述预紧螺栓的头部和所述第一摩擦板之间设置有第二缓冲弹簧且所述预紧螺栓的头部和所述第二缓冲弹簧之间设置有第二弹簧压板，所述第二弹簧压板之间设置有预紧力传感器。
7.根据权利要求6所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述摩擦板的上、下两侧分别设置有导向板，所述导向板上均设置螺栓孔，通过螺栓穿过所述第二摩擦板上上下贯穿的螺纹孔进行固定。
8.根据权利要求7所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述位移传感器组件包括：
位移传感器主体；
伸缩杆顶座，所述伸缩杆顶座固定于所述顶部导向板上；
伸缩杆底座，所述伸缩杆底座固定于所述耳板上且所述位移传感器主体设置于所述伸缩杆底座上，在所述位移传感器主体上还设置有位移采集接口；
伸缩杆，所述伸缩杆一端固定于所述伸缩杆顶座，另一端固定于所述伸缩杆底座。
9.根据权利要求8所述的一种智能监测型桥梁摩擦阻尼器，其特征在于，所述第一耳板与滑动板端部通过销轴进行连接，所述第二耳板与摩擦板端部通过销轴进行连接；所述第一耳板与第一底座之间通过测力轴连接，所述第二耳板与第二底座之间通过测力轴连接，所述第一底座、第二底座分别与桥梁结构中的桥塔、主梁进行固结。
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