CN207779870U - 可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫及其界面剥离监测系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫及其界面剥离监测系统，所述橡胶隔震垫包括若干层橡胶层、若干层钢板层、若干剪切型压电陶瓷驱动器、若干剪切型压电陶瓷接收器、上封板、下封板、上连接板以及下连接板；若干橡胶层和若干钢板层交替叠加构成橡胶隔震垫主体；橡胶隔震垫主体的上表面和下表面分别固定有上封板和下封板，上封板的上表面固定有上连接板，下封板的下表面固定有下连接板；至少一界面的两侧分别布设有剪切型压电陶瓷驱动器和剪切型压电陶瓷接收器。本实用新型将剪切型压电陶瓷传感器应用到橡胶隔震垫中界面的剥离监测，可对界面剥离程度的微小变化进行准确监测。

Description

可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫及其界面剥离监测系统

技术领域

本实用新型涉及橡胶隔震垫健康监测技术领域，尤其涉及可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫及其界面剥离监测系统。

背景技术

到目前为止，国内外应用于建筑结构、桥梁、设备等的隔震工程中，绝大多数采用“叠层橡胶支座”隔震技术。应用这一技术的建筑物或桥梁在我国、日本、美国等均己成功经受了地震考验。因此，它是一项较成熟的、可以广泛推广应用的隔震技术。叠层钢板和橡胶层紧密粘结，以确保钢板对橡胶的变形约束，使橡胶具有较高的竖向受压承载力和一定的抗拉能力，较大的水平变形能力和耐反复荷载疲劳的能力。橡胶隔震垫的失效和破坏很大程度上是由于橡胶和钢板的界面产生了剥离，但是目前在相关领域并没有一种行之有效的方法对此情况进行监测。

压电陶瓷(PZT)是一种能够将机械能和电能互相转换的信息功能陶瓷材料，以其特有的传感和作动功能而成为近年来在土木工程界广泛研究和应用的智能材料之一。其因具有响应快，频率范围宽，易裁剪，价格低廉等特点而在工程结构监测方面存在着巨大的应用潜力。

实用新型内容

针对橡胶隔震垫中钢板层与橡胶层的界面剥离监测领域的空白，本实用新型通过将剪切型压电陶瓷传感器嵌入橡胶隔震垫，提供了可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫及其界面剥离监测系统。

本实用新型提供的可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫，包括若干层橡胶层、若干层钢板层、若干剪切型压电陶瓷驱动器、和剪切型压电陶瓷驱动器对应的若干剪切型压电陶瓷接收器、上封板、下封板、上连接板以及下连接板；

若干橡胶层和若干钢板层交替叠加构成橡胶隔震垫主体，所述橡胶隔震垫主体的最上一层和最下一层均为橡胶层；

所述橡胶隔震垫主体的上表面和下表面分别固定有上封板和下封板，所述上封板的上表面固定有上连接板，所述下封板的下表面固定有下连接板；

至少一界面的两侧分别布设有剪切型压电陶瓷驱动器和剪切型压电陶瓷接收器，所述界面为橡胶层与钢板层间的界面或橡胶层与封板间的界面，所述封板为上封板或下封板；

所述剪切型压电陶瓷驱动器的输入端和所述剪切型压电陶瓷接收器的输出端均通过电信号传输线缆引出。

进一步的，当界面为橡胶层与钢板层间的界面时，在界面一侧的钢板层表面开设与所述剪切型压电陶瓷接收器匹配的若干对称布置的凹槽，一凹槽内置一剪切型压电陶瓷接收器；在界面另一侧的橡胶层内埋设与所述剪切型压电陶瓷接收器一一对应的剪切型压电陶瓷驱动器。

进一步的，当界面为橡胶层与封板间的界面时，在界面一侧的封板表面开设与所述剪切型压电陶瓷接收器匹配的若干对称布置的凹槽，一凹槽内置一剪切型压电陶瓷接收器；在界面另一侧的橡胶层内埋设与所述剪切型压电陶瓷接收器一一对应的剪切型压电陶瓷驱动器。

进一步的，所述剪切型压电陶瓷接收器的输出端通过电信号传输线缆引出，具体为：

在钢板层或封板表面各凹槽旁开设线缆通道，一电信号传输线缆穿过一线缆通道连接该线缆通道旁凹槽内的剪切型压电陶瓷接收器。

本实用新型提供的橡胶隔震垫界面剥离监测系统，包括橡胶隔震垫、信号发生器、信号采集器和电脑终端，其中：

所述橡胶隔震垫包括若干层橡胶层、若干层钢板层、若干剪切型压电陶瓷驱动器、和剪切型压电陶瓷驱动器对应的若干剪切型压电陶瓷接收器、上封板、下封板、上连接板以及下连接板；若干橡胶层和若干钢板层交替叠加构成橡胶隔震垫主体，所述橡胶隔震垫主体的最上一层和最下一层均为橡胶层；所述橡胶隔震垫主体的上表面和下表面分别固定有上封板和下封板，所述上封板的上表面固定有上连接板，所述下封板的下表面固定有下连接板；至少一界面的两侧分别布设有剪切型压电陶瓷驱动器和剪切型压电陶瓷接收器，所述界面为橡胶层与钢板层间的界面或橡胶层与封板间的界面，所述封板为上封板或下封板；

所述剪切型压电陶瓷驱动器的输入端通过电信号传输线缆引出并连接所述信号发生器，所述信号发生器用来产生正弦扫频激励电信号；

所述剪切型压电陶瓷接收器的输出端通过电信号传输线缆引出并连接所述信号采集器，所述信号采集器用来将接收的电信号转化为数字信号，并通过数字信号传输线缆将数字信号传输至电脑终端。

本实用新型橡胶隔震垫及橡胶隔震垫界面剥离监测系统的基本原理如下：

橡胶隔震垫中橡胶层和钢板层是通过硫化粘接，使用过程中橡胶隔震垫的界面会产生不同程度的剥离，橡胶层和钢板层的实际接触面积会随着剥离程度的增加而减小。同时，兰姆波在结构传播过程中通过实际接触面后的能量衰减程度与接触面积成反比。由此，可通过比较接收信号的能量与基准值的相对大小，即可简单高效地实现橡胶隔震垫中界面剥离程度的监测。本实用新型中，基准值指橡胶层和钢板层粘接良好情况下接收信号的能量。

更具体的，本实用新型将剪切型压电陶瓷驱动器和剪切型压电陶瓷接收器分别置于界面的两侧，通过信号发生器产生信号对剪切型压电陶瓷驱动器产生激励，剪切型压电陶瓷驱动器产生的兰姆波在界面中传播，对应的剪切型压电陶瓷接收器会接收兰姆波信号，接收信号的能量衰减程度与界面实际接触面积成反比，接触面积越大，兰姆波通过界面传播后衰减越小，即接收信号的能量越大；反之，接触面积减小，则接收信号的能量也随之降低。因此，通过监测兰姆波在界面中能量传播的衰减程度，即可间接的反映出橡胶层与钢板层间接触面积的微变化，基于此即可对界面的剥离程度进行准确地监测。

和现有技术相比，本实用新型具有如下优点和有益效果：

(1)将剪切型压电陶瓷传感器应用到橡胶隔震垫中钢板层与橡胶层的界面剥离监测，原理简单明确，简单易操作，成本低廉，且监测准确，对界面剥离程度的微小变化也能做到准确的实时监测。

(2)可实现橡胶隔震垫界面剥离状态的长期在线监测，从而及时了解橡胶隔震垫界面剥离状态，可为橡胶隔震垫的安全评价和寿命预测提供科学依据，并对减少整个系统结构的监测和运行维护成本、提高橡胶隔震垫的安全性、降低由隔震垫失效引起的安全隐患和运行风险，均将产生积极的意义。

附图说明

图1为实施例中橡胶隔震垫的剖面示意图；

图2为图1中橡胶隔震垫的局部剖面示意图，其中，图(a)为剪切型压电陶瓷驱动器在橡胶层内的分布示意图；图(b)为剪切型压电陶瓷接收器在钢板层的分布示意图；

图3为实施例中界面剥离监测系统的结构框图。

图中：1-橡胶层，2-钢板层，3a-剪切型压电陶瓷驱动器，3b-剪切型压电陶瓷接收器，4a-上封板，4b-下封板，5a-上连接板，5b-下连接板，6-螺栓，7-预留装配孔，8-线缆通道。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例和/或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

图1～2所示为本实用新型橡胶隔震垫的一种具体结构，该橡胶隔震垫包括若干层橡胶层1、若干层钢板层2、若干剪切型压电陶瓷驱动器3a、和剪切型压电陶瓷驱动器3a对应的若干剪切型压电陶瓷接收器3b、上封板4a、下封板4b、上连接板5a以及下连接板5b。所述若干橡胶层1和所述若干钢板层2交替叠加构成橡胶隔震垫主体，所述橡胶隔震垫主体的最上一层和最下一层均为橡胶层1。所述橡胶隔震垫主体的上表面和下表面分别固定有上封板4a和下封板4b，所述上封板4a的上表面固定有上连接板5a，所述下封板4b的下表面固定有下连接板5b。更具体的，上连接板5a和下连接板5b通过螺栓6分别与上封板4a和下封板4b固定连接。本实施例中，上连接板5a和下连接板5b上还开设有预留装配孔7。

本实用新型橡胶隔震垫中，至少一界面的两侧分别布设有剪切型压电陶瓷驱动器3a和剪切型压电陶瓷接收器3b，该界面可以为橡胶层1与钢板层2间的界面或橡胶层1与封板间的界面，这里封板包括上封板4a和下封板4b。更具体的，当界面为橡胶层1与钢板层2间的界面时，在界面一侧的钢板层2表面开设与所述剪切型压电陶瓷接收器3b匹配的若干对称布置的凹槽(未在附图中画出)，一凹槽内置一剪切型压电陶瓷接收器3b；在界面另一侧的橡胶层1内埋设与所述剪切型压电陶瓷接收器3b一一对应的剪切型压电陶瓷驱动器3a。当界面为橡胶层1与封板间的界面时，在界面一侧的封板表面开设与所述剪切型压电陶瓷接收器3b匹配的若干对称布置的凹槽，一凹槽内置一剪切型压电陶瓷接收器3b；在界面另一侧的橡胶层1内埋设与所述剪切型压电陶瓷接收器3b一一对应的剪切型压电陶瓷驱动器3a。所述钢板层2和所述封板上凹槽的数量及分布，根据橡胶隔震垫的尺寸及形状确定。

作为一种优选方案，本实施例中剪切型压电陶瓷驱动器3a和剪切型压电陶瓷接收器3b表面涂覆有防水绝缘层，更具体的，该防水绝缘层为环氧树脂层。

本实施例中，为方便布设电信号传输电缆，在钢板层2、封板上各凹槽旁还设有线缆通道8，用来布设连接剪切型压电陶瓷接收器3b输出端的电信号传输线缆，一电信号传输线缆穿过一线缆通道8连接一剪切型压电陶瓷接收器3b，从而将剪切型压电陶瓷接收器3b产生的电信号引出。

图3为基于上述橡胶隔震垫的橡胶隔震垫界面剥离监测系统，包括橡胶隔震垫、信号发生器、信号采集器和电脑终端，所述橡胶隔震垫中的剪切型压电陶瓷驱动器3a通过电信号传输线缆连接所述信号发生器，所述橡胶隔震垫中的剪切型压电陶瓷接收器3b通过电信号传输线缆连接所述信号采集器，所述信号采集器通过数字信号传输线缆连接所述电脑终端。本实施例中，电信号传输线缆采用BNC(Bayonet Nut Connector，卡扣配合型连接器)线缆，数字信号传输线缆采用USB线缆。

本实用新型橡胶隔震垫界面剥离监测系统中，信号发生器产生一定频段的正弦扫频激励信号，经电信号传输线缆传输到剪切型压电陶瓷驱动器3a，使其产生兰姆波。剪切型压电陶瓷驱动器3a对应的剪切型压电陶瓷接收器3b接收其通过界面后的激励信号，并将激励信号转化为电信号，经电信号传输线缆传输到信号采集器的输入端，信号采集器将接收的电信号转化为数字信号，并通过数字信号传输线缆传输至所述电脑终端，通过监测接收信号能量的衰减程度，即可间距反映橡胶隔震垫界面接触面积的微变化，从而实现橡胶隔震垫界面的剥离情况监测。

下面将提供本实用新型橡胶隔震垫界面剥离监测系统的制作过程：

(1)在钢板层2或封板的表面开设与剪切型压电陶瓷接收器3b尺寸匹配的若干对称布置凹槽，并在凹槽旁开设便于布设线缆的线缆通道8。

(2)剪切型压电陶瓷接收器3b内置于凹槽中，并使用环氧树脂胶封装剪切型压电陶瓷接收器3b，并将连接剪切型压电陶瓷接收器3b的电信号传输线缆9通过线缆通道8引出。

(3)浇筑成形橡胶层1，剪切型压电陶瓷驱动器3a浇筑于橡胶层1内，并将连接剪切型压电陶瓷驱动器3a的电信号传输线缆9引出，剪切型压电陶瓷驱动器3a位置、数量与剪切型压电陶瓷接收器3b对应。

(4)通过电信号传输线缆9连接剪切型压电陶瓷驱动器3a和信号发生器。

(5)通过电信号传输线缆9连接剪切型压电陶瓷接收器3b和信号采集器，信号采集器通过数字信号传输线缆连接电脑终端。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出任何的修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫，其特征是：

包括若干层橡胶层、若干层钢板层、若干剪切型压电陶瓷驱动器、和剪切型压电陶瓷驱动器对应的若干剪切型压电陶瓷接收器、上封板、下封板、上连接板以及下连接板；

若干橡胶层和若干钢板层交替叠加构成橡胶隔震垫主体，所述橡胶隔震垫主体的最上一层和最下一层均为橡胶层；

所述橡胶隔震垫主体的上表面和下表面分别固定有上封板和下封板，所述上封板的上表面固定有上连接板，所述下封板的下表面固定有下连接板；

至少一界面的两侧分别布设有剪切型压电陶瓷驱动器和剪切型压电陶瓷接收器，所述界面为橡胶层与钢板层间的界面或橡胶层与封板间的界面，所述封板为上封板或下封板；

所述剪切型压电陶瓷驱动器的输入端和所述剪切型压电陶瓷接收器的输出端均通过电信号传输线缆引出。

2.如权利要求1所述的可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫，其特征是：

当界面为橡胶层与钢板层间的界面时，在界面一侧的钢板层表面开设与所述剪切型压电陶瓷接收器匹配的若干对称布置的凹槽，一凹槽内置一剪切型压电陶瓷接收器；在界面另一侧的橡胶层内埋设与所述剪切型压电陶瓷接收器一一对应的剪切型压电陶瓷驱动器。

3.如权利要求1所述的可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫，其特征是：

当界面为橡胶层与封板间的界面时，在界面一侧的封板表面开设与所述剪切型压电陶瓷接收器匹配的若干对称布置的凹槽，一凹槽内置一剪切型压电陶瓷接收器；在界面另一侧的橡胶层内埋设与所述剪切型压电陶瓷接收器一一对应的剪切型压电陶瓷驱动器。

4.如权利要求2或3所述的可进行界面剥离监测的橡胶隔震垫，其特征是：

所述剪切型压电陶瓷接收器的输出端通过电信号传输线缆引出，具体为：

在钢板层或封板表面各凹槽旁开设线缆通道，一电信号传输线缆穿过一线缆通道连接该线缆通道旁凹槽内的剪切型压电陶瓷接收器。

5.橡胶隔震垫界面剥离监测系统，其特征是：

包括橡胶隔震垫、信号发生器、信号采集器和电脑终端，其中：

所述橡胶隔震垫包括若干层橡胶层、若干层钢板层、若干剪切型压电陶瓷驱动器、和剪切型压电陶瓷驱动器对应的若干剪切型压电陶瓷接收器、上封板、下封板、上连接板以及下连接板；若干橡胶层和若干钢板层交替叠加构成橡胶隔震垫主体，所述橡胶隔震垫主体的最上一层和最下一层均为橡胶层；所述橡胶隔震垫主体的上表面和下表面分别固定有上封板和下封板，所述上封板的上表面固定有上连接板，所述下封板的下表面固定有下连接板；至少一界面的两侧分别布设有剪切型压电陶瓷驱动器和剪切型压电陶瓷接收器，所述界面为橡胶层与钢板层间的界面或橡胶层与封板间的界面，所述封板为上封板或下封板；

所述剪切型压电陶瓷驱动器的输入端通过电信号传输线缆引出并连接所述信号发生器，所述信号发生器用来产生正弦扫频激励电信号；

所述剪切型压电陶瓷接收器的输出端通过电信号传输线缆引出并连接所述信号采集器，所述信号采集器用来将接收的电信号转化为数字信号，并通过数字信号传输线缆将数字信号传输至电脑终端。