CN219297960U - 带桥梁震动监测的桥梁支座 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种带桥梁震动监测的桥梁支座，包括上基板、下基板、叠层橡胶减震组件、X向震动监测组件、Y向震动监测组件、第一Z向震动监测组件、第二Z向震动监测组件以及控制器。叠层橡胶减震组件由往复交替的多层钢板与高阻尼橡胶板组成，叠层橡胶减震组件顶部第一钢板较高阻尼橡胶板宽；顶层高阻尼橡胶板内埋设有第一Z向震动监测组件，底层高阻尼橡胶板内埋设有第二Z向震动监测组件，本实用新型通过X、Y、Z三向监测，可以在加入时间轴的情况下，可以得到动态且立体的震动信息，根据上述信息可以对桥梁以及桥梁支座的进行有效且完整的监测，对提高桥梁安全有着积极的意义。

Description

带桥梁震动监测的桥梁支座

技术领域

本实用新型涉及一种桥梁支座，具体的说是一种桥梁震动监测更为准确的带桥梁震动监测的桥梁支座。

背景技术

随着社会的发展和科技进步，物流运输量的需求与日俱增，行车密度及车载重量不断增大，对桥梁、公路、铁路等的承载能力要求越来越高。由于地理环境、道路密度、技术水平等因素的影响，“桥梁”的概念不在局限于跨河与跨海的运输工程，应运而生的高架桥同样属于桥梁的范畴。桥梁的广泛应用使得物流运输更加便捷，但桥梁设计不合理或施工不合格，环境温度变化，超载荷反复作用，车辆船舶撞击，混凝土开裂腐蚀及收缩徐变等因素严重影响着桥梁的健康状况，造成桥梁事故频繁发生。

我国公路桥梁数目近80万座，铁路桥梁数目己超20万座，数目之庞大，单靠人工调查、经验排查等传统手段已无法满足现代化桥梁管理的要求。

在桥梁当中，桥梁支座是桥梁上部结构与下部结构之间传递荷载、调节形变、保证桥体安全的重要结构装置。它将桥梁上部结构的自重、车辆行人等载荷传递至桥梁下部结构的墩台和地基，桥地基的非均匀沉降造成结构受力分布改变，受力分布状态通过支座作用于桥梁上部结构。桥梁支座的损伤或者破坏会直接引起桥梁上部与下部结构的受力偏差或失衡，进而引发其他构件的损坏，缩减桥梁的寿命，直接对桥梁结构的整体安全性构成威胁。由此可知，对桥梁支座进行震动监测，可判断桥梁结构的健康状况，并且对于车辆超载、强烈地震等载荷变化的情况，可进行实时判断，监测具有目标针对性强，精度高，时效性好的优点，避免人工检测的盲区局限性，对桥梁支座的受力测量优势明显。因此，桥梁支座的震动监测对桥梁的安全管理是具备重要意义的。

目前，桥梁支座多数不具备有震动监测功能，少数具备有震动监测功能的也仅仅是有单向震动监测，即在垂直方向上，监测的是在垂直方向上的震动，并不能监测水平震动，同时，震动监测也并不能监测减震橡胶本身的在受冲击过程中的震动变化状态，即其减震性能的变化。此外，目前的震动监测组件多设置在支座的下部，而震动监测的灵敏度及精度首先取决于其原始信号的清晰度，支座本身是有减震性的，经由减震后，下部的传感器的震幅小，使得原妈信号的清晰度差，当然，使用如光纤传感器等精度更高且价格更贵的传感器是可以解决上述问题的，但会使得成本明显增加，从监测上来说，距离震动发生源越近，其得到的信号清晰度就越好。

综上所述，从功能上来说，目前的桥梁支座震动监测系统还有较大的改进空间和需要。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有桥梁支座仅有单向震动监测的不足，提供一种包括X、Y、Z三轴方向震动、震动监测的带桥梁震动监测的桥梁支座。

为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：一种带桥梁震动监测的桥梁支座，从结构组成上，包括上基板、下基板、叠层橡胶减震组件、X向震动监测组件、Y向震动监测组件、第一Z向震动监测组件、第二Z向震动监测组件以及控制器。

在上述结构组成基础上，就上述结构组成进行一步描述，桥梁支座的本体是由下对配合的上基板、下基板以及夹设在上基板与下基板间的叠层橡胶减震组件组成，叠层橡胶减震组件由往复交替的多层钢板与高阻尼橡胶板组成，钢板与高阻尼橡胶板硫化黏构为一体，叠层橡胶减震组件顶部第一钢板较高阻尼橡胶板宽，使该第一钢板四侧各宽出5-20mm，在上述叠层橡胶减震组件中，顶层及底层为高阻尼橡胶板，顶层高阻尼橡胶板与上基板硫化黏连固定，底层高阻尼橡胶板与下基板硫化黏连固定；两个X向震动监测组件沿X向相对的安装在下基板上并与第一钢板的X向的两端配合，用于检测第一钢板在X向上的水平运动；两个Y向震动监测组件沿Y向相对的安装在下基板上并与第一钢板的Y向的两端配合，用于检测第一钢板在Y向上的水平运动；顶层高阻尼橡胶板内埋设有第一Z向震动监测组件，底层高阻尼橡胶板内埋设有第二Z向震动监测组件，第一Z向震动监测组件用于监测Z向输入震动，第二Z向震动监测组件用于监测Z向减震后的输出震动，通过比较输入震动与输出震动的震动幅度及频率的变化，实现对减震性能的监测；上述的各震动监测组件均通过线缆与安装在下基板上的控制器相连，控制器用于过滤、解析上述各震动监测组件送入的监测信号。

在上述基础上，进一步的说，X向震动监测组件及Y向震动监测组件的结构相同，均由一个垂直安装在下基板上的硬结构安装板以及安装在硬结构安装板顶端并与第一钢板接触配合的监测块，监测块包括弹性橡胶块以及埋设在弹性橡胶块内的薄膜型测力传感器。

在上述基础上，进一步的说，第一Z向震动监测组件及第Z向二震动监测组件均为薄膜型测力传感器。

在上述基础上，进一步的说，控制器内设有6个用于对经由各震动监测组件采集到的模拟电信号进行硬件处理的信号调理电路，各信号调理电路与对应的震动监测组件相连，信号调理电路包括一个前级放大器、后级可调放大器、低通滤波器。

在上述基础上，进一步的说，控制器内设有对信号调理电路对应配合的6个模数转换模块，模数转换模块用于经硬件处理后的模拟信号进行数字信号转换，模数转换模块中的ADC芯片的分头率为24bit。

在上述基础上，进一步的说，控制器内还设有于各模数转换模块相连的6个数字滤波器，数字滤波器对转换得到的数字信号进行再次滤波。

在上述基础上，进一步的说，控制器内还设有与各数字滤波器相连的处理芯片以及与处理芯片相连的存储芯片。

在上述基础上，进一步的说，控制器内还设有与处理芯片相连的无线网络模块，无线网络模块为4G无线通讯模块，经由4G网络实现数据的传输。

在上述基础上，进一步的说，控制器还与一太阳能发电组件相连，该太阳能发电组件由至少一块太阳能板以及与太阳能板相连的蓄电池组成，相应的在蓄电池与太阳能板的电性连接间还设有一充放电控制电路，该充放电控制电路与控制器内的电源模块相连，经由太阳能发电组件对控制器进行供电，控制器对各震动监测组件进行供电。

在上述基础上，进一步的说，控制器内还设有用于对数字信息进行滤波的的数字滤波器。

本实用新型通过X、Y、Z三向监测，可以在加入时间轴的情况下，可以得到动态且立体的震动信息，根据上述信息可以对桥梁以及桥梁支座的进行有效且完整的监测，对提高桥梁安全有着积极的意义，同时由于Z向是有双传感器，可以得到减震前有震动信号以及减震后的震动信号，可以监测支座减震阻尼的变化。

附图说明

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明，其中：

图1是本实用新型中实施例的结构示意图。

具体实施方式

为方便对本实用新型作进一步地理解，现结合附图举出实施例，对本实用新型作一步的说明。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本说明书及其应用或使用的任何限制。

应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“竖直”、“上”、“下”、“水平”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

图1示出了一种可实现本实用新型技术构想的示例性结构，图中的支座本体为高阻尼隔震支座，其由上基板1、下基板2以及夹设在两基板1、2间的叠层橡胶减震组件3，叠层橡胶减震组件3，由反复交替粘连在一起的高阻尼橡胶板以及钢板5组成，其中，叠层橡胶减震组件3为保证其与上基板1和下基板2的连接配合，其顶层及底层均为高阻尼橡胶板，的顶层的高阻尼橡胶板6与上基板1的底面粘连固定，且在该层内安装有第一Z向震动监测组件7，底层的高阻尼橡胶板8与下基板2粘连固定，且在该层内安装有第二Z向震动监测组件9。叠层橡胶减震组件3顶部第一钢板4较高阻尼橡胶板宽，使该第一钢板4四侧各宽出10mm，利用上述宽出的空间，使得与第一钢板4四侧面配合的两X向震动监测组件10和两Y向震动监测组件11可以直接对第一钢板4的水平运动状态，由于第一钢板4仅隔了一块顶层的高阻尼橡胶板6就与上基板1相连，由于上基板1一般是与桥梁本体相连的，下基板2是与桥梁支撑柱相连的，作下基板2作为水平固定部，将上基板1作为水平活动部，水平活动部是直接与桥梁本体同步震动的，所以第一钢板4离震动源近，监测得到的信号更为清晰。在第一Z向震动监测组件7和第二Z向震动监测组件9中，其传感器为水平布置，用于监测垂直方向上的受力变化，X向震动监测组件10和Y向震动监测组件11内的传感器为垂直布置，用于监测水平方向上的受力变化。X向震动监测组件10及Y向震动监测组件11的结构相同，均由一个垂直安装在下基板2上的硬结构安装板14以及安装在硬结构安装板14顶端并与第一钢板4接触配合的监测块15，监测块15包括弹性橡胶块以及埋设在弹性橡胶块内的薄膜型测力传感器。第一Z向震动监测组件7和第二Z向震动监测组件9本身均为薄膜型测力传感器，上述的各震动监测组件中的薄膜型测力传感器均为Flexiforce系列A20薄膜传感器，该A20薄膜传感器是一种超薄柔性印刷电路，该传感器由两层聚酯薄膜(或聚酰亚胺)材料衬底构成。在每层衬底均匀涂球一层银导电材料，再均匀涂抹一层压敏油墨，使用胶粘剂将两层基材叠层在一起形成传感器。压敏油墨上端使用银色线圈标记为“感应区”，即探测受力有效区域；银导电材料从“感应区”延伸至传感器对称端的连接插针，形成线路的“银导线”，即传感器电信号传导线路，传感器通过电信号传导线路与连接线缆相连，上述连接线缆再与安装在下基板2内的控制器12相连，控制器12与一太阳能供电组件13相连，控制器12为了实现对震动的监测，其内与各震动监测组件相连的前端调理电路主要是对传感器采集的信号处理，由于对多路传感器进行感应信号采集，需对传感器进行配置，将物理信号转换为低噪易处理的电信号；模拟电信号通过第一级放大，可将微弱信号转换为易于采集板处理的电压信号；且采集板设置有可调第二级放大电路，适于不同幅值信号的采集，提高采集板的实用性；放大至幅值合适的模拟信号，需通过低通滤波电路进行降噪处理，提高信号质量。由于传感器送入的模拟信号较微弱，第一级放大电路处理不当或引入过多噪声，将增加后端信号处理难度，甚至丢失信号。针对该问题，采用AD8421仪表放大器对信号一级放大处理。仪表放大器输入方式采用差分式，提高输入信号的抗干扰能力；。高精度增益将对输入信号精准放大，易于后期信号处理，由于不同跨径桥梁的支座压应力有较大不同，特设置放大倍数可调的ADA4896-2作为第二级放大电路，便于不同幅值信号的采集工作。由于传感模拟信号在处理过程中会掺杂进噪声，放大电路对传感信号进行放大处理，同样也将噪声信号放大，放大后信号的滤波处理将很有必要性。所以采用放大器THS4143组成二阶巴特沃斯低通滤波器实现低通滤波，在低通滤波后，完成了对模拟信号的前端处理，而后控制器12内的模数转换器将模块信号转换为数字信号，其于成本和性能的综合考虑，选用AD7768-1作为模数转换器，转换成的数字信号还需要进行数字滤波，去除一些不需要的高频和低频信息，再后将需要使用的频段信息送至处理芯片进行处理分析，当然，其于成本考虑，处理芯片只作初级数据压缩打包工作，并将打包的数据通过4G网络通过讯模块发送至远端的服务器中，服务器再进行计算和分析。作为最后的分析前的数字处理步骤，数字滤波选用无迹卡尔曼滤波器(UKF)，该算法摒弃卡尔曼线性滤波的框架，采用无迹变换获解非线性系统的均值与协方差。无迹变换对统计矩阵有较高的近似精度，因此UKF的滤波效果相当于二阶EKF的滤波效果，选用上述滤波器是由于每个薄膜传感器的工艺差异、老化程度等因素的影响，传感器测量力与电导率将成非线性关系，卡尔曼滤波器对采集信号估计预测不再适用。

在控制器12进行信号处理时，是同时对各输入信号进步同步处理的，在处理后，对每个组号加上时间信息及标识信息后再进行压缩打包，在上述信号进行压缩打包过程中，由于X向震动监测组件10和Y向震动监测组件11均是各有两个，所以，进来都是成对的两组信息，且两组信息是的波形是相反的，控制器12进行处理时是以一组信号为基础，将另一组信息进行进行反向计算后，再与前组信号合并计算平均值，得到平均后的波形信号，发送时，仅发送该波形信号。

最后，需要说明的上述的电路在附图中是未给出相应的实际电路结构图的，但基于上述组成以及功能描述配合本领域的公知技术常识，是可以快速得到对应的电路连接的。

以上已经描述了本说明书的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。本申请的范围由所附权利要求来限定。

Claims (4)

1.带桥梁震动监测的桥梁支座，其特征在于：包括上基板、下基板、叠层橡胶减震组件、X向震动监测组件、Y向震动监测组件、第一Z向震动监测组件、第二Z向震动监测组件以及控制器；桥梁支座的本体是由下对配合的上基板、下基板以及夹设在上基板与下基板间的叠层橡胶减震组件组成，叠层橡胶减震组件由往复交替的多层钢板与高阻尼橡胶板组成，钢板与高阻尼橡胶板硫化黏构为一体，叠层橡胶减震组件顶部第一钢板较高阻尼橡胶板宽，使该第一钢板四侧各宽出5-20mm，在上述叠层橡胶减震组件中，顶层及底层为高阻尼橡胶板，顶层高阻尼橡胶板与上基板硫化黏连固定，底层高阻尼橡胶板与下基板硫化黏连固定；两个X向震动监测组件沿X向相对的安装在下基板上并与第一钢板的X向的两端配合，用于检测第一钢板在X向上的水平运动；两个Y向震动监测组件沿Y向相对的安装在下基板上并与第一钢板的Y向的两端配合，用于检测第一钢板在Y向上的水平运动；顶层高阻尼橡胶板内埋设有第一Z向震动监测组件，底层高阻尼橡胶板内埋设有第二Z向震动监测组件，第一Z向震动监测组件用于监测Z向输入震动，第二Z向震动监测组件用于监测Z向减震后的输出震动，通过比较输入震动与输出震动的震动幅度及频率的变化，实现对减震性能的监测；上述的各震动监测组件均通过线缆与安装在下基板上的控制器相连，控制器用于过滤、解析上述各震动监测组件送入的监测信号；X向震动监测组件及Y向震动监测组件的结构相同，均由一个垂直安装在下基板上的硬结构安装板以及安装在硬结构安装板顶端并与第一钢板接触配合的监测块，监测块包括弹性橡胶块以及埋设在弹性橡胶块内的薄膜型测力传感器。

2.如权利要求1中所述的带桥梁震动监测的桥梁支座，其特征在于：第一Z向震动监测组件及第二Z向震动监测组件均为薄膜型测力传感器。

3.如权利要求1中所述的带桥梁震动监测的桥梁支座，其特征在于：控制器内设有6个用于对经由各震动监测组件采集到的模拟电信号进行硬件处理的信号调理电路，各信号调理电路与对应的震动监测组件相连，信号调理电路包括一个前级放大器、后级可调放大器、低通滤波器；控制器内设有对信号调理电路对应配合的6个模数转换模块，模数转换模块用于经硬件处理后的模拟信号进行数字信号转换，模数转换模块中的ADC芯片的分头率为24bit；控制器内还设有于各模数转换模块相连的6个数字滤波器，数字滤波器对转换得到的数字信号进行再次滤波；控制器内还设有与各数字滤波器相连的处理芯片以及与处理芯片相连的存储芯片；控制器内还设有与处理芯片相连的无线网络模块，无线网络模块为4G无线通讯模块，经由4G网络实现数据的传输。

4.如权利要求1中所述的带桥梁震动监测的桥梁支座，其特征在于：控制器还与一太阳能发电组件相连，该太阳能发电组件由至少一块太阳能板以及与太阳能板相连的蓄电池组成，相应的在蓄电池与太阳能板的电性连接间还设有一充放电控制电路，该充放电控制电路与控制器内的电源模块相连，经由太阳能发电组件对控制器进行供电，控制器对各震动监测组件进行供电。

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