CN107941398B - 监测支座及智能监测*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种监测支座及智能监测***，涉及结构健康监测的技术领域。本发明提供的监测支座包括：支座盆环、测力板和竖向荷载传感元件，测力板由弹性材料制成，且设于支座盆环内；支座盆环的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件，辅助构件贯穿支座盆环的侧壁，竖向荷载传感元件设于辅助构件的位于支座盆环内的一端，且与测力板的侧壁接触。本发明提供的监测支座避免了竖向荷载传感元件长期处于恶劣的应力状态下，延长了竖向荷载传感元件的使用寿命，且竖向荷载传感元件独立于支座的主体结构，解决了桥梁支座传感元件维护和更换的技术问题，实现了桥梁支座的长期监测。

Description

监测支座及智能监测***

技术领域

本发明涉及结构健康监测装置技术领域，尤其是涉及一种监测支座及智能监测***。

背景技术

桥梁支座是连接桥梁上、下部结构的关键受力构件和传力装置，上部结构的荷载通过支座传给下部结构和基础。通过支座反力的监测，可分析各种荷载因素对桥梁结构内力的影响及其变化规律，达到对桥梁使用安全做出预测和评估的目的。

现有的测力支座有多种技术方案，但都存在一定的局限性。

油压测力支座是在支座橡胶板内部设置油腔，通过油表测读油压计算支座的竖向荷载。这种测力支座的优点在于具有一定的调高特性，可以用来消除桥梁支座的不均匀沉降；但是这种测力支座内部结构复杂，充油之后改变了测力支座的内部结构，时间久了还存在漏油等问题，可持续性差，可更换性差。粘贴式的应力应变传感测力支座的优点在于结构简单、成本低廉，缺点在于智能监测***稳定性差，容易受干扰，且内置于结构内部的传感器长期处于复杂而恶劣的应力环境下，很容易失效；一旦失效将很难更换。

现有技术中的测力桥梁支座中的传感元件固定设于支座结构内部，一方面可能影响支座的性能；另一方面，传感器内置的测力方案中传感器长期处于恶劣的应力环境下，传感器很容易失效；第三，不方便对传感元件进行维护；第四，当传感元件损坏时，不方便对传感元件进行更换。

发明内容

本发明的目的在于提供一种监测支座，能够实现水平和竖向荷载的监测。设计科学的荷载监测方案避免传感器长期处于恶劣的应力状态下，延长传感器的使用寿命；解决现有技术中桥梁支座不方便对传感元件进行维护和更换的技术问题，实现桥梁支座的长期、有效监测。

本发明提供的监测支座包括：支座盆环、测力板和竖向荷载传感元件，所述测力板由弹性材料制成，且设于所述支座盆环内；

所述支座盆环的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件，所述辅助构件贯穿所述支座盆环的侧壁，所述竖向荷载传感元件设于所述辅助构件的位于所述支座盆环内的一端，且与所述测力板的侧壁接触。

进一步地，所述监测支座还包括支座顶板，所述支座顶板设于所述支座盆环的上方，所述支座顶板的下端面设有支座上环壁；所述支座上环壁上连接有可拆卸的辅助构件，所述辅助构件贯穿所述支座上环壁与所述支座盆环接触，所述辅助构件的与所述支座盆环接触的一端内设有水平荷载传感元件；

所述支座顶板受到水平荷载时，所述支座顶板相对所述支座盆环运动，所述支座盆环会受到所述支座上环壁的水平顶推力产生变形。

进一步地，所述辅助构件的位于所述监测支座内部的一端设有保护结构。

进一步地，所述辅助构件呈杆状，所述辅助构件的位于所述支座盆环内的一端设有安装槽，所述安装槽的开口处安装有防护盖板。

进一步地，所述辅助构件上设有通孔，所述通孔的轴线方向与所述辅助构件的长度方向相同。

进一步地，所述辅助构件呈杆状，所述辅助构件与所述支座盆环、所述辅助构件与所述支座上环壁均螺纹连接。

进一步地，所述竖向荷载传感元件的中心与所述测力板的中心层位于同一平面。

进一步地，所述辅助构件的数量为多个，多个所述辅助构件沿所述支座盆环的周向均匀分布，每个所述辅助构件上均设有所述竖向荷载传感元件。

进一步地，所述辅助构件的数量为多个，多个所述辅助构件沿所述支座上环壁的周向均匀分布，每个所述辅助构件上均设有所述水平荷载传感元件。

本发明提供的监测支座包括：支座盆环、测力板和竖向荷载传感元件，测力板由弹性材料制成，且设于支座盆环内；支座盆环的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件，辅助构件贯穿支座盆环的侧壁，竖向荷载传感元件设于辅助构件的位于支座盆环内的一端，且与测力板的侧壁接触。本发明提供的监测支座中的竖向荷载传感元件通过辅助构件与支座盆环可拆卸连接，当竖向荷载传感元件失效后，可将辅助构件拆卸下对竖向荷载传感元件进行更换。

本发明的提供监测支座避免了竖向荷载传感元件长期处于恶劣的应力状态下，延长了竖向荷载传感元件的使用寿命，且竖向荷载传感元件独立于支座的主体结构，解决了竖向荷载传感元件维护和更换的技术问题，实现了监测支座的长期监测。

本发明的另一目的在于提供一种智能监测***。

本发明提供的智能监测***包括上述技术方案所述的监测支座。

所述的智能监测***与上述的监测支座相对于现有技术所具有的优势相同，在此不再赘述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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。

图1为本发明实施例提供的监测支座的内部结构示意图；

图2为本发明实施例提供的监测支座中辅助构件的内部结构示意图；

图3为本发明实施例提供的监测支座中支座上环壁上的辅助构件的分布示意图。

图标：100－支座盆环；110－支座底板；200－测力板；300－竖向荷载传感元件；400－辅助构件；410－防护盖板；420－绝缘环套；430－压电材料；440－信号输出导线；450－插拔式保护塞；500－支座上环壁；510－支座顶板；511－不锈钢板滑动面；512－聚四氟乙烯滑动面；600－水平荷载传感元件。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例一

图1为本发明实施例提供的监测支座的内部结构示意图，如图1所示，本发明实施例提供的监测支座包括：支座盆环100、测力板200和竖向荷载传感元件300，测力板200由弹性材料制成，且设于支座盆环100内；

支座盆环100的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件400，辅助构件400贯穿支座盆环100的侧壁，竖向荷载传感元件300设于辅助构件400的位于支座盆环100内的一端，且与测力板200的侧壁接触。

支座盆环100的下端设有支座底板110，支座盆环100与支座底板110固定连接；测力板200可由橡胶或其他高分子弹性材料制成，在本实施例中，测力板200由橡胶材料制成，测力板200设于支座盆环100的底部，测力板200的下端面与支座底板110的上端面接触，测力板200的侧壁与支座盆环100的内壁接触；竖向荷载传感元件300连接于辅助构件400的一端面，辅助构件400与支座盆环100连接，使竖向荷载传感元件300与测力板200的侧壁接触；竖向荷载传感元件300通过线缆与监测支座外部的测试仪表连接。

测量前，通过试验标定，确定竖向荷载与竖向荷载传感元件300读数之间的关系；当测力板200受到竖向荷载时，测力板200水平方向产生变形，竖向荷载传感元件300可感知测力板200受挤压变形的压应力，根据竖向荷载与竖向荷载传感元件300读数之间的关系，监测到监测支座所受的竖向荷载。

竖向荷载传感元件300可为光纤光栅压力传感器、压电式应力传感器、电阻式应力传感器等。

监测支座还包括支座顶板510，支座顶板510设于支座盆环100的上方，支座顶板510的下端面设有支座上环壁500；支座上环壁500上连接有可拆卸的辅助构件400，辅助构件400贯穿支座上环壁500与支座盆环100接触，辅助构件400的与支座盆环100接触的一端内设有水平荷载传感元件600；

支座顶板510受到水平荷载时，支座顶板510相对支座盆环100运动，支座盆环100会受到支座上环壁500的水平顶推力产生变形。

如图1所示，支座盆环100侧壁的上端设有第一凸起，支座顶板510的下端面设有支座上环壁500，支座上环壁500的下端面位于第一凸起下端面的下方，支座上环壁500的与支座盆环100相对的侧面上设有第二凸起，第二凸起的上端面位于第一凸起下端面的下方，第二凸起的竖直侧面位于第一凸起竖直侧面靠近支座盆环100的一侧；

辅助构件400贯穿支座上环壁500，辅助构件400的长度方向与支座上环壁500的轴线方向垂直，水平荷载传感元件600连接于辅助构件400的与支座盆环100相对的端面上，并与支座盆环100接触。

测力板200的上侧依次设有第一中间板和第二中间板，第一中间板的下端面与测力板200接触，第一中间板的上端面设有向靠近测力板200方向凹陷的凹面，第二中间板的上端面与支座顶板510滑动连接，第二中间板的下端面设有向靠近测力板200方向凸出的凸面，第二中间板的凸面与第一中间板的凹面滑动配合，第一中间板与第二中间板之间设有聚四氟乙烯滑动面512；支座顶板510的下端面设有不锈钢板滑动面511，第二中间板的上端面设有聚四氟乙烯滑动面512。

测量前，通过试验标定，确定水平荷载与水平荷载传感元件600读数之间的关系；

当监测支座受到水平方向的荷载时，支座顶板510通过不锈钢板滑动面511与聚四氟乙烯滑动面512的承压面发生水平移动，水平荷载传感元件600能感知支座盆环100受到支座顶板510的水平顶推力。根据确定的水平荷载与水平荷载传感元件600读数之间的关系，监测到监测支座所受的水平荷载。

进一步地，在一些实施例中，竖向荷载传感元件300与水平荷载传感元件600选用相同的传感元件。

本发明实施例提供的监测支座实现了用一种传感元件监测水平荷载和竖向荷载，从而降低了桥梁监测***的集成难度；此外，辅助构件400避免了水平荷载传感元件600长期处于恶劣的应力状态下，延长了水平荷载传感元件600的使用寿命，且水平荷载传感元件600独立于支座的主体结构，解决了水平荷载传感元件600维护和更换的技术问题，实现了监测支座的长期监测。

依据传感器测试项目的初始读数以及施加试验荷载后对应的传感器测试项目的读数进行标定。标定步骤如下：

(1)将监测支座组装完毕，置于试验机上，监测支座中心与试验机中心位置对准，加载至设计承载力的1％后，核对测力传感器的受力，确认无误后进行预压。

(2)将监测支座竖向设计承载力以连续均匀的速度加载、反复3次。

(3)将试验荷载由零均匀分为10级(划分等级数越多，测试荷载与测力传感器读数之间的关系越精准)；以设计承载力的1％作为初始荷载，然后逐级加载，每级荷载稳定2分钟后记录试验机荷载和测力传感器荷载，直至试验极限荷载，稳定3分钟后卸载，加载过程连续进行3次。

(4)测力传感器荷载取每一级3次传感器读数的算术平均值，绘制传感器荷载-试验机荷载的曲线，确定试验机荷载与传感器荷载的关系。

监测支座在实际使用中，实时获取测力传感器的读数，标定的传感器读数与支座承受荷载关系集成到智能监测***中，便可以在实际监测和监测过程中直接识别支座承受的荷载。

进一步地，辅助构件400的位于所述监测支座内部的一端设有保护结构。

进一步地，辅助构件400呈杆状，辅助构件400的位于支座盆环100内的一端设有安装槽，安装槽的开口处安装有防护盖板410。

具体的，安装槽设于辅助构件400的图2所示的右端面，安装槽呈圆柱形，如图2所示，安装槽内设有绝缘环套420，绝缘环套420内填充有压电材料430，压电材料430内设有电极，电极通过信号输出导线440与插口连接，插口设于辅助构件400的位于支座盆环100外部的一端，插口内设有插拔式保护塞450。压电材料430可以是压电陶瓷、压电薄膜、大应变单晶压电材料或者设计性强的压电复合材料。测量过程中，压电材料430利用压电效应进行测量，压电材料430与电极构成竖向荷载传感元件300或水平荷载传感元件600。

将竖向荷载传感元件300和水平荷载传感元件600安装于对应的辅助构件400上的安装槽内，外侧设有防护盖板410，与外部环境相隔绝，具有很高的化学稳定性；传感元件的信号传输完全固化在辅助构件400内部，具有较强的防扰动特性。

进一步地，辅助构件400上设有通孔，通孔的轴线方向与辅助构件400的长度方向相同。

具体的，辅助构件400呈杆状，辅助构件400上设有通孔，通孔的轴线与辅助构件400的轴线平行，竖向荷载传感元件300连接于辅助构件400的一端，连接竖向荷载传感元件300和测试仪表的信号输出导线440穿过通孔伸出监测支座。

连接竖向荷载传感元件300和测试仪表的信号输出导线440通过辅助构件400上的通孔伸出监测支座，辅助构件400对信号输出导线440起到保护作用，降低了信号在传输过程中受到的干扰和线路的损坏。

辅助构件400与支座盆环100和支座上环壁500可通过卡接或螺纹连接的方式连接，在本实施例中，辅助构件400呈杆状，辅助构件400与支座盆环100、辅助构件400与支座上环壁500均螺纹连接。

辅助构件400的外壁上设有外螺纹，支座盆环100的侧壁上和支座上环壁500的侧壁上均设有与辅助构件400配合的螺纹孔。辅助构件400与支座盆环100螺纹连接，提高辅助构件400与支座盆环100连接稳定性的同时，方便拆卸辅助构件400。

进一步地，竖向荷载传感元件300的中心与测力板200的中心层位于同一平面。

支座盆环100侧壁上的安装孔的轴线经过测力板200的中心层，辅助构件400安装于安装孔内后，辅助构件400的轴线与安装孔的轴线重合，使竖向荷载传感元件300的中心与辅助构件400的轴线重合，实现将竖向荷载传感元件300安装于支座盆环100内后，竖向荷载传感元件300的中心与测力板200的中心层位于同一平面，从而提高测量的精度。

进一步地，辅助构件400的数量为多个，多个辅助构件400沿支座盆环100的周向均匀分布，每个辅助构件400上均设有竖向荷载传感元件300。

支座盆环100的侧壁上设有多个用于安装辅助构件400的安装孔，安装孔的数量与辅助构件400的数量相等，多个安装孔的轴线均与测力板200的中心层位于同一水平面，多个辅助构件400与多个安装孔一一对应配合实现与支座盆环100的连接，每个辅助构件400上均设有与测力板200侧壁接触的竖向荷载传感元件300。在支座盆环100的侧壁上设置多个辅助构件400和竖向荷载传感元件300，更好地测量监测支座受到的荷载。

进一步地，辅助构件400的数量为多个，多个辅助构件400沿支座上环壁500的周向均匀分布，每个辅助构件400上均设有水平荷载传感元件600。

辅助构件400的数量范围为2个－8个，在本实施例中，辅助构件400的数量为4个，如图3所示，4个辅助构件400沿支座上环壁500的周向均匀分布，其中两个沿顺桥向分布，另外两个沿横桥向分布，每个辅助构件400的与支座盆环100相对的端面上均设有一个水平荷载传感元件600，并均与支座盆环100接触。

水平荷载传感元件600的数量为多个，更好地监测监测支座受到的水平荷载。

本发明提供的监测支座包括：支座盆环100、测力板200和竖向荷载传感元件300，测力板200由弹性材料制成，且设于支座盆环100内；支座盆环100的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件400，辅助构件400贯穿支座盆环100的侧壁，竖向荷载传感元件300设于辅助构件400的位于支座盆环100内的一端，且与测力板200的侧壁接触。本发明提供的监测支座中的竖向荷载传感元件300通过辅助构件400与支座盆环100可拆卸连接，当竖向荷载传感元件300失效后，可将辅助构件400拆卸下对竖向荷载传感元件300进行更换。

与现有技术相比，本发明实施例的提供监测支座避免了竖向荷载传感元件300长期处于恶劣的应力状态下，延长了竖向荷载传感元件300的使用寿命，且竖向荷载传感元件300独立于支座的主体结构，解决了竖向荷载传感元件300维护和更换的技术问题，实现了监测支座的长期监测。

实施例二

本发明实施例的另一目的在于提供一种智能监测***。

本发明实施例提供的智能监测***包括上述技术方案的监测支座。

智能监测***的硬件包含多通道的传感信号适配模块、数据采集板卡等；智能监测***的软件组成主要有数据采集驱动程序包、应用程序编程接口、虚拟仪器三部分构成。

智能监测***设置相应的阀值，监测过程中，当传感器感知到的荷载超过此阀值时，***开始自动监测、存储相关数据并向管理人员发出提醒警报。

本发明实施例提供的智能监测***中的监测支座包括：支座盆环100、测力板200和竖向荷载传感元件300，测力板200由弹性材料制成，且设于支座盆环100内；支座盆环100的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件400，辅助构件400贯穿支座盆环100的侧壁，竖向荷载传感元件300设于辅助构件400的位于支座盆环100内的一端，且与测力板200的侧壁接触。与现有技术相比，本发明提供的监测支座中的竖向荷载传感元件300通过辅助构件400与支座盆环100可拆卸连接，当竖向荷载传感元件300失效后，可将辅助构件400拆卸下对竖向荷载传感元件300进行更换。

与现有技术相比，本发明实施例的提供监测支座避免了竖向荷载传感元件300长期处于恶劣的应力状态下，延长了竖向荷载传感元件300的使用寿命，且竖向荷载传感元件300独立于支座的主体结构，解决了竖向荷载传感元件300维护和更换的技术问题，实现了监测支座的长期监测。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种监测支座，其特征在于，包括：支座盆环、测力板和竖向荷载传感元件，所述测力板由弹性材料制成，且设于所述支座盆环内；

所述支座盆环的侧壁上连接有可拆卸的辅助构件，所述辅助构件贯穿所述支座盆环的侧壁，所述竖向荷载传感元件设于所述辅助构件的位于所述支座盆环内的一端，且与所述测力板的侧壁接触；

所述监测支座还包括支座顶板，所述支座顶板设于所述支座盆环的上方，所述支座顶板的下端面设有支座上环壁；所述支座上环壁上连接有可拆卸的辅助构件，所述辅助构件贯穿所述支座上环壁与所述支座盆环接触，所述辅助构件的与所述支座盆环接触的一端内设有水平荷载传感元件；

所述支座顶板受到水平荷载时，所述支座顶板相对所述支座盆环运动，所述支座盆环会受到所述支座上环壁的水平顶推力产生变形；

所述辅助构件的位于所述监测支座内部的一端设有保护结构；

所述辅助构件呈杆状，所述辅助构件的位于所述支座盆环内的一端设有安装槽，所述安装槽的开口处安装有防护盖板，所述安装槽内设有绝缘环套，所述绝缘环套内填充有压电材料，所述压电材料内设有电极，所述电极通过信号输出导线与插口连接，所述插口设于所述辅助构件的位于所述支座盆环外部的一端，所述插口内设有插拔式保护塞，传感元件设置于所述安装槽内。

2.根据权利要求1所述的监测支座，其特征在于，所述辅助构件上设有通孔，所述通孔的轴线方向与所述辅助构件的长度方向相同。

3.根据权利要求1所述的监测支座，其特征在于，所述辅助构件呈杆状，所述辅助构件与所述支座盆环、所述辅助构件与所述支座上环壁均螺纹连接。

4.根据权利要求1所述的监测支座，其特征在于，所述竖向荷载传感元件的中心与所述测力板的中心层位于同一平面。

5.根据权利要求1所述的监测支座，其特征在于，所述辅助构件的数量为多个，多个所述辅助构件沿所述支座盆环的周向均匀分布，每个所述辅助构件上均设有所述竖向荷载传感元件。

6.根据权利要求1所述的监测支座，其特征在于，所述辅助构件的数量为多个，多个所述辅助构件沿所述支座上环壁的周向均匀分布，每个所述辅助构件上均设有所述水平荷载传感元件。

7.一种智能监测***，其特征在于，所述智能监测***包括如权利要求1－6任一项所述的监测支座。