一種基于橋梁板式支座改進(jìn)的智能稱重支座的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]橋梁結(jié)構(gòu)的健康監(jiān)測
【背景技術(shù)】
[0002]隨著經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展和和城市化進(jìn)程逐步加快，各國大力投資發(fā)展交通事業(yè)，建立了現(xiàn)代化的交通網(wǎng)絡(luò)，而橋梁則是連接現(xiàn)代交通的“咽喉”。由于受到使用環(huán)境(車輪沖擊、汽車超載)的影響，部分結(jié)構(gòu)材料性質(zhì)隨著時(shí)間增長開始發(fā)生衰變，結(jié)構(gòu)性能發(fā)生退化，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)承載能力和耐久性能降低，橋梁的安全性能受到嚴(yán)重的威脅，因此對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行健康監(jiān)控變得越來越重要。
[0003]由于超載超限車輛的荷載遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了橋梁的設(shè)計(jì)載荷，當(dāng)橋梁上長時(shí)間經(jīng)過這類車輛時(shí)會(huì)致使路面損壞、橋梁開裂，橋梁的使用年限和耐久性受到很大影響，因此要保證橋梁健康的狀況，應(yīng)當(dāng)保證其運(yùn)營條件良好，盡量控制超限超載車輛通行。板式橡膠支座由多層天然橡膠與薄鋼板鑲嵌、粘合、硫化而成一種橋梁支座產(chǎn)品。該種類型的橡膠支座有足夠的豎向剛度以承受垂直荷載，且能將上部構(gòu)造的壓力可靠地傳遞給墩臺(tái)；有良好的彈性以適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)；有較大的剪切變形以滿足上部構(gòu)造的水平位移；目前橋梁上稱重主要用的是一種利用橋梁本身來對(duì)車輛進(jìn)行稱重的動(dòng)態(tài)稱重(WIM)系統(tǒng)，稱為橋梁動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)(BWM)，能確定運(yùn)營車輛的的軸重、軸數(shù)、軸間距等信息，這種稱重系統(tǒng)需要安裝額外的傳感器，安置在橋梁主梁下緣的傳感器能測試橋梁結(jié)構(gòu)在車輛荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，據(jù)此計(jì)算車輛的軸重等信息?？紤]到結(jié)構(gòu)力傳遞的特點(diǎn)，可以對(duì)支座進(jìn)行進(jìn)一步的改進(jìn)，使其能夠?yàn)闃蛄簞?dòng)態(tài)稱重提供一些幫助。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]該支座具有和傳統(tǒng)橋梁板式橡膠支座結(jié)構(gòu)相同的外形，內(nèi)置測量軸重的多個(gè)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測試的荷載傳感器組群，用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)橋梁支座，通過它實(shí)時(shí)監(jiān)測車輛通過時(shí)荷載的變化，當(dāng)車輛行駛通過橋梁時(shí)，支座測量得到的信息實(shí)際是支座反力的影響線。在橋梁兩端支座位置處各設(shè)置一組橋梁“智能支座”，這樣能夠獲得車輛抵達(dá)的時(shí)間，車輛的平均行駛速度，以及車軸重量等信息，通過在一個(gè)蓋梁上平行布置的2個(gè)或者3個(gè)“智能支座”測量載荷的大小，能判別車輛在橋面的橫向分布。
[0005]“智能支座”由鋼板、橡膠墊及均勻分布的荷載傳感器組成。初步設(shè)計(jì)時(shí)可利用ABCUS軟件建立三維有限元模型，通過合理取橡膠和鋼材等相關(guān)參數(shù)值，對(duì)其進(jìn)行初步受力分析，合理選擇傳感器類型和分布，獲得支座變形以及內(nèi)部應(yīng)力分布狀況。然后試制成品，在試驗(yàn)室液壓試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行液壓軸力豎向加載試驗(yàn)，試驗(yàn)可分為軸心力豎向加載以及偏心力豎向加載兩種形式。通過該支座在橋梁中的布置，讀取荷載傳感器的力的大小，從而達(dá)到最直觀地測量橋梁車輛載荷的目的。
【附圖說明】
[0006]圖1是智能支座剖面圖(斜上方30度視角)；
[0007]圖2是智能支座立面圖；
[0008]圖3是荷載傳感器布置圖(輪輻式結(jié)構(gòu)詳圖)；
[0009]圖4是智能支座實(shí)際應(yīng)用圖；
【具體實(shí)施方式】
[0010]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是智能支座的層次分解圖，智能支座裝置主要是由橋梁上常用的板式橡膠支座改裝而成，結(jié)構(gòu)構(gòu)件主要包括:1.上連接鋼板、2.鉛芯、3.橡膠保護(hù)層、4.加勁鋼板、5.橡膠層、6.下連接鋼板、7.荷載傳感器、8.鋼墊板。
[0011]圖2是智能支座的立面圖，支座主要由多層橡膠片與薄鋼板鑲嵌、粘合壓制而成，有足夠的豎向剛度以承壓垂直荷載，能將上部構(gòu)造的反力可靠地傳遞給墩臺(tái)，支座具有良好的彈性，能夠適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)，較大的剪切變形能滿足上部構(gòu)造的水平位移。相比較傳統(tǒng)的板式支座，智能支座的底部增加了一個(gè)荷載傳感器組件，使支座具有動(dòng)態(tài)稱重的功能。
[0012]圖3為荷載傳感器布置圖，考慮到支座結(jié)構(gòu)受力的穩(wěn)定性，采用四個(gè)傳感器等間距布置在鋼墊板上，通過連接信號(hào)接收器能直接得出支座所承受的荷載，由于板式橡膠支座主要運(yùn)用于公路中小型橋梁，在選用智能支座的時(shí)候根據(jù)實(shí)際情況選用具有不同量程的智能支座。同時(shí)也可以通過平行布置多個(gè)智能支座來增大測量范圍。
[0013]圖4為智能支座實(shí)際應(yīng)用圖，一般橋梁支座的布置主要和橋梁的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，在布置支座時(shí)需要考慮支座應(yīng)能同時(shí)適應(yīng)橋梁順橋向和橫橋向的變形，同時(shí)能夠可靠的傳遞垂直和水平反力。智能支座的布置與普通盆式橡膠支座布置大致相同，需要注意的是在安放支座過程中嚴(yán)格按照程序操作，最好設(shè)置支座墊石，安裝前應(yīng)拆箱作全面檢查及進(jìn)行清潔，確保支座內(nèi)部輪輻式結(jié)構(gòu)的使用性能。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種在橋梁結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重功能的智能支座，其技術(shù)特征在于通過對(duì)普通板式橡膠支座進(jìn)行改進(jìn)，在支座的底部加入一個(gè)荷載傳感器組群，采用沿著底部圓周均勻布置的方式，并加入鋼墊板進(jìn)行固定。2.實(shí)現(xiàn)普通板式支座動(dòng)態(tài)測量功能的裝置，其特征在于支座底部增加了一個(gè)稱重作用的荷載傳感器。3.實(shí)現(xiàn)普通板式支座動(dòng)態(tài)測量功能的裝置，其特征在于荷載傳感器組群共包含4個(gè)傳感器，且對(duì)稱布置在制作底部。4.實(shí)現(xiàn)普通板式支座動(dòng)態(tài)測量功能的裝置，其特征在于傳感器和支座底部之間采用焊接的方式進(jìn)行連接，且最下層加焊鋼墊板形成整體。
【專利摘要】一種基于橋梁板式支座改進(jìn)的智能稱重支座,是能夠在橋梁結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)稱重功能的支座，可直接應(yīng)用于橋梁健康監(jiān)控領(lǐng)域，該發(fā)明主要是基于板式橡膠支座改進(jìn)而來，通過在板式橡膠支座的內(nèi)部加入一個(gè)輪輻式應(yīng)變測量結(jié)構(gòu)，可以確定運(yùn)營車輛的軸重、軸數(shù)、軸間距等信息。目前橋梁動(dòng)態(tài)稱重系統(tǒng)(BWIM)需要安裝額外的傳感器，通過橋梁主梁下緣的傳感器測試橋梁結(jié)構(gòu)在車輛荷載作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)來推算車輛軸重等信息，這種方式需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)分析處理，其過程比較繁瑣，本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單且使用方便，能節(jié)省相應(yīng)的科研成本，對(duì)橋梁健康監(jiān)控研究的發(fā)展有積極意義。
【IPC分類】E01D19/04, G01G19/03
【公開號(hào)】CN104947582
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510377003
【發(fā)明人】周云, 陳松柏, 陳太平
【申請(qǐng)人】湖南大學(xué)
【公開日】2015年9月30日
【申請(qǐng)日】2015年7月1日