CN111855045A - 一种桥梁健康监测支座及监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种桥梁健康监测支座及监测系统，用于解决桥梁支座处于隐蔽、恶劣的工程环境中，人工检测不便，同时人工定期检测，不能做到全天候监测，同时桥梁支座数目众多，人工检测周期较长，很难判断桥梁的安全问题，健康监测支座群由若干健康监测支座组成，健康监测支座由功能部件、光纤测力传感器、位移传感器和倾角传感器组成，功能部件由下支座板、球冠衬板、上支座板、平面滑板、密封圈、平面滑板、中间板、锲形环、上支座板、中间板、锲形环及下座板组成，位移传感器、倾角传感器均通过光纤与监控采集中心进行传输与连接。
Description
技术领域
本发明属于梁桥支座领域；涉及梁桥支座技术；具体是一种桥梁健康监测支座及监测系统。
背景技术
随着桥梁工程技术和大型建筑结构飞速发展，人们对桥梁和大型建筑的安全性和耐久性倍加关注，健康监测系统应运而生。健康监测系统主要是通过测量各种响应的传感装置获取反映结构行为的各项数据，为分析结构的健康状态、评估结构的可靠性提供科学的参考依据，目前定期人工检测是获得桥梁支座健康状况的常用手段，但桥梁支座处于隐蔽、恶劣的工程环境中，人工检测不便，同时人工定期检测，不能做到全天候监测，同时桥梁支座数目众多，人工检测周期较长，很难判断桥梁的安全。
发明内容
本发明的目的在于提供一种桥梁健康监测支座及监测系统，用于解决桥梁支座处于隐蔽、恶劣的工程环境中，人工检测不便，同时人工定期检测，不能做到全天候监测，同时桥梁支座数目众多，人工检测周期较长，很难判断桥梁的安全问题。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种桥梁健康监测支座及监测系统，包括健康监测支座群、监测采集中心以及监测分析控制系统平台，健康监测支座群由若干健康监测支座组成，健康监测支座由功能部件、光纤测力传感器组、位移传感器组以及倾角传感器组构成，功能部件由下支座板、球冠衬板、上支座板、球面滑板、密封圈、平面滑板、中间板、锲形环组成；
进一步地，光纤测力传感器组由若干个光纤测力传感器组成，若干光纤测力传感器之间通过线缆连接在一起，位移传感器组由若干个位移传感器组成，若干位移传感器之间通过线缆连接在一起，倾角传感器组由若干个倾角传感器组成，若干倾角传感器之间通过线缆连接在一起，位移传感器、光纤测力传感器以及倾角传感器均通过光纤与监控采集中心进行传输与连接，监测采集中心由若干个解调单元组成，监测采集中心通过光纤与监测分析控制系统平台进行数据传输；
进一步地，光纤测力传感器用于采集健康监测支座的竖向荷载数据，位移传感器采集健康监测支座的滑移位移数据，倾角传感器采集健康监测支座的倾角数据，竖向荷载数据、滑移位移数据、倾角数据均通过光纤传输在解调单元进行解调，解调单元将解调好的信息通过有线传输网和GPRS、3G、4G传输在监测分析控制系统平台；
进一步地，监测分析控制系统平台获取解调单元组的监测数据并进行数据分析，具体分析步骤如下：
步骤一：将监测数据具体分为竖向荷载数据K1、滑移位移数据K2和倾角数据K3,将预设的光纤测力传感器组数据K11、位移传感器组数据K22、倾角传感器组数据K33进行读取，读取后与获取到的光纤测力传感器组数据K1，位移传感器组数据K2,倾角传感器组数据K3进行比较，比较过程如下：
将数据代入公式K11-K1、K22-K2与K33-K3中，得到数值K111、K222与K333，将数值K111、K222与K333分别与预设范围一、预设范围二以及预设范围三进行比较，预设范围一为(0.1，1]之内的有理数，预设范围二为(1，3]之内的有理数，预设范围三为(3，5]之内的有理数；
步骤二：当K111属于预设范围一内时，数据为合格，当K111属于范预设范围二内时，数据为及格，当K111属于预设范围三内时，数据为不合格；
当K222属于预设范围一内时，数据为合格，当K222属于范预设范围二内时，数据为及格，当K222属于预设范围三内时，数据为不合格；
当K333属于预设范围一内时，数据为合格，当K333属于范预设范围二内时，数据为及格，当K333属于预设范围三内时，数据为不合格；
步骤三：当K111数据为合格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载正常，当K111数据为及格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载预警，当K111数据为不合格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载报警；
当K222数据为合格时，系统显示为桥梁超限位移正常，当K222数据为及格时，系统显示为桥梁超限位移预警，当K222数据为不合格时，系统显示为桥梁超限位移报警；
当K333数据为合格时，系统显示为桥梁超限倾角正常，当K333数据为及格时，系统显示为桥梁超限倾角预警，当K333数据为不合格时，系统显示为桥梁超限倾角报警。
进一步地，下支座板的中心开设有限位孔槽，中间板安装在限位孔槽内，中间板的上端面安装有球面滑板，中间板的上端面开设有安装槽，安装槽内安装有密封圈，密封圈包裹在球面滑板的外围，球面滑板的上端安装有球冠衬板，球冠衬板的上端安装有平面滑板，平面滑板的上方安装有上支座板，下支座板与中间板之间设有锲形环；
进一步地，锲形环与下支座板相邻面开设滑板槽并安装有下滑板，锲形环与下座板形成滑动副，锲形环的上表面设置有斜向滑板，斜向滑板与中间板的斜面形成滑动副；
进一步地，光纤测力传感器周向安装在锲形环上，锲形环的顶面开设有安装位移传感器的连接孔，锲形环的斜面夹角为°～°；
进一步地，中间板的上部为凹球面，中间板的下部设有斜向面、第一凸台和第二凸台，中间板下部的第一凸台与下座板开设的限位孔槽呈间隙配合，中间板下部的第二凸台与锲形环的内孔呈间隙配合，中间板、锲形环、下支座板相互限位；
进一步地，中间板的凹球面安装有平面滑板，平面滑板与球冠衬板形成转动摩擦副，倾角传感器安装在上座板的底面顺桥向边缘中线位置；球冠衬板的顶面设有平面滑板安装槽，平面滑板安装在平面滑板安装槽内，平面滑板与上支座板形成水平位移滑动副。
进一步地，监测数据为竖向荷载数据、滑移位移数据和倾角数据。
进一步地，位移传感器安装在上座板的底面顺桥向边缘位置，位移传感器的拉伸端部固定在锲形环的顶面。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
1、中间板凹球面安装球面滑板，球面滑板滑板与球冠衬板形成转动摩擦副，有利于桥梁的转动位移释放，球冠衬板顶面设置平面滑板安装槽，与上支座板形成水平位移滑动副，可实现桥梁日常滑移位移的释放，滑动灵活；
2、光纤测力传感器，用于采集健康监测支座竖向受力变形来反应竖向荷载数据，位移传感器，用于采集支座的滑移位移，倾角传感器，用于采集支座的倾角数据，监测分析控制系统平台根据若干健康监测支座的监测数据，对桥梁的健康情况进行分析，根据若干健康监测支座竖向荷载数据，分析桥梁各支座点受力状态，是否均匀受力，是否产生偏压，是否产生脱空等情况进行分析，并设置预警、报警功能，根据若干健康监测支座位移数据，分析判断桥梁伸缩滑移位移是否超限，设置超限位移预警、报警功能，根据若干健康监测支座倾角数据，分析判断桥梁转动角度是否超限，设置超限倾角预警、报警功能。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1是一种桥梁健康监测支座及监测系统的框图；
图2是一种桥梁健康监测支座及监测系统的监测支座结构示意图；
图3是中间板结构示意图。
图中：1、下支座板；2、球冠衬板；3、上支座板；4、球面滑板；5、密封圈；6、平面滑板；7、中间板；8、锲形环；9、位移传感器；10、光纤测力传感器；11、倾角传感器。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-3所示，一种桥梁健康监测支座及监测系统，包括健康监测支座群、监测采集中心以及监测分析控制系统平台，健康监测支座群由若干健康监测支座组成，健康监测支座由功能部件、光纤测力传感器组、位移传感器组以及倾角传感器组构成，功能部件由下支座板1、球冠衬板2、上支座板3、球面滑板4、密封圈5、平面滑板6、中间板7、锲形环8组成；
下支座板1的中心开设有限位孔槽，中间板7安装在限位孔槽内，中间板7的上端面安装有球面滑板4，中间板7的上端面开设有安装槽，安装槽内安装有密封圈5，密封圈5包裹在球面滑板4的外围，球面滑板4的上端安装有球冠衬板2，球冠衬板2的上端安装有平面滑板6，平面滑板6的上方安装有上支座板3，下支座板1与中间板7之间设有锲形环8；
锲形环8与下支座板1相邻面开设滑板槽并安装有下滑板，锲形环8与下座板形成滑动副，锲形环8的上表面设置有斜向滑板，斜向滑板与中间板7的斜面形成滑动副，位移传感器9安装在上座板的底面顺桥向边缘位置，位移传感器9的拉伸端部固定在锲形环8的顶面；
光纤测力传感器组由若干个光纤测力传感器10组成，若干光纤测力传感器10之间通过线缆连接在一起，位移传感器组由若干个位移传感器9组成，若干位移传感器9之间通过线缆连接在一起，倾角传感器组由若干个倾角传感器11组成，若干倾角传感器11之间通过线缆连接在一起，位移传感器9、光纤测力传感器10以及倾角传感器11均通过光纤与监控采集中心进行传输与连接，监测采集中心由若干个解调单元组成，监测采集中心通过光纤与监测分析控制系统平台进行数据传输；
光纤测力传感器10用于采集健康监测支座的竖向荷载数据，位移传感器9采集健康监测支座的滑移位移数据，倾角传感器11采集健康监测支座的倾角数据，竖向荷载数据、滑移位移数据、倾角数据均通过光纤传输在解调单元进行解调，解调单元将解调好的信息通过有线传输网和GPRS、3G、4G传输在监测分析控制系统平台，监测数据为竖向荷载数据、滑移位移数据和倾角数据；
监测分析控制系统平台获取解调单元组的监测数据并进行数据分析，具体分析步骤如下：
步骤一：将监测数据具体分为竖向荷载数据K1、滑移位移数据K2和倾角数据K3,将预设的光纤测力传感器组数据K11、位移传感器组数据K22、倾角传感器组数据K33进行读取，读取后与获取到的光纤测力传感器组数据K1，位移传感器组数据K2,倾角传感器组数据K3进行比较，比较过程如下：
将数据代入公式、与中，得到数值K111、K222与K333，将数值K111、K222与K333分别与预设范围一、预设范围二以及预设范围三进行比较，预设范围一为(0.1，1]之内的有理数，预设范围二为(1，3]之内的有理数，预设范围三为(3，5]之内的有理数；
步骤二：当K111属于预设范围一内时，数据为合格，当K111属于范预设范围二内时，数据为及格，当K111属于预设范围三内时，数据为不合格；
当K222属于预设范围一内时，数据为合格，当K222属于范预设范围二内时，数据为及格，当K222属于预设范围三内时，数据为不合格；
当K333属于预设范围一内时，数据为合格，当K333属于范预设范围二内时，数据为及格，当K333属于预设范围三内时，数据为不合格；
步骤三：当K111数据为合格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载正常，当K111数据为及格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载预警，当K111数据为不合格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载报警；
当K222数据为合格时，系统显示为桥梁超限位移正常，当K222数据为及格时，系统显示为桥梁超限位移预警，当K222数据为不合格时，系统显示为桥梁超限位移报警；
当K333数据为合格时，系统显示为桥梁超限倾角正常，当K333数据为及格时，系统显示为桥梁超限倾角预警，当K333数据为不合格时，系统显示为桥梁超限倾角报警。
锲形环8与下支座板1相邻面开设滑板槽并安装有下滑板，锲形环8与下座板形成滑动副，锲形环8的上表面设置有斜向滑板，斜向滑板与中间板7的斜面形成滑动副；
光纤测力传感器10周向安装在锲形环8上，锲形环8的顶面开设有安装位移传感器9的连接孔，锲形环8的斜面夹角为10°～35°；
中间板7的上部为凹球面，中间板7的下部设有斜向面、第一凸台和第二凸台，中间板7下部的第一凸台与下座板开设的限位孔槽呈间隙配合，中间板7下部的第二凸台与锲形环8的内孔呈间隙配合，中间板7、锲形环8、下支座板1相互限位；
中间板7的凹球面安装有平面滑板6，平面滑板6与球冠衬板2形成转动摩擦副，倾角传感器11安装在上座板的底面顺桥向边缘中线位置；球冠衬板2的顶面设有平面滑板安装槽，平面滑板6安装在平面滑板安装槽内，平面滑板6与上支座板3形成水平位移滑动副。
本发明在具体进行实施时：监测支座受压时，载荷传递至锲形环8的斜面，对锲形环8产生斜向推力，从而使锲形环8产生径向和周向变形，通过安装在锲形环8周向台阶上光纤测力传感器10监测出微应变，转化为反射光波信号的波长变化，通过光纤信号线传送至解调单元，解调单元将读取的光波变化数据通过网络传输至监测分析控制系统平台的数据处理终端并由监测分析控制系统开展相关的监测、分析、评估与控制工作；
本发明所示支座为多向型支座，单向型支座和固定型支座只需改变中间板7与上座板的限位方向的配合方式，固定型设置环向限位结构，单向型在上座板的限位方向设置档条，中间板7设置接触导向面，支座的下支座板1和中间板7配合的结构相同，其墩顶的安装接口相同，便于生产和加工支座，保证了零件的相互通用性，节约了制造成本。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。
Claims (4)
1.一种桥梁健康监测支座及监测系统，其特征在于，包括健康监测支座群、监测采集中心以及监测分析控制系统平台，健康监测支座群由若干健康监测支座组成，健康监测支座由功能部件、光纤测力传感器组、位移传感器组以及倾角传感器组构成，功能部件由下支座板(1)、球冠衬板(2)、上支座板(3)、球面滑板(4)、密封圈(5)、平面滑板(6)、中间板(7)以及锲形环(8)组成；
光纤测力传感器组由若干个光纤测力传感器(10)组成，若干光纤测力传感器(10)之间通过线缆连接在一起，位移传感器组由若干个位移传感器(9)组成，若干位移传感器(9)之间通过线缆连接在一起，倾角传感器组由若干个倾角传感器(11)组成，若干倾角传感器(11)之间通过线缆连接在一起，位移传感器(9)、光纤测力传感器(10)以及倾角传感器(11)均通过光纤与监控采集中心进行连接，监测采集中心由若干个解调单元组成，监测采集中心通过有线传输网和GPRS、3G、4G以及5G与监测分析控制系统平台进行数据传输；
光纤测力传感器(10)用于采集健康监测支座的竖向荷载数据，位移传感器(9)采集健康监测支座的滑移位移数据，倾角传感器(11)采集健康监测支座的倾角数据，竖向荷载数据、滑移位移数据、倾角数据均通过光纤传输在解调单元进行解调，解调单元将解调好的监测数据通过有线传输网和GPRS、3G、4G以及5G传输在监测分析控制系统平台；
监测分析控制系统平台获取解调单元组的监测数据并进行数据分析，具体分析步骤如下：
步骤一：将监测数据具体分为竖向荷载数据K1、滑移位移数据K2和倾角数据K3,将预设的光纤测力传感器组数据K11、位移传感器组数据K22、倾角传感器组数据K33进行读取，读取后与获取到的光纤测力传感器组数据K1，位移传感器组数据K2,倾角传感器组数据K3进行比较，比较过程如下：
将数据代入公式|K11-K1|、|K22-K2|与|K33-K3|中，得到数值K111、K222与K333，将数值K111、K222与K333分别与预设范围一、预设范围二以及预设范围三进行比较，预设范围一为(0.1，1]之内的有理数，预设范围二为(1，3]之内的有理数，预设范围三为(3，5]之内的有理数；
步骤二：当K111属于预设范围一内时，数据为合格，当K111属于范预设范围二内时，数据为及格，当K111属于预设范围三内时，数据为不合格；
当K222属于预设范围一内时，数据为合格，当K222属于范预设范围二内时，数据为及格，当K222属于预设范围三内时，数据为不合格；
当K333属于预设范围一内时，数据为合格，当K333属于范预设范围二内时，数据为及格，当K333属于预设范围三内时，数据为不合格；
步骤三：当K111数据为合格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载正常，当K111数据为及格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载预警，当K111数据为不合格时，系统显示为桥梁所受竖向荷载报警；
当K222数据为合格时，系统显示为桥梁超限位移正常，当K222数据为及格时，系统显示为桥梁超限位移预警，当K222数据为不合格时，系统显示为桥梁超限位移报警；
当K333数据为合格时，系统显示为桥梁超限倾角正常，当K333数据为及格时，系统显示为桥梁超限倾角预警，当K333数据为不合格时，系统显示为桥梁超限倾角报警。
2.根据权利要求1所述的一种桥梁健康监测支座及监测系统,其特征在于，所述下支座板(1)的中心开设有限位孔槽，中间板(7)安装在限位孔槽内，中间板(7)的上端面安装有球面滑板(4)，中间板(7)的上端面开设有安装槽，安装槽内安装有密封圈(5)，密封圈(5)包裹在球面滑板(4)的外围，球面滑板(4)的上端安装有球冠衬板(2)，球冠衬板(2)的上端安装有平面滑板(6)，平面滑板(6)的上方安装有上支座板(3)，下支座板(1)与中间板(7)之间设有锲形环(8)；
锲形环(8)与下支座板(1)相邻面开设滑板槽，滑板槽里安装有下滑板，锲形环(8)与下座板形成滑动副，锲形环(8)的上表面设置有斜向滑板，斜向滑板与中间板(7)的斜面形成滑动副；
光纤测力传感器(10)周向安装在锲形环(8)上，锲形环(8)的顶面开设有安装位移传感器(9)的连接孔，锲形环(8)的斜面夹角为10°～35°；
中间板(7)的上部为凹球面，中间板(7)的下部设有斜向面、第一凸台和第二凸台，中间板(7)下部的第一凸台与下座板开设的限位孔槽呈间隙配合，中间板(7)下部的第二凸台与锲形环(8)的内孔呈间隙配合，中间板(7)、锲形环(8)、下支座板(1)相互限位；
中间板(7)的凹球面安装有平面滑板(6)，平面滑板(6)与球冠衬板(2)形成转动摩擦副，倾角传感器(11)安装在上座板的底面顺桥向边缘中线位置；球冠衬板(2)的顶面设有平面滑板安装槽，平面滑板(6)安装在平面滑板安装槽内，平面滑板(6)与上支座板(3)形成水平位移滑动副。
3.根据权利要求1所述的一种桥梁健康监测支座及监测系统,其特征在于，所述监测数据为竖向荷载数据、滑移位移数据和倾角数据。
4.根据权利要求1所述的一种桥梁健康监测支座及监测系统,其特征在于，所述位移传感器(9)安装在上座板的底面顺桥向边缘位置，位移传感器(9)的拉伸端部固定在锲形环(8)的顶面。
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