一种基于桥梁板式支座改进的智能称重支座.pdf

一种基于桥梁板式支座改进的智能称重支座,是能够在桥梁结构上实现动态称重功能的支座，可直接应用于桥梁健康监控领域，该发明主要是基于板式橡胶支座改进而来，通过在板式橡胶支座的内部加入一个轮辐式应变测量结构，可以确定运营车辆的轴重、轴数、轴间距等信息。目前桥梁动态称重系统(BWIM)需要安装额外的传感器，通过桥梁主梁下缘的传感器测试桥梁结构在车辆荷载作用下的动态响应来推算车辆轴重等信息，这种方式需要进行大量的数据分析处理，其过程比较繁琐，本发明结构简单且使用方便，能节省相应的科研成本，对桥梁健康监控研究的发展有积极意义。

1.  一种在桥梁结构上实现动态称重功能的智能支座，其技术特征在于通过对普通板式橡胶支座进行改进，在支座的底部加入一个荷载传感器组群，采用沿着底部圆周均匀布置的方式，并加入钢垫板进行固定。

2.  实现普通板式支座动态测量功能的装置，其特征在于支座底部增加了一个称重作用的荷载传感器。

3.  实现普通板式支座动态测量功能的装置，其特征在于荷载传感器组群共包含4个传感器，且对称布置在制作底部。

4.  实现普通板式支座动态测量功能的装置，其特征在于传感器和支座底部之间采用焊接的方式进行连接，且最下层加焊钢垫板形成整体。

一种基于桥梁板式支座改进的智能称重支座
技术领域
桥梁结构的健康监测
背景技术
随着经济的迅速发展和和城市化进程逐步加快，各国大力投资发展交通事业，建立了现代化的交通网络，而桥梁则是连接现代交通的“咽喉”。由于受到使用环境(车轮冲击、汽车超载)的影响，部分结构材料性质随着时间增长开始发生衰变，结构性能发生退化，导致结构承载能力和耐久性能降低，桥梁的安全性能受到严重的威胁，因此对桥梁结构进行健康监控变得越来越重要。
由于超载超限车辆的荷载远远超过了桥梁的设计载荷，当桥梁上长时间经过这类车辆时会致使路面损坏、桥梁开裂，桥梁的使用年限和耐久性受到很大影响，因此要保证桥梁健康的状况，应当保证其运营条件良好，尽量控制超限超载车辆通行。板式橡胶支座由多层天然橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化而成一种桥梁支座产品。该种类型的橡胶支座有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台；有良好的弹性以适应梁端的转动；有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移；目前桥梁上称重主要用的是一种利用桥梁本身来对车辆进行称重的动态称重(WIM)系统，称为桥梁动态称重系统(BWIM)，能确定运营车辆的的轴重、轴数、轴间距等信息，这种称重系统需要安装额外的传感器，安置在桥梁主梁下缘的传感器能测试桥梁结构在车辆荷载作用下的动态响应，据此计算车辆的轴重等信息。考虑到结构力传递的特点，可以对支座进行进一步的改进，使其能够为桥梁动态称重提供一些帮助。
发明内容
该支座具有和传统桥梁板式橡胶支座结构相同的外形，内置测量轴重的多个静态和动态测试的荷载传感器组群，用来代替传统桥梁支座，通过它实时监测车辆通过时荷载的变化，当车辆行驶通过桥梁时，支座测量得到的信息实际是支座反力的影响线。在桥梁两端支座位置处各设置一组桥梁“智能支座”，这样能够获得车辆抵达的时间，车辆的平均行驶速度，以及车轴重量等信息，通过在一个盖梁上平行布置的2个或者3个“智能支座”测量载荷的大小，能判别车辆在桥面的横向分布。
“智能支座”由钢板、橡胶垫及均匀分布的荷载传感器组成。初步设计时可利用ABCUS软件建立三维有限元模型，通过合理取橡胶和钢材等相关参数值，对其进行初步受力分析，合理选择传感器类型和分布，获得支座变形以及内部应力分布状况。然后试制成品，在试验室液压试验机上进行液压轴力竖向加载试验，试验可分为轴心力竖向加载以及偏心力竖向加载两种形式。通过该支座在桥梁中的布置，读取荷载传感器的力的大小，从而达到最直观地测量桥梁车辆载荷的目的。
附图说明
图1是智能支座剖面图(斜上方30度视角)；
图2是智能支座立面图；
图3是荷载传感器布置图(轮辐式结构详图)；
图4是智能支座实际应用图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步说明。图1是智能支座的层次分解图，智能支座装置主要是由桥梁上常用的板式橡胶支座改装而成，结构构件主要包括：1.上连接钢板、2.铅芯、3.橡胶保护层、4.加劲钢板、5.橡胶层、6.下连接钢板、7.荷载传感器、8.钢垫板。
图2是智能支座的立面图，支座主要由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合压制而成，有足够的竖向刚度以承压垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台，支座具有良好的弹性，能够适应梁端的转动，较大的剪切变形能满足上部构造的水平位移。相比较传统的板式支座，智能支座的底部增加了一个荷载传感器组件，使支座具有动态称重的功能。
图3为荷载传感器布置图，考虑到支座结构受力的稳定性，采用四个传感器等间距布置在钢垫板上，通过连接信号接收器能直接得出支座所承受的荷载，由于板式橡胶支座主要运用于公路中小型桥梁，在选用智能支座的时候根据实际情况选用具有不同量程的智能支座。同时也可以通过平行布置多个智能支座来增大测量范围。
图4为智能支座实际应用图，一般桥梁支座的布置主要和桥梁的结构形式有关，在布置支座时需要考虑支座应能同时适应桥梁顺桥向和横桥向的变形，同时能够可靠的传递垂直和水平反力。智能支座的布置与普通盆式橡胶支座布置大致相同，需要注意的是在安放支座过程中严格按照程序操作，最好设置支座垫石，安装前应拆箱作全面检查及进行清洁，确保支座内部轮辐式结构的使用性能。