一种桥梁支座的全寿命周期监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种桥梁支座的全寿命周期监测系统及方法，该系统通过在球冠衬板上周向对称设有多个压电传感器，检测上支座板传导的承载压力，当桥梁支座受力有偏载时，可根据不同象限处的压电传感器传递出不同数值的电信号，判断出支座偏载方向；同时根据不同象限处的电信号数值计算分析，可以得出支座偏载力的大小；通过将磨损传感器植入设于耐磨滑板内，与耐磨滑板同步磨损，根据不同磨损厚度输出不同监控电平，从而监测耐磨板厚度，可以分析出支座使用情况，及时更换耐磨滑板免发生事故。本发明专利技术的全寿命周期监测方法，可实时监测耐磨滑板磨耗情况，以及桥梁支座承载力大小、偏载状态，有利于及时了解桥梁支座的健康状况，减少后期维护成本。少后期维护成本。少后期维护成本。

【技术实现步骤摘要】
一种桥梁支座的全寿命周期监测系统及方法


[0001]本专利技术属于桥梁监测
，更具体地，涉及一种桥梁支座的全寿命周期监测系统及方法。

技术介绍

[0002]桥梁支座安装在桥梁上部结构与桥墩之间，通过将桥梁上部结构恒载、活载传递到桥墩上，同时依靠自身的摩擦副滑动和转动作用适应桥梁桥梁上部结构与桥墩之间的移动和相对转动，是连接桥梁上下结构的重要纽带起到保护梁端和墩台的作用。通过对支座的压应力监测，可以获知支座的受力情况和倾斜偏载情况，通过对耐磨板监测，可了解支座的使用状况、整体性能和使用寿命。
[0003]目前，桥梁支座受力监测在橡胶支座应用中是利用橡胶的变形，间接评估受力情况。在钢支座中应用通常将传感装置安装在支座外侧，测得力的大小与实际值偏差较大，可靠性低，并且安装较为复杂繁琐，使用上存在极大不便。对于支座中最为脆弱的关节——耐磨板的实际使用磨耗情况，需要将支座拆解后，才可进行测量分析。目前尚无法做到使用状态下，对支座磨耗情况进行实时监测。
[0004]故此，在桥梁中使用一种全寿命周期监测支座，实时监测支座受力状况、受力偏载情况以及耐磨板使用情况，有利于及时了解桥梁支座的健康状况，减少后期维护成本。

技术实现思路

[0005]针对现有技术无法实时监测支座受力状况、受力偏载情况以及耐磨板使用情况的问题，本专利技术提供一种桥梁支座全生命周期监测系统以解决此类问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供一种桥梁支座全生命周期监测系统，包括设于上支座板与下支座板之间的金属滑板和球冠衬板；所述球冠衬板(4)上表面开有凹槽，耐磨滑板置于该凹槽中，并与所述金属滑板的工作面贴合，实现桥梁支座摩擦副的滑动或转动，所述耐磨滑板的工作贴合面开有第二圆柱形孔，在所述凹槽平面另开有圆周分布的第一圆柱形孔；以及监测单元，所述监测单元包括压电传感器和磨损传感器，并将所述磨损传感器植入所述耐磨滑板的第二圆柱形孔中，将所述压电传感器植入球冠衬板的第一圆柱形孔中；所述磨损传感器实时采集耐磨滑板磨损厚度值，对耐磨滑板的厚度进行监测，所述压电传感器用于对支座竖向承载力进行实时监测，并采集竖向压应力值数据并实时分析其是否产生偏载、偏载方向及载荷分布，实现对桥梁支座的生命周期监测。
[0007]进一步地，所述压电传感器数量为偶数且为4个及以上，对称设于球冠衬板顶部上。
[0008]进一步地，所述磨损传感器设有多个，其顶部与耐磨滑板顶部齐平，两者可同步磨损。
[0009]进一步地，所述磨损传感器内设有多个长短不一的U型回路，通过不同长度的回路被磨断，其监测电平发生变化，根据不同的监测电平信号判断出磨损厚度，实现对耐磨滑板
厚度的实时监测。
[0010]进一步地，所述耐磨滑板采用聚四氟乙烯板、改性超高分子量聚乙烯板或改性聚四氟乙烯板中任一种高分子材料制成，其顶部工作贴合面与金属滑板底部工作面贴合组成桥梁支座摩擦副，实现桥梁支座的滑动或转动功能。
[0011]进一步地，所述金属滑板为圆形或矩形形状的合金板，其顶部通过机械连接、粘接、焊接或组合连接中任一种连接方式与上支座板顶部固定连接。
[0012]进一步地，所述金属滑板与耐磨滑板两者间涂抹硅脂进行润滑。
[0013]进一步地，所述的金属滑板的工作面为平面、球面、柱面或其它曲面，可根据需求进行机械加工处理和表面处理，工序独立性强，成型精度高。
[0014]按照本专利技术的另一个方面，还提供一种桥梁支座全生命周期监测方法，对支座受力偏载方向及偏载力大小进行监控，包括：
[0015]S100：在球冠衬板上周向对称设有k个压电传感器，k为偶数，第i个压电传感器在t时刻采集的竖向压应力值记为F
i
(t)，t表示时间，且t＝1/f，f表示采集频率；
[0016]S200：将过耐磨滑板中心处对角线上的两个压电传感器记为一组，其序号为u，,u＝1、2、3
…
、k/2；对第u组所采集记录竖向压应力值进行取差值的绝对值，得到对角压差值，并记为G
u
(t),从而得到：
[0017][0018]对比分析G
u
(t)，取最大对角压差值max{G
u
(t)}，可知在t时刻支座受力偏载方向为沿着第u个和第k/2+u个压电传感器组成对角线的垂线方向，通过对比max{G
u
(t)}处的第u个和第k/2+u个压电传感器的竖向压应力值F(t)的大小，从而分析得到支座受力偏载方向，以及偏载力的大小；
[0019]S300：将K个压电传感器采集记录竖向压应力值F
i
(t)作一阶差分处理，并取绝对值累加记录该累计值数据C
i
(t)，i＝1、2、3
…
、k，其中：
[0020][0021]S400:对C
i
(t)进行取差值的绝对值，并记为Q
v
(t),v＝1、2、3
…
、k/2，得到：
[0022][0023]S500：对比分析Q
v
(t)，取max{Q
v
(t)}，可知在t时刻支座受力偏载方向为沿着第u个和第k/2+u个压电传感器组成对角线的垂线方向，通过对比max{Q
v
(t)}所对应的C
v
(t)处的第v个和第k/2+v个中间的压电传感器组的竖向压应力值F(t)的大小，从而分析得到支座受力偏载方向，以及偏载力的大小；
[0024]S600：对比分析max{G
u
(t)}和max{Q
v
(t)}，确定t时刻支座受力偏载方向一致，避免出现有个压电传感器失灵导致的监测数据有误。
[0025]进一步地，所述的一种桥梁支座全生命周期监测方法，对耐磨滑板厚度进行监控，包括：
[0026]S700:第j个磨损传感器在t时刻采集的耐磨滑板厚度值记为H
j
(t)，t表示时间，且
t＝1/f，f表示采集频率；采集d天，对每一天的非金属耐磨板厚度值监测数据均划分为x份，其中第m天中第n份耐磨滑板厚度值采用H
m,n
表示，其中m＝1、2、3
…
、d，n＝1、2、3
…
、x，对每份耐磨滑板厚度值作一阶差分处理，并取绝对值累加记录该数据，得到第j个磨损传感器第m天中第n份耐磨滑板厚度监测数据的磨耗累加值L
j,m,n
，
[0027][0028]其中，N
m,n
表示第m天中第n份耐磨滑板厚度监测数据中的数据总数，H
m,n,p
表示第m天第n份耐磨滑板厚度监测数据中的第p个值，H
m,n,p+1
表示第m天第n份耐磨滑板厚度监测数据中的第p+1个值；
[0029]S800：对所有磨损传感器监测耐磨滑板磨耗数据的累加值L
j,m,n
求平均值，从本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，包括：设于上支座板(1)与下支座板(5)之间的金属滑板(2)和球冠衬板(4)；所述球冠衬板(4)上表面开有凹槽，耐磨滑板(3)置于该凹槽中，并与所述金属滑板(2)的工作面贴合，实现桥梁支座摩擦副的滑动或转动，所述耐磨滑板(3)的工作贴合面开有第二圆柱形孔，在所述凹槽平面另开有圆周分布的第一圆柱形孔；以及监测单元，所述监测单元包括压电传感器(6)和磨损传感器(7)，并将所述磨损传感器(7)植入所述耐磨滑板(3)的第二圆柱形孔中，将所述压电传感器(6)植入球冠衬板(4)的第一圆柱形孔中；所述磨损传感器(7)实时采集耐磨滑板(3)磨损厚度值，对耐磨滑板(3)的厚度进行监测，所述压电传感器(6)用于对支座竖向承载力进行实时监测，并采集竖向压应力值数据并实时分析其是否产生偏载、偏载方向及载荷分布，实现对桥梁支座的生命周期监测。2.根据权利要求1所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述压电传感器(6)数量为偶数且为4个及以上，对称设于球冠衬板(4)顶部上。3.根据权利要求1所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述磨损传感器(7)设有多个，其顶部与耐磨滑板(3)顶部齐平，两者可同步磨损。4.根据权利要求3所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述磨损传感器(7)内设有多个长短不一的U型回路，通过不同长度的回路被磨断，其监测电平发生变化，根据不同的监测电平信号判断出磨损厚度，实现对耐磨滑板(3)厚度的实时监测。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述耐磨滑板(3)采用聚四氟乙烯板、改性超高分子量聚乙烯板或改性聚四氟乙烯板中任一种高分子材料制成，其顶部工作贴合面与金属滑板(2)底部工作面贴合组成桥梁支座摩擦副，实现桥梁支座的滑动或转动功能。6.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述金属滑板(2)为圆形或矩形形状的合金板，其顶部通过机械连接、粘接、焊接或组合连接中任一种连接方式与上支座板(1)顶部固定连接。7.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述金属滑板(2)与耐磨滑板(3)两者间涂抹硅脂进行润滑。8.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统，其特征在于，所述的金属滑板(2)的工作面为平面、球面、柱面或其它曲面，可根据需求进行机械加工处理和表面处理，工序独立性强，成型精度高。9.一种桥梁支座全生命周期监测方法，其特征在于，应用如权利要求1
‑
8中任一项所述的一种桥梁支座全生命周期监测系统实现，对支座受力偏载方向及偏载力大小进行监控，包括：S100：在球冠衬板(4)上周向对称设有k个压电传感器(6)，k为偶数，第i个压电传感器(6)在t时刻采集的竖向压应力值记为F
i
(t)，t表示时间，且t＝1/f，f表示采集频率；S200：将过耐磨滑板(6)中心处对角线上的两个压电传感器(6)记为一组，其序号为u，,u＝1、2、3
…
...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁旭，易磊，华恒，何巍，王良，黎明智，柳胜，周春，陈雄，李海波，
申请(专利权)人：中船双瑞洛阳特种装备股份有限公司，
类型：发明
国别省市：