一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座及方法与流程

本发明属于桥梁结构基础设备，更具体地，涉及一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座及方法。

背景技术：

1、桥梁支座作为大跨度桥梁中的重要承重构件，是位于上部结构和下部结构之间的连接装置。随着桥梁使用年限的增加，在外界荷载的影响下，支座会产生脱空、受压不匀、滑板磨损、不锈钢板锈蚀等一系列病害。支座损伤会影响桥梁的行车条件和结构安全性。如：支座滑动耐磨板设计外漏厚度一般为3mm左右，其外露厚度磨损状况主要依赖于人工现场检测，通过塞尺测量滑板外露厚度。人工塞尺检测结果通常具有一定的主观性、检测位置的不确定性和检测结果的时效性，导致支座滑动耐磨板的磨损状况检测评估不客观全面，易产生误判漏判等问题。目前受人工检测手段的限制，无法准确实时获知支座滑动耐磨板的服役工作状况，不利于指导桥梁支座的后期管养工作。

2、因此，有必要对桥梁支座在外界荷载作用下的损伤进行监测，并根据监测数据对支座的多自由度工作状态进行综合评价，以对支座及时进行养护、更换，保证桥梁的安全运营。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座及方法，其中结合竖向拉压支座自身的特征及其服役载荷特点，相应设计了一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座及方法，并对其关键组件如支座本体结构、滑动摩擦副和多自由度工作状态监测系统的结构及其具体设置方式进行研究和设计，相应的在确保桥梁在正常工况下的位移和转动需求得到满足的条件下，通过集成多种监测组件，实现了对桥梁支座多自由度工作状态的全面智能化监测与管理，根据监测结果，可以对支座的偏载状态、滑移状态、不均匀磨损状态等多自由度工作状态进行综合评价，从而实现对桥梁支座健康状态的智能诊断和预警，极大提升了桥梁的维护效率和安全性，确保了桥梁结构的长期稳定与可靠性。这一综合性技术方案为桥梁支座的现代化、智能化管理提供了强有力的技术支持。

2、为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，包括：

3、上座板；

4、设于所述上座板底部的上滑板；

5、设于所述上滑板底部的大球冠，所述大球冠顶面中部开设有第一凹槽；

6、设于所述第一凹槽内的小球冠，所述小球冠中部开设有通孔；

7、沿横桥方向设于所述大球冠两端、用于限制大球冠横向位移的侧向挡块；

8、设于所述大球冠底部的下座板；

9、穿过所述通孔设置且用于连接所述小球冠和下座板的抗拉轴；

10、设于所述下座板底部的底座板；

11、设于所述底座板顶面，且沿所述下座板外周设置的压板；以及

12、多自由度工作状态监测系统，该多自由度工作状态监测系统包括滑板剩余厚度预警装置、支座转角监测装置以及支座力监测装置，所述滑板剩余厚度预警装置用于测量所述上滑板厚度，并在所述上滑板厚度小于阈值时触发报警，所述支座转角监测装置用于监测竖向拉压支座的偏载状态，所述支座力监测装置用于监测竖向拉压支座的竖向受拉、水平受力以及竖向受压。

13、作为进一步优选的，所述上座板与上滑板之间还设有滑动不锈钢镜面，所述滑板剩余厚度预警装置包括设于所述大球冠顶面的多个间隙变化传感器和报警器，多个所述间隙变化传感器沿所述上滑板外侧周向阵列布置，且所述间隙变化传感器用于在所述上滑板高度小于阈值时，与所述滑动不锈钢镜面接触形成闭合回路，以触发报警器。

14、作为进一步优选的，所述间隙变化传感器的高度可调，以此方式，在每处位置布置高度不同的间隙变化传感器，从而通过不同高度间隙变化传感器对应的报警信息实现所述上滑板剩余外露厚度的实时监测。

15、作为进一步优选的，所述支座转角监测装置包括设于所述侧向挡块上的多个倾角仪，该倾角仪用于监测竖向拉压支座纵桥向和横桥向的转角。

16、作为进一步优选的，所述支座力监测包括竖向受拉测力传感器、水平受力传感器以及竖向受压测力组件，其中，

17、所述竖向受拉测力传感器设于所述压板和下座板之间；

18、所述水平受力传感器设于所述下座板外周侧壁与底座板内侧壁之间；

19、所述竖向受压测力组件设于所述下座板底面与所述底座板顶面之间。

20、作为进一步优选的，所述底座板上设有容纳所述竖向受压测力组件穿过的抽动孔，所述竖向受压测力组件包括抽动座、传感器底座、固定螺栓以及受压测力传感器，所述抽动座通过固定螺栓与所述底座板固定连接，所述传感器底座设于所述抽动座上，所述受压测力传感器设于所述传感器底座上，且该受压测力传感器的顶面与下座板底面接触。

21、作为进一步优选的，所述抽动座包括一体成形的螺栓连接部、连接部以及抽动楔形部，所述螺栓连接部和连接部垂直连接，以构成倒l形结构，且所述固定螺栓设于所述连接部的下方，所述抽动楔形部为楔形结构，其顶面设于所述连接部的侧壁中部，且沿所述竖向拉压支座径向逐渐下降，所述抽动楔形部的底面与所述连接部的底面平齐且位于同一水平面，所述传感器底座底面与所述抽动座顶面形状相匹配。

22、作为进一步优选的，所述下座板为圆形凸台结构，其包括从下至上固定连接的大凸台和小凸台；

23、所述压板为环形结构，其大半径端通过螺栓固定件与所述底座板固定连接，小半径端底面与大凸台顶面连接，且所述压板底面还还开设有容纳所述竖向受拉测力传感器的凹槽；

24、所述底座板与大凸台的接触面上设有容纳所述水平受力传感器的凹槽。

25、作为进一步优选的，所述小球冠与所述大球冠之间设有中滑板；

26、所述大球冠与所述下座板之间设有下滑板；

27、所述侧向挡块通过剪力销钉与所述上座板固定连接，所述侧向挡块内壁与大球冠之间还设有侧向不锈钢镜面。

28、按照本发明的另一个方面，还提供了一种竖向拉压支座多自由度工作状态的监测方法，采用如上所述的任意实施例或多个实施例组合的竖向拉压支座实现，包括：

29、采用滑板剩余厚度预警装置测量所述上滑板厚度，并在所述上滑板厚度小于阈值时触发报警；

30、采用支座转角监测装置监测竖向拉压支座的偏载状态；

31、采用支座力监测装置监测竖向拉压支座的竖向受拉、水平受力以及竖向受压；

32、根据所述滑板剩余厚度预警装置、支座转角监测装置以及支座力监测装置的测量值对支座的多自由度工作状态进行综合评价。

33、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，主要具备以下的技术优点：

34、1.本发明在确保桥梁在正常工况下的位移和转动需求得到满足的条件下，通过集成多种监测组件，实现了对桥梁支座多自由度工作状态的全面智能化监测与管理，根据监测结果，可以对支座的偏载状态、滑移状态、不均匀磨损状态等多自由度工作状态进行综合评价，从而实现对桥梁支座健康状态的智能诊断和预警，极大提升了桥梁的维护效率和安全性，确保了桥梁结构的长期稳定与可靠性。

35、2.本发明通过设置多自由度工作状态监测系统，实现了对竖向拉压支座的滑板剩余厚度、转角以及受力状态的实时监测。特别是滑板剩余厚度预警装置能够在上滑板的厚度小于预设阈值时及时触发报警，从而提高了支座磨损状况的监测精确性和实时性。

36、3.本发明压板和底座板通过螺栓进行固定连接，在受拉测力传感器数据传输异常时，可通过将固定螺栓拧松，取出压板，对受拉测力传感器进行快速更换。

37、4.本发明通过在上座板与上滑板之间设置滑动不锈钢镜面，并配合间隙变化传感器和报警器的使用，本技术方案能够在滑板磨损至潜在危险厚度前发出预警，有效避免了因滑板过度磨损导致的支座功能失效，增强了支座使用的安全性与可靠性。

38、5.本发明支座转角监测装置中的倾角仪能够监测竖向拉压支座纵桥向和横桥向的转角，结合支座力监测装置的测量值，可以准确判断支座是否处于偏载状态，从而实现对支座偏载状态的有效监测和预警。

39、6.本发明通过实时监测支座的工作状态，可以减少对人工检测的依赖，降低检测成本，提高检测效率。同时，准确的监测数据有助于优化支座的维护与管养计划，延长支座的使用寿命。

40、7.本发明竖向受拉测力传感器、水平受力传感器以及竖向受压测力组件的设置，使得支座可以适应不同的受力情况，包括竖向拉力、水平力和竖向压力。这种多自由度的监测能力提升了支座结构的适应性和灵活性，使其能够更好地适应复杂的工作环境。

技术特征：

1.一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述上座板(1)与上滑板(3)之间还设有滑动不锈钢镜面(101)，所述滑板剩余厚度预警装置(15)包括设于所述大球冠(4)顶面的多个间隙变化传感器和报警器，多个所述间隙变化传感器沿所述上滑板(3)外侧周向阵列布置，且所述间隙变化传感器用于在所述上滑板(3)高度小于阈值时，与所述滑动不锈钢镜面(101)接触形成闭合回路，以触发报警器。

3.根据权利要求2所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述间隙变化传感器的高度可调，以此方式，在每处位置布置高度不同的间隙变化传感器，从而通过不同高度间隙变化传感器对应的报警信息实现所述上滑板(3)剩余外露厚度的实时监测。

4.根据权利要求1所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述支座转角监测装置包括设于所述侧向挡块(2)上的多个倾角仪(16)，该倾角仪(16)用于监测竖向拉压支座纵桥向和横桥向的转角。

5.根据权利要求1所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述支座力监测包括竖向受拉测力传感器(10)、水平受力传感器(9)以及竖向受压测力组件(11)，其中，

6.根据权利要求5所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述底座板(13)上设有容纳所述竖向受压测力组件(11)穿过的抽动孔，所述竖向受压测力组件(11)包括抽动座(1101)、传感器底座(1102)、固定螺栓(1103)以及受压测力传感器(1104)，所述抽动座(1101)通过固定螺栓(1103)与所述底座板(13)固定连接，所述传感器底座(1102)设于所述抽动座(1101)上，所述受压测力传感器(1104)设于所述传感器底座(1102)上，且该受压测力传感器(1104)的顶面与下座板(12)底面接触。

7.根据权利要求6所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述抽动座(1101)包括一体成形的螺栓连接部、连接部以及抽动楔形部，所述螺栓连接部和连接部垂直连接，以构成倒l形结构，且所述固定螺栓(1103)设于所述连接部的下方，所述抽动楔形部为楔形结构，其顶面设于所述连接部的侧壁中部，且沿所述竖向拉压支座径向逐渐下降，所述抽动楔形部的底面与所述连接部的底面平齐且位于同一水平面，所述传感器底座(1102)底面与所述抽动座(1101)顶面形状相匹配。

8.根据权利要求5所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述下座板(12)为圆形凸台结构，其包括从下至上固定连接的大凸台和小凸台；

9.根据权利要求1-8任一项所述的一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座，其特征在于，所述小球冠(6)与所述大球冠(4)之间设有中滑板(7)；

10.一种竖向拉压支座多自由度工作状态的监测方法，采用如权利要求1-9任一项所述的竖向拉压支座实现，其特征在于，包括：

技术总结
本发明属于桥梁结构基础设备技术领域，并具体公开了一种可识别多自由度工作状态的竖向拉压支座及方法。包括：上座板、上滑板、大球冠、小球冠、侧向挡块、下座板、抗拉轴、底座板、压板以及多自由度工作状态监测系统，该多自由度工作状态监测系统包括滑板剩余厚度预警装置、支座转角监测装置以及支座力监测装置，所述滑板剩余厚度预警装置用于测量所述上滑板厚度，并在所述上滑板厚度小于阈值时触发报警，所述支座转角监测装置用于监测竖向拉压支座的偏载状态，所述支座力监测装置用于监测竖向拉压支座的竖向受拉、水平受力以及竖向受压。本发明实现了对桥梁支座多自由度工作状态的全面智能化监测与管理，提升了桥梁的维护效率和安全性。

技术研发人员：过超,吴海林,沈建良,王昭儒,刘勇,何超,张精岳,严兵,李冲,徐源庆,章郝明,夏浩,李之隆
受保护的技术使用者：中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5