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专利号: 2020111442769
申请人: 安徽建筑大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,包括设置在桥墩与桥梁主梁之间的智能支座以及与智能支座进行数据通讯的监控中心,其特征在于,所述智能支座自下而上依次包括下支座板(8)、钢盆(7)、橡胶板(6)、中间钢板(4)、改性聚四氟乙烯板(3)、不锈钢冷轧钢板(2)及顶板(1),所述下支座板(8)上表面的周边位置环形分布有锚固螺栓(11),所述下支座板(8)的锚固螺栓(11)底端穿过下支座板(8)并螺纹套接有套筒(9),所述下支座板(8)的锚固螺栓(11)顶端的螺帽部与下支座板(8)上表面之间设有垫圈(10),所述套筒(9)顶端面与下支座板(8)下表面之间设有垫圈(10),所述下支座板(8)的锚固螺栓(11)底端锚固连接在桥墩的墩台上,所述下支座板(8)上表面的中心位置设有圆形凸台,所述圆形凸台的圆柱面设有螺纹槽;

所述钢盆(7)由圆筒体以及架设在圆筒体中部的隔板组成,所述圆筒体由隔板分隔成上部的光滑筒体部和下部的螺纹筒体部,所述螺纹筒体部的内侧壁设有与圆形凸台的圆柱面螺纹配合套接的梯形自锁螺纹副(12),所述圆筒体的底端面与下支座板(8)上表面之间垫设有环形垫块(13),所述环形垫块(13)的外侧壁包接有抱箍(14);

所述橡胶板(6)密封套接在光滑筒体部的底部,所述橡胶板(6)顶面的边缘垫有黄铜密封圈(15),所述中间钢板(4)的下部套接在光滑筒体部内部,且所述中间钢板(4)外侧壁下部与光滑筒体部内侧壁上部之间有缝隙,所述中间钢板(4)与所述光滑筒体部之间缝隙的顶部设置有氯丁橡胶防尘圈(16),所述氯丁橡胶防尘圈(16)具体是翻边圆环状;

所述橡胶板(6)与中间钢板(4)之间设有智能检测模块,所述智能检测模块包括绝缘无纺布(6-1)、多组压电陶瓷片(5)及高温屏蔽极细导线(17),所述绝缘无纺布(6-1)衬在橡胶板(6)顶面,所述压电陶瓷片(5)具体为圆环状,所述压电陶瓷片(5)的上表面和下表面均覆盖有金属薄膜(501),所述压电陶瓷片(5)下表面的金属薄膜(501)粘结在绝缘无纺布(6-1)上,多组所述压电陶瓷片(5)环形分布在绝缘无纺布(6-1)的上表面,任一所述压电陶瓷片(5)及其上表面和下表面的金属薄膜(501)构成一组压电单元;

任一所述压电陶瓷片(5)的两个金属薄膜(501)分别通过两根高温屏蔽极细导线(17)与电荷放大器(18)连接,所述电荷放大器(18)通过数据线电性连接有数据处理和发送单元(19),所述数据处理和发送单元(19)通过无线信号传输与远程数据接收终端(20)进行通讯连接,所述电荷放大器(18)与所述数据处理和发送单元(19)分别电性连接有UPS电源;

所述中间钢板(4)顶面开设有与改性聚四氟乙烯板(3)卡接的浅凹槽,所述改性聚四氟乙烯板(3)上部伸出浅凹槽外,所述改性聚四氟乙烯板(3)顶面均匀分布有半球形凹槽,所述半球形凹槽内填充有硅油酯,所述改性聚四氟乙烯板(3)顶面与不锈钢冷轧钢板(2)底面滑动接触,所述不锈钢冷轧钢板(2)顶面边缘通过连续焊接固接在顶板(1)底面,所述顶板(1)底面的周边位置通过锚固螺栓(11)固接在桥梁主梁的底面,所述顶板(1)底面的周边位置环形分布有锚固螺栓(11),所述顶板(1)的锚固螺栓(11)顶端穿过顶板(1)并螺纹套接有套筒(9),所述顶板(1)的锚固螺栓(11)顶端的螺帽部与顶板(1)底面之间设有垫圈(10),所述套筒(9)底端面与顶板(1)上表面之间也设有垫圈(10);

所述监控中心包括服务器、桥梁运维中心及前端控制模块,所述远程数据接收终端(20)设置在服务器中,所述前端控制模块分别通过无线信号收发器与入口车流引导装置(201)和车道引导装置(202)连接,所述入口车流引导装置(201)的两组护栏之间架设钢制主控杆,所述钢制主控杆上方设置LED显示屏,所述钢制主控杆的升降控制机构和LED显示屏分别电性连接有无线信号收发器,所述车道引导装置(202)的直杆顶端设置设有车道指示牌,所述车道指示牌也电性连接有无线信号收发器。

2.根据权利要求1所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,所述智能检测模块共包含有8组压电陶瓷片(5),多组所述高温屏蔽极细导线(17)远离对应压电陶瓷片(5)的一端通过集束处理。

3.根据权利要求1所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,所述钢盆(7)光滑筒体部的内侧壁开设有与高温屏蔽极细导线(17)卡接的细槽,所述高温屏蔽极细导线(17)与细槽之间填充有密封油。

4.根据权利要求1所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,所述压电陶瓷片(5)具体是镐钛酸铅压电陶瓷片。

5.根据权利要求1所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,所述压电陶瓷片(5)与绝缘无纺布(6-1)之间通过聚氨酯胶水黏结。

6.根据权利要求1所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,所述梯形自锁螺纹副(12)与螺纹筒体部的内侧壁之间填充有密封油。

7.根据权利要求1所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,所述环形垫块(13)由4块弧形块胶接而成。

8.可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测方法,采用权利要求1-8任一所述的可监控桥梁姿态和应力水平的支座监测系统,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一、智能检测模块的倾覆判断:压电材料在稳定状态下不显电性不产生电信号,当受到压缩时,在压缩过程中产生电极化现象,材料两个表面上产生相反的电荷;当桥梁发生震动或者有车辆驶过时,桥梁主梁的负重对各个压电陶瓷片(5)进行压缩,各个压电陶瓷片(5)所受压力不同造成形变量不同,,引起各个压电陶瓷片(5)内部正负电荷中心相对位移发生极化,使压电陶瓷片(5)两端出现极性相反的束缚电荷,每一片压电陶瓷片(5)都有独立的高温屏蔽极细导线(17)与电荷放大器(18)连接,电荷通过电荷放大器(18)处理和判断电信号的强弱以及极性,再将处理的结果通过数据处理和发送单元(19)的无线信号传输发送给远程数据接收终端(20),来实现智能判断支座是否脱空和移位,从而达到了实时监控桥梁姿态和应力水平的功能;

步骤二、监控中心的监测及预警过程:远程数据接收终端(20)将电信号发生到服务器中,服务器接收到数据后进行数据计算,判断支座脱空位置和计算倾覆风险系数,如果存在支座脱空或者风险系数达到限值,立即发送给桥梁运维中心,桥梁运维中心收到数据后进行人工确认,立即采取一系列紧急措施,立即通过远程信号控制在现场的前端模块,控制桥梁入口处的入口车流引导装置(201)和桥面上的车道引导装置(202);

入口车流引导装置(201)采用智能可升降限高架,根据远程信号数据智能升降相应的高度;

车道引导装置(202)设置在桥面上,沿车流行进方向,具体采用布置在两半桥面上方区域的智能指示牌,具体布置在智能支座的前方,当智能支座出现脱空或梁体出现倾覆风险时,根据信号数据实时指示车流行进车道,通过LED指示牌引导车流往桥面的中央区域或者是非倾斜侧行使;

由于在存在脱空情况的支座前方进行了主动干预和排除,因此行驶到存在脱空情况的支座的荷载实时发生了变化,因此支座内的基于压电效应的智能检测模块及时感受到应力变化,又实时反馈给服务器,服务器又实现上述环节及时综合评估调整前端入口车流引导装置和车道引导装置,以此来实现主动且及时排除风险,保证桥梁的通行效率和运营安全。

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