基于光纤变形传感器的测力型板式橡胶支座的制作方法

本发明涉及桥梁支座产品领域，是基于光纤变形传感器的智能测力型板式橡胶支座。

背景技术：

桥梁支座是连接桥梁上部结构与下部结构的重要构件，但其本身又是桥梁结构中易损伤却不宜修补的构件，其损坏后通常需要重新更换，更换施工会影响或中断交通，易造成经济损失和不良社会影响。

随着桥梁通行荷载和环境条件的变化，支座的受力存在较大波动，以橡胶支座为例，长期偏压可能导致支座局部橡胶开裂失效、橡胶本体挤出等病害，亦可能导致支座受力不足甚至脱空。另外，载重车辆超载现象是目前我国公路交通普遍面临的棘手问题。车辆超载导致桥梁超荷，容易对支座造成多种类型的损伤，进而引起结构整体受力状态的变化，引发更多更大的安全问题。这一风险在独柱墩型曲线桥梁上表现得尤为突出。

在传统管养模式下，支座损伤的产生和累积过程无法得到及时的发现和关注，容易发生病害累积。当前针对桥梁支座的检测尚以人工巡检方式为主，通过目测、简单量测等方式进行支座工作状态检查。但由于桥梁桥墩高度大、结构和附属设施复杂等因素，使得巡检工作常面临诸多问题和困难，桥梁支座巡检的频率和巡检效果均不够理想。因而不能及时发现桥梁支座所受的损伤，不能及时对支座进行更换，无法消除由此引起的桥梁结构安全隐患。

技术实现要素：

本发明设计了一种基于光纤变形传感器的智能测力板式橡胶支座，可实现对支座受力情况的实时监测。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于光纤变形传感器的智能测力板式橡胶支座，包括板式橡胶支座本体，其特征在于在板式橡胶支座本体中设置有光纤变形传感器，板式橡胶支座本体内设置拉索，拉索一端与光纤变形传感器相连，另一端与板式橡胶支座本体内钢板固定，通过变形传感器适应支座恒载和活载受力条件下的变形特征。

根据本发明的优选实施例，板式橡胶支座本体中设置有若干个光纤变形传感器，两个相邻光纤变形传感器之间设置连通光纤，所述板式橡胶支座本体边缘还设置有光纤传输接口，所述光纤传输接口与光纤变形传感器或连通光纤连接所述变形传感器通过光纤传输接口与外联采集设备连接，可实时监测支座受力状况，通过在线采集的手段，经云平台实时传递数据，传输至手机或电脑终端，以及时监测支座使用状况。

根据本发明的优选实施例，所述橡胶支座包括间隔设置的若干个橡胶层，两个相邻橡胶层之间设置钢板，在橡胶支架底部橡胶层内部设置预留传感器空间，且所述预留传感器空间延伸至与该橡胶层相邻的钢板底部，预留传感器空间上方设置贯通孔直至其中一层钢板的底部，并在所述贯通孔内设置拉索，拉索的一端与变形传感器相连，拉索的另一端与该层钢板的底部固定。

根据本发明的优选实施例，贯通孔贯通至最上层钢板底部，所述拉索连接变形传感器和最上层钢板。

根据本发明的优选实施例，在板式橡胶支座本体内部对称安置4个变形传感器，对称设置的2个变形传感器中心连线分别沿支座的两个主轴向布置。

本发明通过拉索，将变形传感器的变形与支座变形相关联，实现对板式橡胶支座变形的测量。进而，基于支座变形本构关系，并参照试验标定，可建立变形与支座受力的对应关系，得出支座受力。外置采集设备对变形传感器进行数据采集，可实时监测支座受力情况。

采用该智能测力板式橡胶支座，可实时监测出支座受力情况，及时发现并记录支座突发性和累积性损伤，评定支座使用状况。进而可对轻微损伤的支座进行及时有效的修补措施，避免病害进一步扩大；对脱空支座及时采取纠正措施或进行更换；对严重损坏的支座，则可及时更换，避免其影响结构整体安全，避免更大的经济损失。通过对支座受力情况的监测，还可间接反映桥梁交通荷载状况，及时发现超载车辆。

本发明的特点为：其一，本设计既可测量板式橡胶支座的较大应变（恒载作用下），也可监测其较小应变（活载作用下）。其二，发明不仅可测量支座所受的竖向力，还可适应支座在使用时可能发生的剪切位移，转角，倾斜甚至脱空，确保测力装置在支座破损前一直保持正常工作。其三，变形传感器与外置采集器相连，可实现支座受力情况的实时采集；另外，可采用同一个多通道采集箱对多个测力支座统一数据采集、统一管理。其四，通过在线采集，将数据无线传输到云平台，进而可发送至手机或电脑等客户端，实现对支座受力状况的实时监控。其五，设计方案增加了传统板式橡胶支座的智能测力功能，适用于所有类型的板式橡胶支座，符合工程实际需要，更具有优势，应用前景广泛。

附图说明

图1为本发明一实施例的智能测力板式橡胶支座的结构示意图。

图2为本发明一实施例的智能测力板式橡胶支座的局部剖视图。

图3为在线监测示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作出详细说明。

板式橡胶支座的受力特征为，长期承受桥梁上部结构恒载产生的较大变形，短期(时变)承受车辆荷载等活荷载产生的较小变形。在支座承载力条件下，竖向应变可达10000~20000με。常用应变传感器不适用于该应变区间，应通过特殊设计使得受力监测装置能够适应支座受力特征。

本发明的技术方案为：一种基于光纤变形传感器的智能测力板式橡胶支座，包括板式橡胶支座本体1，所述橡胶支座包括间隔设置的若干个橡胶层，两个相邻橡胶层之间设置钢板，其特征在于在底层橡胶层内设置有若干个预留传感器空间，且所述预留传感器空间延伸至位于该橡胶层上方且与该橡胶层相邻的底层钢板底部，两个相邻预留传感器空间之间设置光纤预留通道，每个传感器预留空间内设置一个基于位移计测试原理的大量程光纤变形传感器2，所述若干个光纤变形传感器2之间通过设置在光纤预留通道内的连通光纤3连接，所述板式橡胶支座本体边缘还设置有光纤传输接口4，所述光纤传输接口与光纤变形传感器或连通光纤连接，所述光纤变形传感器为拉索式光纤变形传感器，板式橡胶支座本体内设置拉索，拉索一端与光纤变形传感器2相连，使得所述光纤变形传感器2与底层钢板接触，拉索另一端与板式橡胶支座本体内某层钢板固定，通过拉索连接变形传感器与支座内部钢板，通过传感器测量支座的实时变形，进而可间接测量出支座的实时受力。由于变形传感器基于位移计测试原理，直接测试拉索连接的两片钢板的相对位移，而不必用应变测试载体(光纤光栅、应变丝等)直接与橡胶协同变形，从而解决了测试载体本身无法适应橡胶大变形的问题，以大量程容纳恒载作用下的橡胶变形；同时，测试精度可达1%FS，对通常车辆活载作用下的支座变形，具备足够的测试精度。

如图1所示，在一种基于光纤变形传感器的智能测力板式橡胶支座，包括板式橡胶支座本体1，其特征在于在板式橡胶支座本体1中设置有4个预留传感器空间，以及连接所述4个预留传感器空间的弧形光纤预留通道，每个传感器预留空间内设置一个光纤变形传感器2，所述4个光纤变形传感器之间通过设置在光纤预留通道内的连通光纤3连接，所述板式橡胶支座本体边缘还设置有光纤传输接口4，所述光纤传输接口4与光纤变形传感器2或连通光纤3连接，使得所述4个光纤变形传感器得以通过光纤传输接口4，与设置在外部的数据采集箱连接，以实时采集数据。所有设备内置于支座内部，支座外观与传统支座保持一致。

如图所示，所述板式橡胶支座本体1内部对称安置4个变形传感器2，图中对称的传感器中心连线分别沿支座的两个主轴向布置。

如图2所示，所述橡胶支座包括间隔设置的若干个橡胶层5，两个相邻橡胶层5之间设置钢板6，在支座底层橡胶层5内部预留空间，用于容纳安装变形传感器2。预留贯通孔7，贯通至某层钢板，可用于安装拉索8，贯通孔7预留足够空间，以防止拉索8在发生支座剪切、转动等情况下不被破坏。变形传感器b可焊接或螺栓固定于钢板6上，拉索8一端与变形传感器2连接，另一端焊接于该层钢板。在本实施例中，贯通孔7贯通至最上层钢板底部，所述拉索8连接变形传感器2和最上层钢板。图中9为支座底面，10为支座顶面。

如图3所示，通过数据采集箱10对智能测力支座进行数据采集，将数据发送至云平台，再对数据进行分析处理，最后将客户所需的信息发送至客户的手机或电脑等客户端。采用该智能测力板式橡胶支座，可及时发现并记录支座突发性和累积性损伤，评定支座使用状况，进而及时采取合理的处理措施。通过对支座受力情况的监测，还可间接反映桥梁交通荷载状况，及时发现超载车辆。

本发明既可测量板式橡胶支座的大应变（恒载作用下），也可监测其小应变（活载作用下），实现对支座受力情况进行实时监测。