橡胶支座内力快速检测装置及方法

本发明涉及工程结构健康检测技术领域，特别是涉及一种橡胶支座内力快速检测装置及方法。

背景技术：

橡胶支座具有传递荷载、适应变形的功能，关系到整个工程结构的安全性和耐久性。橡胶支座随着使用时间的增长，橡胶材料逐渐老化，支座所受压应力可能较使用初期发生了诸多变化。建筑、桥梁等工程结构存在特殊构型，在长期蠕动的效应累积下，部分橡胶支座的实际受压状态与设计受压状态相差甚远。现有技术中，难以及时发现支座的实际压应力与设计压应力之间的偏差，难以保证橡胶支座在服役期内安全有效地工作。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种橡胶支座内力快速检测装置，驱动机构带动探针刺入橡胶支座，根据驱动机构的做功情况以及探针刺入深度，建立橡胶支座压应力和探针刺入深度之间的关系。现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度可以快速读取橡胶支座的压应力。

为此，本发明还提出一种橡胶支座内力快速检测方法。

根据本发明第一方面实施例提供的橡胶支座内力快速检测装置，包括：

驱动机构，包括驱动机构本体和沿所述驱动机构本体作直线运动的活动端；

检测机构，包括设置在所述活动端上的探针，所述探针平行于所述活动端的运动方向设置，所述探针远离所述驱动机构本体的一端为尖端；

供电机构，电连接于所述驱动机构。

根据本发明的一个实施例，所述驱动机构包括一端开口的套筒和活动插接于所述套筒内的顶杆；

所述顶杆的第一端设置于所述套筒的外侧，所述探针安装在所述顶杆的第一端上，所述顶杆的第二端插接在所述套筒内；

所述套筒内远离所述顶杆的第一端的位置设置有电动机，所述套筒内靠近所述顶杆的第一端的位置设置有滑轮，所述顶杆的第二端通过尼龙绳以及所述滑轮连接于所述电动机。

根据本发明的一个实施例，所述顶杆的第二端向所述顶杆内部凹陷形成定位孔，所述定位孔平行于所述顶杆的运动方向；

所述套筒内靠近所述顶杆的第二端的位置设置有定位杆，所述定位杆活动插接于所述定位孔。

根据本发明的一个实施例，所述供电机构为蓄电池。

根据本发明的一个实施例，所述活动端上安装有连接件，所述探针可拆卸连接于所述连接件。

根据本发明的一个实施例，所述探针上设置有刻度。

根据本发明的一个实施例，所述驱动机构上安装有照明机构。

根据本发明第二方面实施例提供的橡胶支座内力快速检测方法，包括以下步骤：

按照预定功率推动探针刺入橡胶支座，经过预定时间后读取所述探针刺入所述橡胶支座内的深度数值；

根据所述深度数值以及压应力-深度对照表查找对应的压应力。

根据本发明的一个实施例，所述根据所述深度数值以及压应力-深度对照表查找对应的压应力之前还包括：

对同类型橡胶支座施加不同的压力值，分别读取不同压力值下探针刺入橡胶支座内的深度数值，建立压应力-深度对照表。

根据本发明的一个实施例，所述按照预定功率推动探针刺入橡胶支座之前还包括：

根据橡胶支座的类型设置预定功率以及选择对应的探针。

本发明中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

驱动机构包括驱动机构本体和作直线运动的活动端，活动端上安装有探针，探针远离驱动机构本体的一端为尖端。供电机构为驱动机构提供稳定的电压，使驱动机构以预定功率带动探针刺入橡胶支座。根据驱动机构的做功情况以及探针刺入深度，建立橡胶支座压应力和探针刺入深度之间的关系。现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度，可以快速读取橡胶支座的压应力。

附图说明

图1为本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测装置的示意性结构图；

图2为本发明实施例提供的驱动机构的示意性结构图；

图3为本发明实施例提供的探针的示意性结构图；

图4为本发明实施例提供的压应力-深度对照关系示意图；

图5为本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测方法的流程图一；

图6为本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测方法的流程图二；

图7为本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测方法的流程图三。

附图标记：

1、驱动机构；11、套筒；12、顶杆；121、定位孔；13、电动机；14、滑轮；15、定位杆；2、检测机构；21、探针；22、连接件；3、供电机构；4、照明机构；100、橡胶支座。

具体实施方式

为使发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明中的附图，对发明中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于发明保护的范围。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明实施例的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明实施例中的具体含义。

在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明实施例的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

建筑、桥梁等工程结构存在特殊构型，或者在长期蠕动的效应累积下，部分橡胶支座的实际受压状态与设计状态相差甚远。现有技术中，难以及时发现支座的实际压应力与设计压应力之间的偏差，难以保证橡胶支座在服役期内安全有效地工作。

橡胶材料经过硫化工艺后，内部的分子链互相搭接形成网状结构，内部的分子链导致它具有较高的弹性。橡胶材料在没有外力作用时，内部分子链处于无序的蜷曲状态。在外力作用下，橡胶材料内部蜷曲的分子链会被拉伸，分子链趋于规则的状态。外力作用越大，链状分子被拉伸得越直，排布越规则。在宏观上，橡胶支座承受的压应力越大，对刺入其中的探针就越排斥。刺入橡胶支座的探针被橡胶紧密包裹，探针受到的摩擦阻力随橡胶支座所受压应力的增大而增大。

基于以上原理，本发明实施例提供了一种橡胶支座内力快速检测装置，请参阅图1至图4，包括驱动机构1、检测机构2以及供电机构3。

驱动机构1包括驱动机构本体以及活动端，活动端沿着驱动机构本体做直线运动。驱动机构1可以通过电动驱动，也可以通过气压或者液压驱动。

使用时，驱动机构1通过电路控制或者机械控制，使活动端沿着直线运动。

检测机构2包括探针21，探针21安装在驱动机构1的活动端上，随着活动端作直线运动，探针21远离驱动机构本体的一端为尖端。

使用时，将检测机构2设置在橡胶支座100的一侧。开启驱动机构1，活动端靠近橡胶支座100，探针21靠近橡胶支座的一端为尖端，探针21的尖端刺入橡胶支座。

需要说明的是，本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测装置，探针21刺入橡胶支座中，通过橡胶支座对探针21的摩擦阻力间接反映橡胶支座内的压应力。探针21刺入橡胶支座的过程，会对橡胶支座造成一定的损伤，因此探针21的尺寸需要严格限制。

在一项实施例中，探针21的直径不超过3mm，尽可能减少检测过程对橡胶支座的损伤。

供电机构3通过导线连接于驱动机构1，为驱动机构1提供稳定的电压，使驱动机构1以预定功率推动活动端靠近橡胶支座。

检测过程的原理如下：

驱动机构1以预定功率p推动探针21刺入橡胶支座，在一定时间t后，对探针21做的功w＝npt，n为刺入过程的能量转化效率。

根据橡胶支座内部分子链的特性可知，橡胶支座承受的压应力越大，对刺入其中的探针的摩擦阻力越大。

探针21刺入橡胶支座的过程中，克服橡胶支座摩擦阻力做的功为q＝fx＝mw＝mnpt，其中m为克服摩擦过程中的能量转化效率，f为橡胶支座对探针的摩擦阻力，x为探针刺入橡胶支座的深度。

由上述可知，m、n为常量，p、t为预定的数值。橡胶支座承受的压应力越大，对探针21的摩擦阻力f越大，探针刺入的深度x越浅。压应力与摩擦阻力f正相关，与探针刺入深度x负相关。

对目标橡胶支座进行检测前，对同类型橡胶支座施加不同的压力，建立压应力和刺入深度之间的关系曲线或者对照表，请参阅图4。现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度，可以快速读取橡胶支座的压应力。

在一项实施例中，压应力-深度对照表可以印刷装订成册，以装置配套手册的形式提供给检测人员。

在另一项实施例中，压应力-深度对照表可以制作成铭牌，铭牌固定在装置上，检测人员根据铭牌上的信息确定压应力与刺入深度之间的关系。

驱动机构1以预定功率做功，进而带动探针21刺入橡胶支座，驱动机构1的稳定性对检测结果的准确性有着较大影响。

根据本发明的一个实施例，驱动机构1包括一端开口的套筒11和活动插接在套筒11内的顶杆12。

顶杆12的第一端设置在套筒11的开口端的外部，探针21安装在顶杆12的第一端上，顶杆12的第二端活动插接在套筒11内，可以沿着套筒11做直线运动。套筒11即为驱动机构1的本体，顶杆12为驱动机构1的活动端。

套筒11内远离顶杆12的第一端的位置设置有电动机13，套筒11内靠近顶杆12的第一端的位置设置有滑轮14，顶杆12的第二端通过尼龙绳以及滑轮14连接于电动机13。

使用时，通过控制电动机13的工作电压，可以控制尼龙绳的运动速度和拉力。尼龙绳使顶杆12以预定的速度和推力向前运动，顶杆12的功率可以精确控制，有利于提升检测时的精确度。

在一项实施例中，可以采用其他弹性小、韧性好的绳索连接电动机13和顶杆12。

在一项实施例中，为了方便尼龙绳连接于顶杆12，顶杆12的第二端处设置有固定环，固定环方便了绳索的栓结。

在另一项实施例中，套筒11上安装有套筒底座，套筒底座方便了套筒11的放置，有利于将检测装置固定在橡胶支座一侧的合适位置。

根据本发明的一个实施例，顶杆12的第二端向顶杆12的内部凹陷形成定位孔121，定位孔121平行于顶杆12的运动方向。

在一项实施例中，定位孔121在顶杆12的两端之间形成通孔。

套筒11内靠近顶杆12的第二端的位置设置有定位杆15，定位杆15活动插接于定位孔121。

使用时，顶杆12向外运动，定位孔121与定位杆15发生相对滑动，可以使顶杆12稳定滑出，顶杆12的运动方向不发生偏移，有利于降低驱动机构1带来的误差。

供电机构3电连接于驱动机构1，使驱动机构1以预定功率推动探针21刺入橡胶支座。

根据本发明的一个实施例，供电机构3为柴油或者汽油发电机，可以适用于野外作业。供电机构3还设置有电压稳定器，以使驱动机构1的功率稳定。

在一项实施例中，供电机构3为蓄电池，蓄电池方便携带，工作时电压稳定，对驱动机构1的功率影响较小，有利于降低驱动机构1带来的误差。

本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测装置，现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度可以快速读取橡胶支座的压应力。橡胶支座的种类有多种，对不同类型(如橡胶材料不同、经预判可知受力情况不同)的橡胶支座进行检测时，需要选择合适的探针。

根据本发明的一个实施例，活动端上安装有连接件22，探针21可拆卸连接于连接件22。使用时，可以根据现场的需求，及时更换探针21，扩大了检测装置的适用范围。

在一项实施例中，探针21通过螺母固定在连接件22上，连接件22采用空心铁片制成。

根据本发明的一个实施例，为了方便检测人员读取橡胶支座的压应力，探针21上设置有刻度。在探针21上不同的位置直接标注橡胶支座的压应力。检测人员直接读取探针上的压应力数值，不需要先读取探针刺入深度，然后再查询对应的压应力数值，检测效率更高。

考虑到橡胶支座使用时面临的工况和实验室具备的试验条件，在探针21上标定应力值时，对橡胶支座施加的压应力最大可达到20～30mpa。

在一项实施例中，探针上除需要标定不同刺入深度所对应的压应力值以外，还必须标注该探针所适配的被测橡胶支座采用的橡胶材料等参数。

压应力值标定的单位为mpa，在每一整数点处以圆点做标记。受探针上空间的限制，只有5mpa的倍数的压应力点处有数字标记。

根据本发明的一个实施例，驱动机构1包括多个不同的档位，能以不同的功率做功。对于不同的档位，应该配备不同的探针21，探针21的后端显眼处应刻有与之配套的档位。

在一项实施例中，对于同种类型的橡胶支座也可以设置多种型号的探针，不同型号的探针直径不同，探针的直径应和其他参数一起标注在探针上。可以根据探针的刺入效果选用合适的型号。

在一项实施例中，驱动机构1采用强度高、重量轻的钢化塑料制作，探针21采用不锈钢材料制作。

橡胶支座多安装于建筑结构之间的位置，橡胶支座被建筑结构遮挡，环境阴暗，照明条件不好，检测时不方便观察橡胶支座或探针的情况。

根据本发明的一个实施例，驱动机构1上安装有照明机构4，灯光朝向探针21的位置。

使用时，探针21刺入橡胶支座，通过照明机构4了解探针21的刺入深度。照明机构4可以选用led灯，led灯的亮度较大，而且更加节能。

与此同时，本发明第二方面实施例提供了一种橡胶支座内力快速检测方法，请参阅图5至图7，包括以下步骤：

s1、按照预定功率推动探针刺入橡胶支座，经过预定时间后读取所述探针刺入所述橡胶支座内的深度数值。

s2、根据所述深度数值以及压应力-深度对照表查找对应的压应力。

可以理解的是，以预定功率p推动探针21刺入橡胶支座，在一定时间t后，对探针做的功w＝npt，n为刺入过程的能量转化效率。根据橡胶支座内部分子链的特性可知，橡胶支座承受的压应力越大，对刺入其中的探针的摩擦阻力越大。

探针21刺入橡胶支座的过程中，克服橡胶支座摩擦阻力做的功为q＝fx＝mw＝mnpt，其中m为克服摩擦过程的能量转化效率，f为橡胶支座对探针的摩擦阻力，x为探针刺入橡胶支座的深度。

根据探针刺入橡胶支座的深度数值与压应力-深度对照表可以快速查找橡胶支座上的压应力，该检测过程快捷方便，有助于检测人员了解橡胶支座的压应力情况，进而制定针对性的检修或者更换策略。

橡胶支座在不同的压力状态下摩擦阻力值是不同的，不同类型的橡胶支座在改变压力时摩擦阻力的变化程度也是不相同的。为了弄清楚橡胶支座在不同压力状态下摩擦力的变化情况，对橡胶支座进行检测前，需要对多种类型橡胶支座施加不同的压力，建立压应力和刺入深度之间的关系曲线或者对照表。

在对目标类型的橡胶支座进行检测前，需要对同类型的橡胶支座施加不同的压力，建立压应力和刺入深度之间的关系曲线或者对照表。

因此，根据所述深度数值以及压应力-深度对照表查找对应的压应力之前还包括：

s11、对同类型橡胶支座施加不同的压力值，分别读取不同压力值下探针刺入橡胶支座内的深度数值，建立压应力-深度对照表。

现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度以及预先标定的压力-深度对照表，可以快速读取橡胶支座的压应力。

本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测方法，现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度可以快速读取橡胶支座的压应力。橡胶支座的种类有多种，对不同类型的橡胶支座进行检测时，需要选择合适的探针以及和所选探针相对应的功率。

因此，按照预定功率推动探针刺入橡胶支座之前还包括：

s12、根据橡胶支座的类型设置预定功率以及选择对应的探针。

可以理解的是，根据橡胶支座的类型选择合适的检测策略，可以应用于多种类型的橡胶支座。

综上所述，本发明实施例提供的橡胶支座内力快速检测装置及方法，驱动机构包括驱动机构本体和作直线运动的活动端，活动端上安装有探针，探针远离驱动机构本体的一端为尖端。供电机构为驱动机构提供稳定的电压，使驱动机构以预定功率带动探针刺入橡胶支座。根据驱动机构的做功情况以及探针刺入深度，建立橡胶支座压应力和探针刺入深度之间的关系。现场检测时，根据探针刺入橡胶支座的深度可以快速读取橡胶支座的压应力。

在驱动机构包括定位杆的情况下，可以使顶杆的运动更加稳定，降低驱动机构带来的误差，使检测结果更准确。

在供电机构为蓄电池的情况下，方便检测人员携带，工作时电压稳定，对驱动机构的功率影响较小。

在探针可拆卸连接于连接件的情况下，探针可以根据现场检测需求进行更换，扩大了检测装置的适用范围。

在探针上设置刻度的情况下，检测人员直接读取探针上的压应力数值，不需要先读取探针刺入深度，然后再查询对应的压应力数值，检测效率更高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。