一种自监测拉压支座及监测、预警方法与流程

本发明属于桥梁支座，更具体地，涉及一种自监测拉压支座及监测、预警方法。

背景技术：

1、支座在桥梁结构中属于易损构件，主要起到传递上部结构载荷、适应主梁位移转动等功能。在大跨径缆索桥梁结构中，主梁在温度载荷、车辆载荷、风载等作用下时刻处于高频低幅的运动状态，较大的日累计位移导致支座经常出现滑板过度磨损或位移转动异常、卡滞等问题。我国目前在役的大跨径缆索桥正逐步进入管养时期，常规的检测手段主要依赖于人工现场检测，检测结果具有主观性和时效性，存在检测评估不客观全面和易误判漏判等问题，导致无法准确获知缆索桥支座真实的位移转动、受力等服役工作状况，存在较大的安全隐患，不利于指导支座的后期管养工作。

2、目前在役大跨径缆索桥的支座检测主要以外观检测为主，支座位移转动状况往往需要现场测量判断，且位移转角检测结果仅为某一时刻的检测值。虽然桥梁健康监测系统通常在梁端会设置位移传感器或角度传感器来监测梁端位移转动状况，由于坐标位置不同其监测的结果并不是支座位移、转动的真实值，一般是通过位移转角变化值来判断支座位移转动工作状况是否超限。同时缆索桥支座一般为拉压支座，支座实际工作状况中可能出现受压或受拉状况，而实际检测中往往无法获知支座实际受压或受拉状况，检测结果通常仅是对支座表观病害的评估。

3、针对以上问题研发一种新型测力测位移转动的拉压支座，提出摇轴转动机构解决支座受拉转动问题，并在支座内部设置测力、位移和转角传感器模块，通过数据信号采集监测系统实时反应支座在服役工作中位移/转动状况、竖向受压和受拉状况，可直观方便获知支座实时服役工作状态。同时通过采集的数据在线处理可以评估判断支座服役期的特征指标如日累计位移、位移变形极值、载荷极值等评估判断支座耐久和风险状况，进而达到对支座服役状况全面的实时监测和预警，保障支座全寿命周期的运营。

技术实现思路

1、针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种自监测拉压支座及监测、预警方法，在常规的挂钩式导向装置处设置摇轴转动组件，通过摇轴的柱面转动摩擦副满足挂钩式导轨在竖向实现受拉承载，同时实现支座的转动功能，于支座的上下分别设置十字交叉型的转动摩擦副，为支座提供纵桥向与横桥向的转动自由度，以满足桥梁的不同转动需求，并于支座内部设置监测模块，对支座在服役工作中的位移、转动以及受压受拉状况进行实时监测，以及对支座服役状况进行评估和预警，防止支座在使用过程中失效，保障装置的正常运行状态。

2、为实现以上目的，按照本发明实施例的第一方面，提供一种自监测拉压支座，包括：

3、监测组件；

4、设于支座顶部的上支座组件，所述上支座组件包括上支座板以及设于所述上支座板的上不锈钢板；

5、设于所述上支座组件下的上柱面组件，所述上柱面组件包括上柱面衬板、设于所述上柱面衬板顶部的上平面耐磨板以及安装于所述上柱面衬板底部的上柱面不锈钢板；

6、设于所述上柱面组件下的中间座组件，所述中间座组件包括中间衬板、安装于所述中间衬板顶部的上柱面耐磨板以及安装于所述中间衬板底部的下柱面耐磨板；

7、设于所述中间座组件下的下柱面组件，所述下柱面组件包括下柱面衬板、安装于所述下柱面衬板顶面的下柱面不锈钢板以及安装于所述下柱面衬板底面的下平面耐磨板；

8、设于所述下柱面组件下的下支座组件，所述下支座组件包括下支座板以及焊接于所述下支座板底部的下不锈钢板；

9、设于所述上支座组件两侧的上导轨组件，所述上导轨组件包括设于所述上支座板两侧凹槽内的上导轨；

10、设于所述下支座组件两侧的下导轨组件，所述下导轨组件包括设于所述下支座板两侧凹槽内的下导轨；

11、以及摇轴转动组件，所述摇轴转动组件包括设于所述中间衬板与上导轨之间的上摇轴结构以及设于所述中间衬板与下导轨之间的下摇轴结构，通过摇轴的柱面转动摩擦副满足挂钩式导轨在竖向实现受拉承载，同时实现支座的转动功能。

12、进一步地，所述上摇轴结构包括上摇轴，所述上摇轴顶面为柱面，底面为平面；

13、以及上摇轴耐磨条，设于所述上摇轴的底面。

14、进一步地，所述下摇轴结构包括下摇轴，所述下摇轴底面为柱面，顶面为平面；

15、以及下摇轴耐磨条，设于所述下摇轴的顶面。

16、进一步地，所述中间衬板上部纵桥向两侧伸出副耳，该副耳均底部开柱型槽；

17、下部横桥向两侧伸出副耳，该副耳均顶部开柱型槽。

18、进一步的，所述中间衬板上部副耳上的柱型槽与所述上摇轴的柱面配合，形成支座受拉的纵桥向转动副；

19、下部副耳上的柱型槽与所述下摇轴的柱面配合，形成支座受拉的横桥向转动副。

20、进一步地，所述上不锈钢板与上平面耐磨板组成纵桥向滑动摩擦副；

21、所述上柱面耐磨板与上柱面不锈钢板之间组成纵桥向受压的转动摩擦副；

22、所述下柱面不锈钢板与下柱面耐磨板之间组成横桥向受压的转动摩擦副；

23、所述下不锈钢板与下平面耐磨板之间组成横桥向滑动摩擦副。

24、进一步地，监测组件包括信号接收器、受压测力元件、受拉测力元件、位移传感器以及角度传感器；

25、所述信号接收器接收各测力元件与传感器的信号，传至桥梁健康监测系统中。

26、按照本发明实施例的第二方面，提供一种自监测拉压支座的监测方法，包括以下步骤：

27、s100、调整各测力元件和传感器的测量基准数据，拟合测力元件的载荷-电压信号关系曲线，以此作为传感器测量基准数据；以支座初始真实位移校正为位移原点；以支座初始真实转角校正为转角原点；

28、s200、各测力元件和传感器采用设定频率对支座的受力、位移以及转角进行持续测量，测量所得数据传输至信号接收器中，由信号接收器将测量数据整合后传输至桥梁健康监测系统；

29、s300、桥梁健康监测系统将接收到的整合后的数据处理转化为图像信息，将各监测项的数据以曲线图展示于中控屏幕上。

30、按照本发明实施例的第三方面，提供一种自监测拉压支座的预警方法，包括以下步骤：

31、s400、将支座服役状态划分为以下三类：健康状态、亚健康状态和危险状态；

32、s500、根据实时监测得到的数据进行对比，根据检测曲线的波动情况进行分析，结合监测数据与曲线波动情况，判定支座的运行状态；

33、s600、根据得到的判定结果，输出对应的指示效果，即：健康状态：中控屏幕上显示正常运行，绿灯常亮；亚健康状态：中控屏幕上对应支座闪黄灯，显示问题参数；危险状态：中控室发出声光报警，屏幕上显示问题参数。

34、进一步地，所述步骤s500的判断标准为：

35、对于竖向受力、水平位移以及转角三个特征指标，测量值不超过设计值的80％且监测曲线无明显跳动和波折现象，则判定为健康状态；测量值不超过设计值的80％且监测曲线出现明显跳动和波折现象，则判定为亚健康状态；测量值超过设计值的80％或监测曲线出现停滞现象，则判定为危险状态；

36、对于支座日累计位移特征指标，以24h支座累积位移为基本单位，以桥梁运营初期且剔除车辆荷载影响状况下的支座日累积位移为基准，日累计位移变化率不超过10％，则判定为健康状态；日累计位移变化率超过10％但不超过30％，则判定为亚健康状态；日累计位移变化率超过30％，则判定为危险状况；

37、四个特征指标中，均处于健康状态，则支座判定为健康状态；出现最少一个亚健康状态但未出现危险状态，则支座判定为亚健康状态；出现任意一个危险状态，则支座判定为危险状态。

38、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，能够取得下列有益效果：

39、1.本发明的一种自监测拉压支座，在常规的挂钩式导向装置处设置摇轴转动组件，通过摇轴的柱面转动摩擦副满足挂钩式导轨在竖向实现受拉承载，同时实现支座的转动功能，于支座内部设置监测模块，对支座在服役工作中的位移、转动以及受压受拉情况进行实时监测，以及对支座服役状况进行评估和预警，防止支座在使用过程中失效，控制装置的正常运行状态。

40、2.本发明的上摇轴与下摇轴配合使用，在支座上下共同形成一个十字交叉型的转动摩擦副，为支座受拉时提供纵桥向与横桥向两个方向的转动，两个方向不同的转动角度组合使支座完成设计范围内所有方向的不同角度转动，保证支座在运行过程中能够针对桥梁的外在载荷，自动做出应对的动作，进而满足桥梁各个方向的不同转动需求。

41、3.本发明的一种自监测拉压支座的监测方法，通过支座内部设置测力、位移和转角传感器模块，通过数据信号采集监测系统实时反应支座在服役工作中位移/转动状况、竖向受压和受拉状况，可直观方便获知支座实时服役工作状态，解决了常规检测结果的主观性和时效性问题。

42、4.本发明的一种自监测拉压支座的预警方法，从支座竖向受力、水平位移、纵/横桥向转角、日累计位移特征指标对支座服役状况进行评估和预警，将支座服役状态划分为健康状态、亚健康状态和危险状态，并做了定性和定量化的描述，便于桥梁管理人员实时掌握支座服役状况。