本實(shí)用新型涉及支座技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種智能摩擦擺支座、監(jiān)測(cè)支座以及智能支座系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前隔震支座在橋梁領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，而隔震支座中的摩擦擺支座由于其隔震效果顯著、承受載荷大、技術(shù)較為成熟，因此已在全球多個(gè)國(guó)家的實(shí)際橋梁工程中得到了大量的應(yīng)用。在橋梁結(jié)構(gòu)中，支座作為主要的傳力構(gòu)件，其穩(wěn)定性、可靠性直接影響整個(gè)橋梁的安全性能。支座失效將導(dǎo)致整個(gè)橋梁的整體倒塌，造成不可估量的嚴(yán)重后果，同時(shí)，橋梁上部結(jié)構(gòu)或下部結(jié)構(gòu)的受力構(gòu)件存在損傷時(shí)，會(huì)發(fā)生剛度退化，進(jìn)而引起荷載的空間重分布，表現(xiàn)為支座受力狀態(tài)的變化，因而支座的長(zhǎng)期安全性對(duì)于橋梁的整體安全性就顯得尤為重要。對(duì)于摩擦擺支座而言，摩擦副的失效、金屬構(gòu)件隨著時(shí)間的推移出現(xiàn)疲勞腐蝕等現(xiàn)象都關(guān)乎橋梁整體使用的安全性。從橋梁長(zhǎng)期健康情況來看，對(duì)隔震支座健康狀況的監(jiān)測(cè)顯得尤為重要。

現(xiàn)有技術(shù)中，對(duì)隔震支座的受力情況的監(jiān)測(cè)主要依靠壓力傳感單元，而傳感單元測(cè)得壓力后的數(shù)據(jù)信息需要通過引線導(dǎo)出，就需要在支座上做微孔以用于引出導(dǎo)線，進(jìn)而導(dǎo)致支座整體的力學(xué)性能受到影響，由于橋梁的支座需要承受巨大的載荷，即便是微小的孔隙也會(huì)造成巨大的安全隱患；另外，傳感單元的更換也是當(dāng)前支座技術(shù)領(lǐng)域面臨的一個(gè)難題，由于傳感單元通常與支座本體固接或埋入支座內(nèi)部等原因，若要對(duì)傳感單元進(jìn)行更換，則需更換整個(gè)支座，成本高且操作復(fù)雜。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，在于提供一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)支座受力狀況、不影響支座力學(xué)性能且便于更換壓力傳感單元的智能摩擦擺支座。

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，還在于提供一種能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)、反映支座健康狀態(tài)的監(jiān)測(cè)支座以及智能支座系統(tǒng)。

本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

本實(shí)用新型提供了一種智能摩擦擺支座，包括頂支座板、底支座板、頂鉸接部以及底鉸接部，所述頂鉸接部與所述底鉸接部鉸接且二者都置于所述頂支座板和底支座板之間，還包括與所述頂支座板或底支座板層疊設(shè)置的墊板，所述頂支座板和墊板之間、或所述底支座板和墊板之間設(shè)有壓力傳感單元。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓力傳感單元為納米橡膠傳感器。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述墊板和納米橡膠傳感器置于所述頂支座板下方、或置于所述底支座板上方。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述納米橡膠傳感器陣列排布于所述頂支座板與墊板之間、或所述底支座板與墊板之間。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述納米橡膠傳感器包括至少兩層織物層，相鄰所述織物層之間填充有納米導(dǎo)電橡膠，所述納米導(dǎo)電橡膠為摻入碳納米管的橡膠基體。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，在所述墊板承受橫向力的側(cè)邊設(shè)有限位單元。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述限位單元為條狀鋼條或限位塊，且通過螺栓與所述頂支座板或底支座板固定連接且抵靠于所述墊板的側(cè)邊。

本實(shí)用新型提供了一種監(jiān)測(cè)支座，其包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)輸出單元以及如上所述的智能摩擦擺支座，所述數(shù)據(jù)采集單元將壓力傳感單元測(cè)得的支座壓力傳輸至數(shù)據(jù)輸出單元。

本實(shí)用新型還提供了一種智能支座系統(tǒng)，其包括數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)輸出單元、監(jiān)控中心以及如上所述的智能摩擦擺支座，所述數(shù)據(jù)采集單元將壓力傳感單元測(cè)得的支座壓力數(shù)據(jù)傳輸至所述數(shù)據(jù)輸出單元，所述數(shù)據(jù)輸出單元將壓力數(shù)據(jù)傳輸至所述監(jiān)控中心。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述監(jiān)控中心包括數(shù)據(jù)接收單元、服務(wù)器、監(jiān)測(cè)單元、分析單元以及人機(jī)交互單元，所述數(shù)據(jù)接收單元將所述數(shù)據(jù)輸出單元的壓力數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器、監(jiān)測(cè)單元、分析單元、以及人機(jī)交互單元。

本實(shí)用新型的有益效果是：

1、壓力傳感單元置于頂支座板和墊板、或底支座板和墊板之間，便于壓力傳感單元的更換，且能實(shí)現(xiàn)對(duì)支座受力狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2、壓力傳感單元的引線從頂支座板和墊板之間、或底支座板和墊板之間引出，不需要對(duì)支座做引線微孔，保證支座的力學(xué)性能不受影響。

3、本實(shí)用新型智能監(jiān)控系統(tǒng)能夠?qū)毫鞲袉卧獪y(cè)得的壓力數(shù)值即時(shí)傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心再對(duì)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和分析，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和反映支座的健康狀態(tài)。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型智能摩擦擺支座實(shí)施例一的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖2是本實(shí)用新型智能摩擦擺支座實(shí)施例二的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖3是本實(shí)用新型智能摩擦擺支座實(shí)施例三的整體結(jié)構(gòu)剖視圖；

圖4是本實(shí)用新型智能摩擦擺支座的納米橡膠傳感器的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是本實(shí)用新型智能支座系統(tǒng)的模塊連接示意圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整地描述，以充分地理解本實(shí)用新型的目的、特征和效果。顯然，所描述的實(shí)施例只是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本實(shí)用新型的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。另外，專利中涉及到的所有聯(lián)接/連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實(shí)施情況，通過添加或減少聯(lián)接輔件，來組成更優(yōu)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型中的各個(gè)技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。

圖1示出了本實(shí)用新型智能摩擦擺支座實(shí)施例一的具體結(jié)構(gòu)。如圖1所示，本實(shí)用新型智能摩擦擺支座包括頂支座板11、底支座板12、頂鉸接部13、底鉸接部14、墊板15、納米橡膠傳感器16以及限位單元17。

頂鉸接部13與墊板15滑動(dòng)連接，底鉸接部14和底支座板12滑動(dòng)連接，在此實(shí)施例中，墊板15和頂鉸接部13之間、底支座板12和底鉸接部14之間設(shè)有低摩擦材料或涂覆有低摩擦涂層，優(yōu)選為聚四氟乙烯等低摩擦材料，使墊板15和頂鉸接部13之間、底支座板12和底鉸接部14之間在溫度載荷和地震載荷作用下可以產(chǎn)生滑動(dòng)，來釋放溫度載荷和地震載荷，地震作用之后，支座會(huì)在自身受到的豎向載荷作用之下自動(dòng)回復(fù)初始平衡位置。

頂鉸接部13具有球形的凹陷面，底鉸接部14對(duì)應(yīng)頂鉸接部13的凹陷面的位置設(shè)有與凹陷面相同曲率的球形的外凸面，頂鉸接部13和底鉸接部14通過凹陷面和外凸面形成的球鉸相連，由于凹陷面和外凸面的曲率半徑相同且緊密貼合，即便頂支座板11和墊板15偏轉(zhuǎn)也能夠保證底支座板12始終保持水平。當(dāng)然，在不同的實(shí)施例中，凹陷面可以設(shè)置于底鉸接部14上，而相同曲率的外凸面則設(shè)置于頂鉸接部13上，也就是能夠使頂鉸接部13和底鉸接部14球鉸連接即可。

本實(shí)用新型智能摩擦擺支座采用納米橡膠傳感器16實(shí)時(shí)對(duì)支座的受力狀況進(jìn)行檢測(cè)進(jìn)而得到支座豎向壓力變化數(shù)值，由于納米橡膠傳感器16厚度較薄、構(gòu)造簡(jiǎn)單，因而不影響支座的各項(xiàng)力學(xué)性能；橡膠的耐疲勞性能好、耐高溫，因而納米橡膠傳感器16的耐久性高，交變應(yīng)力循環(huán)次數(shù)大于5000萬次。

采用納米橡膠傳感器16作為壓力的測(cè)量單元是本實(shí)用新型優(yōu)選的實(shí)施方式，當(dāng)然也可以采用其他壓力傳感器，例如但不限于應(yīng)變片壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴(kuò)散硅壓力傳感器、壓電壓力傳感器等。

在此較佳實(shí)施例中，墊板15和納米橡膠傳感器16設(shè)于頂支座板11的下方，墊板15承受橫向力的側(cè)邊設(shè)有限位單元17，限制頂支座板11與墊板15之間的相對(duì)位移，以保證墊板15和壓力傳感器16在水平方向的穩(wěn)固性。在不同的實(shí)施例中，墊板15也可設(shè)置于頂支座板11的上方，只需保證其與頂支座板11層疊設(shè)置并在二者之間設(shè)置納米橡膠傳感器16即可。

限位單元17優(yōu)選為圖1中所示的條狀鋼條或限位塊，且通過螺栓與頂支座板11固定連接且抵靠于墊板15的側(cè)邊，當(dāng)然，限位單元17的形狀以及限位單元17的固定位置、固定方式都不局限于上述實(shí)施例，只需滿足限位功能即可。限位單元17與墊板15采用螺栓連接便于對(duì)納米橡膠傳感器14進(jìn)行更換，若要進(jìn)行更換時(shí)，先將限位單元17取下，再使用頂升設(shè)備將頂支座板11連同上方的構(gòu)筑物一同頂起，便可對(duì)納米橡膠傳感器16進(jìn)行更換。

為了準(zhǔn)確測(cè)量整個(gè)支座的受力狀態(tài)，同時(shí)保證偏載情況下監(jiān)測(cè)的有效性，優(yōu)選地，納米橡膠傳感器16陣列排布于頂支座板11和墊板15之間，連接納米橡膠傳感器16的兩電極的耐高溫屏蔽導(dǎo)線由墊板15和頂支座板11之間的間隙引出，不需要對(duì)支座本身做任何導(dǎo)線引出孔，有效保證支座的各項(xiàng)力學(xué)性能。

圖2示出了本實(shí)用新型智能摩擦擺支座實(shí)施例二的具體結(jié)構(gòu)。該實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別就在于頂鉸接部23與墊板25固接為一體，而底鉸接部24與底支座板22依然為滑動(dòng)連接，且在滑動(dòng)接觸面設(shè)有低摩擦材料或涂覆有低摩擦涂層。

圖3示出了本實(shí)用新型智能摩擦擺支座實(shí)施例三的具體結(jié)構(gòu)。如圖3所示，本實(shí)用新型智能摩擦擺支座包括頂支座板31、底支座板32、頂鉸接部33、底鉸接部34、墊板35、納米橡膠傳感器36以及限位單元37。該實(shí)施例與實(shí)施例一的區(qū)別就在于納米橡膠傳感器36和墊板35置于底支座板32的上方。同樣地，在不同的實(shí)施例中，墊板35也可設(shè)置于底支座板32的下方，只需保證其與底支座板32層疊設(shè)置并在二者之間設(shè)置納米橡膠傳感器34即可。

該實(shí)施例中，納米橡膠傳感器36在更換時(shí)，將限位單元37取下后，再需要同時(shí)將頂支座板31、頂支座板31上方的構(gòu)筑物、頂鉸接部33、墊板35以及底鉸接部34同時(shí)頂起，再進(jìn)行更換操作即可。由于頂支座板31與頂鉸接部33之間、頂鉸接部33與底鉸接部34之間、底鉸接部34與墊板35之間都非固定連接，因而為了便于上述構(gòu)件整體頂升，優(yōu)選地，可采用一鎖緊機(jī)構(gòu)將上述構(gòu)件在頂升的過程中鎖緊為一體。

圖4示出了本實(shí)用新型智能摩擦擺支座的納米橡膠傳感器16的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

納米橡膠傳感器的工作原理：納米橡膠傳感器在外界荷載作用下發(fā)生形變，使導(dǎo)電橡膠內(nèi)部導(dǎo)電粒子之間的距離以及由導(dǎo)電粒子形成的導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)發(fā)生變化，表現(xiàn)出導(dǎo)電橡膠的電阻率及電阻發(fā)生變化，引起測(cè)量電信號(hào)的變化，進(jìn)而根據(jù)導(dǎo)電橡膠的壓阻特性可以反推得到承壓面的受力狀態(tài)。

優(yōu)選地，納米橡膠傳感器16為多層結(jié)構(gòu)，其中作為骨架層的高強(qiáng)度織物層16a上下間隔多層分布，在織物層16a之間用一定厚度的納米導(dǎo)電橡膠16b填充?？椢飳?6a的材料組織密實(shí)，具有一定的厚度、彈性和強(qiáng)度，滿足在較高壓力作用下發(fā)生彈性變形而不破壞的要求，優(yōu)選地，織物層16a采用中號(hào)或高號(hào)氨綸、高彈錦綸等彈性纖維織成。同時(shí)，織物層16a的縱橫纖維形成的紋理有一定的空隙，保證在制備過程中覆蓋在其上的納米導(dǎo)電橡膠溶液能夠滲入到空隙，增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的整體性。所述的納米導(dǎo)電橡膠16a的橡膠基體材料為硅橡膠（PDMS），其由基本組分和固化劑按照10:1的配合比組成；導(dǎo)電填料為碳納米管，優(yōu)選為多壁碳納米管（MWCNT），多壁碳納米管的質(zhì)量百分比在8%至9%之間。

納米橡膠傳感器16添加高強(qiáng)度織物層16a作為勁性骨架，顯著提高了納米橡膠傳感器16在0至50MPa高壓下的強(qiáng)度和韌性，避免發(fā)生撕裂，保證了這種傳感單元在高壓下的穩(wěn)定性和可重復(fù)性。

納米橡膠傳感器的制備主要采用溶液共混法和模壓成型，具體的制備方法如下：

S1、配料：將硅橡膠（PDMS）的基本組分、固化劑與碳納米管按照質(zhì)量配比進(jìn)行稱重，倒入攪拌機(jī)中，在室溫下，進(jìn)行機(jī)械研磨混合，保證碳納米管在橡膠基體中均勻分布，以制成納米導(dǎo)電橡膠溶液。

S2、合成：準(zhǔn)備多塊大小相同的高強(qiáng)度織物，在模具底板平鋪一織物層，將S1中制備的納米導(dǎo)電橡膠溶液均勻涂覆在織物上至一定厚度，再在其上平鋪另一織物層；根據(jù)納米導(dǎo)電橡膠傳感元件的厚度需要，可繼續(xù)重復(fù)涂覆納米導(dǎo)電橡膠溶液和增鋪織物層的過程。

S3、固化：將模具頂板放置在未固化的納米橡膠傳感器最上層織物層上，通過模具上下頂?shù)装宓倪B接作用，給納米導(dǎo)電橡膠材料施加一定的壓力，保證其厚度的均勻性和密實(shí)性。將模具放置到60℃的容器中，將容器抽成真空，放置至少300min。

在納米橡膠傳感器固化之后，可以按照傳感器設(shè)計(jì)要求，用加工刀具將固化的薄片式納米橡膠傳感器切割成需要的大小和形狀，連接上電極和絕緣保護(hù)層即完成大量程薄片式柔性納米導(dǎo)電橡膠壓力傳感器的制作。

圖5示出了本實(shí)用新型智能支座系統(tǒng)的模塊連接示意圖。本實(shí)用新型智能支座系統(tǒng)包括監(jiān)測(cè)支座和監(jiān)控中心。

監(jiān)測(cè)支座包括如上所述的智能摩擦擺支座、數(shù)據(jù)采集單元、數(shù)據(jù)輸出單元以及UPS電源。數(shù)據(jù)采集單元采集智能摩擦擺支座中的各個(gè)納米橡膠傳感器的壓力數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)輸出單元優(yōu)選為光載無線交換機(jī)，其將壓力數(shù)據(jù)傳輸至監(jiān)控中心，UPS為監(jiān)測(cè)支座內(nèi)的各用電模塊提供不間斷電能。

監(jiān)控中心包括數(shù)據(jù)接收單元、服務(wù)器、監(jiān)測(cè)單元、分析單元、人機(jī)交互單元以及UPS電源。數(shù)據(jù)接收單元亦優(yōu)選為光載無線交換機(jī)，其用于接收數(shù)據(jù)輸出單元傳輸?shù)膲毫?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)接收單元將所接收的數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器、監(jiān)測(cè)單元、分析單元和人機(jī)交互單元，服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與控制，監(jiān)測(cè)單元對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行即時(shí)監(jiān)測(cè)，分析單元?jiǎng)t對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)估、分析。UPS電源為監(jiān)控中心內(nèi)的各用電模塊提供不間斷電源。

本實(shí)用新型智能支座系統(tǒng)通過對(duì)支座的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、傳輸、監(jiān)測(cè)及分析，能夠即時(shí)了解、判斷支座的健康狀況，保證支座的使用安全。

以上是對(duì)本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例進(jìn)行了具體說明，但本實(shí)用新型并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本實(shí)用新型精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。