本實用新型涉及支座技術領域，尤其涉及一種智能高阻尼橡膠支座、監(jiān)測支座以及智能支座系統(tǒng)。

背景技術：

目前隔震支座在橋梁領域得到廣泛應用，而隔震支座中的高阻尼橡膠支座由于其無鉛污染、隔震效果顯著、技術較為成熟，因此已在全球多個國家的實際橋梁工程中得到了大量的應用。在橋梁結構中，支座作為主要的傳力構件，其穩(wěn)定性、可靠性直接影響整個橋梁的安全性能。支座失效將導致整個橋梁的整體倒塌，造成不可估量的嚴重后果，因而支座的長期安全性就顯得尤為重要。對于采用橡膠材料的隔震支座，橡膠材料隨著使用時間的延長將逐漸老化，金屬構件也會隨著時間的推移出現(xiàn)疲勞現(xiàn)象。對于不同的工作環(huán)境下，隔震支座的耐久性如何，隔震支座是否會因為橡膠材料老化、金屬構件的疲勞等各種因素的影響而失效，這些情況都關乎橋梁整體使用的安全性。從橋梁長期健康情況來看，對隔震支座健康狀況的監(jiān)測顯得尤為重要。

現(xiàn)有技術中，對隔震支座的受力情況的監(jiān)測主要依靠壓力傳感單元，而傳感單元測得壓力后的數(shù)據信息需要通過引線導出，就需要在支座上做微孔以用于引出導線，進而導致支座整體的力學性能受到影響，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造成巨大的安全隱患；另外，傳感單元的更換也是當前支座技術領域面臨的一個難題，由于傳感單元通常與支座本體固接或埋于支座內部的原因，若要對傳感單元進行更換，則需更換整個支座，成本高且操作復雜。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型所要解決的技術問題，在于提供一種能夠實時監(jiān)測支座受力狀況、不影響支座力學性能且便于更換傳感單元的智能高阻尼橡膠支座。

本實用新型所要解決的技術問題，還在于提供一種能夠實時監(jiān)測、反映支座健康狀態(tài)的監(jiān)測支座以及智能支座系統(tǒng)。

本實用新型解決上述技術問題所采用的技術方案是：

本實用新型提供了一種智能高阻尼橡膠支座，包括頂支座板、底支座板以及固設于所述頂支座板和底支座板之間的高阻尼橡膠支座本體，還包括與所述頂支座板或底支座板層疊設置的墊板，所述頂支座板和墊板之間、或所述底支座板和墊板之間設有壓力傳感單元。

作為上述技術方案的進一步改進，所述壓力傳感單元為納米橡膠傳感器。

作為上述技術方案的進一步改進，所述墊板和納米橡膠傳感器置于所述頂支座板和高阻尼橡膠支座本體之間、或置于所述底支座板和高阻尼橡膠支座本體之間。

作為上述技術方案的進一步改進，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電橡膠，所述納米導電橡膠為摻入碳納米管的橡膠基體。

作為上述技術方案的進一步改進，在所述墊板承受橫向力的側邊設有限位單元。

作為上述技術方案的進一步改進，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邊。

作為上述技術方案的進一步改進，所述高阻尼橡膠支座本體包括若干層橡膠片、置于所述橡膠片之間的鋼板以及與上下兩端面的橡膠片相連的封板，所述橡膠片與所述鋼板之間、所述橡膠片與所述封板之間都通過硫化粘合在一起。

本實用新型提供了一種監(jiān)測支座，其包括數(shù)據采集單元、數(shù)據輸出單元以及如上所述的智能高阻尼橡膠支座，所述數(shù)據采集單元將壓力傳感單元測得的支座壓力傳輸至數(shù)據輸出單元。

本實用新型還提供了一種智能支座系統(tǒng)，其包括數(shù)據采集單元、數(shù)據輸出單元、監(jiān)控中心以及如上所述的智能高阻尼橡膠支座，所述數(shù)據采集單元將壓力傳感單元測得的支座壓力數(shù)據傳輸至所述數(shù)據輸出單元，所述數(shù)據輸出單元將壓力數(shù)據傳輸至所述監(jiān)控中心。

作為上述技術方案的進一步改進，所述監(jiān)控中心包括數(shù)據接收單元、服務器、監(jiān)測單元、分析單元以及人機交互單元，所述數(shù)據接收單元將所述數(shù)據輸出單元的壓力數(shù)據傳輸至服務器、監(jiān)測單元、分析單元、以及人機交互單元。

本實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，且能實現(xiàn)對支座受力狀態(tài)的實時監(jiān)測。

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，不需要對支座做引線微孔，保證支座的力學性能不受影響。

3、本實用新型智能支座系統(tǒng)能夠將壓力傳感單元測得的壓力數(shù)值即時傳輸至監(jiān)控中心，監(jiān)控中心再對壓力數(shù)據進行監(jiān)測和分析，實時監(jiān)測和反映支座的健康狀態(tài)。

附圖說明

圖1是本實用新型智能高阻尼橡膠支座實施例一的整體結構剖視圖；

圖2是本實用新型智能高阻尼橡膠支座實施例二的整體結構剖視圖；

圖3是本實用新型智能高阻尼橡膠支座的納米橡膠傳感器的整體結構示意圖；

圖4是本實用新型智能支座系統(tǒng)的模塊連接示意圖。

具體實施方式

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

圖1示出了本實用新型智能高阻尼橡膠支座實施例一的具體結構。如圖1所示，本實用新型智能高阻尼橡膠支座包括頂支座板11、底支座板12、高阻尼橡膠支座本體13、納米橡膠傳感器14、墊板15以及限位單元16。頂支座板11上表面固設有頂錨栓11a，底支座板12a的下表面固設有底錨栓12a，頂錨栓11a和底錨栓12a用于與橋梁等構筑物固定連接。

本實用新型智能高阻尼橡膠支座采用納米橡膠傳感器14實時對支座的受力狀況進行檢測進而得到支座豎向壓力變化數(shù)值，由于納米橡膠傳感器14厚度較薄、構造簡單，因而不影響支座的各項力學性能；橡膠的耐疲勞性能好、耐高溫，因而納米橡膠傳感器14的耐久性高，交變應力循環(huán)次數(shù)大于5000萬次。

采用納米橡膠傳感器14作為壓力的測量單元是本實用新型優(yōu)選的實施方式，當然也可以采用其他壓力傳感器，例如但不限于應變片壓力傳感器、陶瓷壓力傳感器、擴散硅壓力傳感器、壓電壓力傳感器等。

頂支座板11和高阻尼橡膠支座本體13之間、從上至下依次設有納米橡膠傳感器14和墊板15，墊板15承受橫向力的側邊設有限位單元16，以保證墊板15在橫向力作用下的穩(wěn)固性。在不同的實施例中，墊板15也可設置于頂支座板11的上方，只需保證其與頂支座板11層疊設置并在二者之間設置納米橡膠傳感器14即可。

限位單元16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的側邊，當然，限位單元16的形狀以及限位單元16的固定位置、固定方式都不局限于上述實施例，只需滿足限位功能即可。限位單元16與頂支座板11采用螺栓連接便于對納米橡膠傳感器14進行更換，若要進行更換時，先將限位單元16取下，再使用頂升設備將頂支座板11連同上方的構筑物一同頂起，便可對納米橡膠傳感器14進行更換。

高阻尼橡膠支座本體13包括若干層橡膠片13a、置于橡膠片13a之間的鋼板13b以及與上下兩端面的橡膠片13a相連的封板13c，橡膠片13a與鋼板13b之間、橡膠片13a與封板13c之間都通過硫化粘合在一起。橡膠片13a頂部的封板13c通過螺栓與墊板15固定連接，底部的封板13c則通過螺栓與底支撐板12固定連接。

為了準確測量整個支座的受力狀態(tài)，兼顧偏載情況的受力狀態(tài)監(jiān)測有效性，優(yōu)選地，納米橡膠傳感器14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14的兩電極的耐高溫屏蔽導線由墊板15和頂支座板11之間的間隙引出，不需要對支座本身做任何導線引出孔，有效保證支座的各項力學性能。

圖2示出了本實用新型智能高阻尼橡膠支座實施例二的具體結構。如圖2所示，本實用新型智能高阻尼橡膠支座包括頂支座板21、底支座板22、高阻尼橡膠支座本體23、納米橡膠傳感器24、墊板25以及限位單元26。該實施例與實施例一的區(qū)別就在于納米橡膠傳感器24和墊板25置于底支座板22和高阻尼橡膠支座本體23之間。同樣地，在不同的實施例中，墊板25也可設置于底支座板22的下方，只需保證其與底支座板21層疊設置并在二者之間設置納米橡膠傳感器24即可。

高阻尼橡膠支座本體23包括若干層橡膠片23a、置于橡膠片23a之間的鋼板23b以及與上下兩端面橡膠片23a固連的封板23c，橡膠片23a與鋼板23b、橡膠片23a與封板23c都通過硫化粘合在一起，墊板25和橡膠片23a下端的封板23c通過螺栓固定連接。

限位單元26通過螺栓與底支座板22固定連接，并設于墊板25承受橫向力的側邊。

該實施例中，納米橡膠傳感器24在更換時，需要同時將頂支座板21、頂支座板21上方的構筑物、高阻尼橡膠支座本體23以及墊板25同時頂起，再進行更換操作即可。

圖3示出了本實用新型智能高阻尼橡膠支座的納米橡膠傳感器14的整體結構示意圖。

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，使導電橡膠內部導電粒子之間的距離以及由導電粒子形成的導電網絡發(fā)生變化，表現(xiàn)出導電橡膠的電阻率及電阻發(fā)生變化，引起測量電信號的變化，進而根據導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14為多層結構，其中作為骨架層的高強度織物層14a上下間隔多層分布，在織物層14a之間用一定厚度的納米導電橡膠14b填充?？椢飳?4a的材料組織密實，具有一定的厚度、彈性和強度，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14a采用中號或高號氨綸、高彈錦綸等彈性纖維織成。同時，織物層14a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電橡膠溶液能夠滲入到空隙，增強結構的整體性。所述的納米導電橡膠14a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），多壁碳納米管的質量百分比在8%至9%之間。

納米橡膠傳感器14添加高強度織物層14a作為勁性骨架，顯著提高了納米橡膠傳感器14在0至50MPa高壓下的強度和韌性，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量配比進行稱重，倒入攪拌機中，在室溫下，進行機械研磨混合，保證碳納米管在橡膠基體中均勻分布，以制成納米導電橡膠溶液。

S2、合成：準備多塊大小相同的高強度織物，在模具底板平鋪一織物層，將S1中制備的納米導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；根據納米導電橡膠傳感元件的厚度需要，可繼續(xù)重復涂覆納米導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，給納米導電橡膠材料施加一定的壓力，保證其厚度的均勻性和密實性。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，可以按照傳感器設計要求，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層即完成大量程薄片式柔性納米導電橡膠壓力傳感器的制作。

圖4示出了本實用新型智能支座系統(tǒng)的模塊連接示意圖。本實用新型智能支座系統(tǒng)包括監(jiān)測支座和監(jiān)控中心。

監(jiān)測支座包括如上所述的智能高阻尼橡膠支座、數(shù)據采集單元、數(shù)據輸出單元以及UPS電源。數(shù)據采集單元采集智能高阻尼橡膠支座中的各個納米橡膠傳感器的壓力數(shù)據，數(shù)據輸出單元優(yōu)選為光載無線交換機，其將壓力數(shù)據傳輸至監(jiān)控中心，UPS為監(jiān)測支座內的各用電模塊提供不間斷電能。

監(jiān)控中心包括數(shù)據接收單元、服務器、監(jiān)測單元、分析單元、人機交互單元以及UPS電源。數(shù)據接收單元亦優(yōu)選為光載無線交換機，其用于接收數(shù)據輸出單元傳輸?shù)膲毫?shù)據。數(shù)據接收單元將所接收的數(shù)據傳輸至服務器、監(jiān)測單元、分析單元和人機交互單元，服務器對數(shù)據進行管理與控制，監(jiān)測單元對數(shù)據進行即時監(jiān)測，分析單元則對數(shù)據進行評估、分析。UPS電源為監(jiān)控中心內的各用電模塊提供不間斷電源。

本實用新型智能支座系統(tǒng)通過對支座的監(jiān)測數(shù)據進行采集、傳輸、監(jiān)測及分析，能夠即時了解、判斷支座的健康狀況，保證支座的使用安全。

以上是對本實用新型的較佳實施例進行了具體說明，但本實用新型并不限于所述實施例，熟悉本領域的技術人員在不違背本實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權利要求所限定的范圍內。