一种智能支座测力模块及其快速更换方法

技术领域

本发明涉及桥梁支座测力装置技术领域，具体而言，涉及一种智能支座测力模块及其快速更换方法。

背景技术

由于地基沉降等因素，桥梁运营一段时间后可能发生梁体变位致使支座受力不均，存在较大的安全隐患。为了确保桥梁的安全，随时监测桥梁支座受力情况，带有智能测力功能的支座需求急迫。但目前行业内大部分技术存在测力元件损坏后无法更换，或者是测力元件更换时需要顶升梁体或者是更换后测力精度不足等问题。

发明内容

本发明旨在提供一种智能支座测力模块及其快速更换方法，以解决现有的支座测力元件存在损坏后无法更换、更换时需要顶升梁体、或者更换后测力精度不足的问题。

本发明是采用以下的技术方案实现的：

一种智能支座测力模块，包括底盆、弹性体、承压板以及测力组件，所述底盆上设有盆腔，所述底盆的侧壁上开设有孔A，所述孔A与所述盆腔相连通；

所述测力组件包括测力头和测力传感器，二者相接触，所述测力头位于所述孔A内；

所述弹性体设置在所述盆腔内，所述承压板位于所述弹性体的上方，所述测力头的一端与所述弹性体的侧面抵接，所述底盆上设有止退装置，当需要更换所述测力传感器时，所述止退装置下移后能够与所述测力头的另一端抵接并保持固定。

本发明所述的智能支座测力模块具备桥梁支座受力监测功能，本发明可在测力模块受到竖向荷载时在位完成测力传感器的更换，不改变桥梁的受力状态，且更换简单方便，更换后不影响测力精度。

本发明的测力功能原理为：正常情况下止退装置与测力头分离，当承压板受到上部荷载时弹性体受到挤压并在弹性体内部产生各向相等的压强。弹性体再挤压测力头并将载荷传递给测力传感器。假设弹性体的受力面积为S1，测力头的受力面积为S2，弹性体的承压力为F1，测力传感器的读数为F2，此时压强P＝F1/S1＝F2/S2，因F2，S1，S2均为已知，由此可以等效计算出F1值。

作为优选的技术方案：

所述底盆的顶面开设有定位孔，所述定位孔内安装有所述止退装置，所述止退装置能够在所述定位孔中上下移动；

所述测力头与所述测力传感器相连接的一端设有圆锥面，所述圆锥面与所述止退装置的端部相配合，所述止退装置下移后能够抵接在所述圆锥面上，阻止所述测力头后退。

正常测力时所述止退装置与所述测力头相分离，需要更换测力传感器时，利用所述止退装置与所述测力头圆锥面相配合，使得所述止退装置抵住所述测力头，便于后续更换测力传感器。

作为优选的技术方案：

所述止退装置可以是止退螺钉，所述止退螺钉在所述定位孔中与所述底盆螺纹连接。

所述止退螺钉便于调节，通过拧紧或拧松所述止退螺钉，即可实现所述止退螺钉的上下移动，即可实现所述止退装置与所述测力头相接触或相分离。

作为优选的技术方案：

所述止退装置不限于止退螺钉，还可以采用其他杆件进行替换，能够实现上下移动，抵住测力头即可。

作为优选的技术方案：

所述弹性体与所述承压板之间设有一圈密封环，所述密封环与所述底盆的内壁面紧密配合，所述密封环外侧与所述底盆内壁面之间的距离小于1mm。用于防止弹性体在受压情况下挤入承压板与底盆内壁面之间的缝隙中发生撕裂。

作为优选的技术方案：

所述盆腔为圆柱形。

作为优选的技术方案：

所述弹性体为圆柱形，所述弹性体的圆周直径与所述盆腔的直径一致。

作为优选的技术方案：

所述密封环为圆环形。

作为优选的技术方案：

所述密封环的材质为铜合金、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、或聚醚醚酮等材料。

作为优选的技术方案：

所述弹性体的材质为高分子材料。

作为优选的技术方案：

所述弹性体采用橡胶或者聚氨酯材料。

作为优选的技术方案：

所述承压板与所述底盆的内壁面间隙配合。

确保所述承压板在受压工况下能适应一定的转角。

作为优选的技术方案：

所述底盆的侧壁上开设有孔B，所述孔B与所述孔A相连通，所述测力组件还包括传感器底座，所述测力传感器设于所述传感器底座内，所述传感器底座位于所述孔B内。

作为优选的技术方案：

所述孔B的尺寸大于所述孔A的尺寸，二者之间形成有台阶。

作为优选的技术方案：

所述测力传感器通过螺钉与所述传感器底座连接成一体。

作为优选的技术方案：

所述测力头水平放置于所述孔A内，所述测力传感器水平放置于所述孔B内。

作为优选的技术方案：

所述传感器底座的尾部设有紧固件，所述紧固件与所述底盆的侧壁可拆卸连接，用于将所述测力头、所述测力传感器以及所述传感器底座进行封装。

作为优选的技术方案：

所述紧固件为螺母，所述螺母与所述底盆的侧壁螺纹连接。

作为优选的技术方案：

所述底盆的顶面开设有孔C，所述传感器底座上开设有预留孔，所述孔C与所述预留孔相连通，且所述孔C和所述预留孔中设有导管，所述测力传感器的线缆穿过所述导管与外部数据采集装置相连接。

作为优选的技术方案：

所述测力组件的数量为1～n个，n为大于1的自然数，所述测力组件间隔分布于所述底盆的侧壁上。

作为优选的技术方案：

所述底盆的外形可为圆形或其他多边形。

一种智能支座测力模块的快速更换方法，受到桥梁荷载的情况下，在桥位处快速更换测力传感器包括以下步骤：

步骤一：调节止退装置在定位孔中下移，使其端部与测力头的圆锥面抵接；

步骤二：取下传感器底座尾部的紧固件，接着取下所述传感器底座；

步骤三：解除所述传感器底座与测力传感器的连接关系，取下所述测力传感器；

步骤四：更换新的测力传感器，将新的测力传感器安装在所述传感器底座内；

步骤五：依次安装所述传感器底座和所述紧固件；

步骤六：调节所述止退装置在所述定位孔中上移，完成测力传感器的更换。

作为优选的技术方案：

当所述止退装置为止退螺钉时，所述止退螺钉在所述定位孔中与底盆螺纹连接；

所述步骤一中，调节止退装置在定位孔中下移为：将所述止退螺钉拧紧，使其在所述定位孔中下移；

所述步骤六中，调节所述止退装置在所述定位孔中上移为：将所述止退螺钉拧松，使其在所述定位孔中上移。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

采用本发明的技术方案，不仅可以对桥梁支座受力的情况进行监测，而且可在测力模块受到竖向荷载时在位完成测力传感器的更换，不改变桥梁的受力状态，不需要顶升梁体更换简单方便，且更换后不影响测力精度。

附图说明

图1为本发明所述的智能支座测力模块的结构示意图。

图2为本发明所述的底盆的结构示意图。

图3为本发明所述的弹性体的结构示意图。

图4为本发明所述的密封环的结构示意图。

图5为本发明所述的测力组件的剖面图。

图6为本发明所述的测力头的剖面图。

图7为本发明所述的测力传感器与传感器底座的连接示意图。

图8为本发明所述的止退螺钉的结构示意图。

图9为本发明所述的底盆与测力组件布局示意一。

图10为本发明所述的底盆与测力组件布局示意二。

图11为本发明所述的底盆与测力组件布局示意三。

图标：1底盆，1-1盆腔，1-2孔A，1-3孔B，1-4孔C，2弹性体，3承压板，4密封环，5测力组件，5-1测力头，5-2测力传感器，5-3传感器底座，5-4螺钉，5-5螺母，5-6导管，5-7止退螺钉，6数据采集装置。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

实施例1

参见图1，本实施例提出一种智能支座测力模块，包括底盆1、弹性体2、承压板3、密封环4以及测力组件5，所述底盆1设于底部，所述底盆1上设有圆柱形的盆腔1-1，所述盆腔1-1内设有圆柱形的弹性体2，所述弹性体2的圆周直径与所述盆腔1-1的直径一致。优选的，所述弹性体2材质为橡胶或者聚氨酯等高分子材料。

所述承压板3位于所述弹性体2的上方，也容纳于所述盆腔1-1内，所述承压板3与所述底盆1的内壁面间隙配合，确保所述承压板3在受压工况下能适应一定的转角。

所述弹性体2与所述承压板3之间设有一圈密封环4，所述密封环4为圆环形，所述密封环4的外圆与所述底盆1的内壁面紧密配合，所述密封环4直接放置于所述弹性体2上部。优选的，所述密封环4的材质为铜合金、聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、或聚醚醚酮等材料。所述密封环4用于防止弹性体2在受压情况下挤入缝隙中发生撕裂。

如图2-图4所示，所述盆腔1-1的腔内直径、所述弹性体2的直径、所述密封环4的外径均为d。

如图2所示，所述底盆1的侧壁上开设有孔A1-2和孔B1-3，所述孔B1-3与所述孔A1-2相连通，所述孔A1-2与所述盆腔1-1相连通，所述孔B1-3的尺寸大于所述孔A1-2的尺寸，二者之间形成有台阶。

如图5所示，所述测力组件5包括测力头5-1、测力传感器5-2、传感器底座5-3、螺钉5-4、螺母5-5、导管5-6以及止退螺钉5-7。

如图6所示，所述测力头5-1为圆柱形，位于所述孔A1-2中，并在所述孔A1-2中水平设置，所述测力头5-1一端与所述弹性体2的侧面相抵接，所述测力头5-1的另一端设有与所述止退螺钉5-7配合的圆锥面。

如图7-图8所示，所述测力传感器5-2安装在所述传感器底座5-3内，并通过所述螺钉5-4连接成整体，再水平放置于底盆1侧壁处的孔B1-3内，所述测力头5-1与所述测力传感器5-2相接触，当承压板3受到上部荷载时弹性体2受到挤压并在弹性体2内部产生各向相等的压强，弹性体2再挤压测力头5-1并将载荷传递给测力传感器5-2。

所述螺母5-5设置在所述传感器底座5-3的尾部，所述螺母5-5与所述底盆1的侧壁螺纹连接。所述螺母5-5用于将所述测力头5-1、所述测力传感器5-2以及所述传感器底座5-3进行封装。

所述底盆1的顶面开设有孔C1-4，所述传感器底座5-3上开设有预留孔，所述孔C1-4与所述预留孔相连通，且所述孔C1-4和所述预留孔中设有导管5-6，所述测力传感器5-2的线缆穿过所述导管5-6与外部数据采集装置6相连接。

所述底盆1的顶面开设有定位孔，所述止退螺钉5-7安装在所述定位孔中，所述止退螺钉5-7与所述底盆1的侧壁螺纹连接。通过拧动所述止退螺钉5-7，可以使其在所述定位孔中上下移动，当拧紧所述止退螺钉5-7时，所述止退螺钉5-7下移，其端部抵接于所述测力头5-1的圆锥面上，阻止所述测力头5-1后退，进行更换所述测力传感器5-2；当拧松所述止退螺钉5-7时，所述止退螺钉5-7上移，所述止退螺钉5-7与所述测力头5-1相分离，所述测力组件5正常工作。

所述测力组件5的数量为1～n个，n为大于1的自然数，所述测力组件5间隔分布于所述底盆1的侧壁上。所述底盆1的外形可为圆形或其他多边形。

例如，如图9所示，所述底盆1为圆形，n为4，4个所述测力组件5均匀、间隔布置在所述底盆1的侧壁上。如图10所示，所述底盆1为正方形，n为4，4个所述测力组件5分别位于四条边的中点上。如图11所示，所述底盆1为正八边形，n为8，8个所述测力组件5分别位于八条边的中点上。所述测力组件5的数量不限于上面给出的例子，所述测力组件5为一个或多个。

上述智能支座测力模块的快速更换方法，包括以下步骤：

步骤一：将所述止退螺钉5-7拧紧，使其在所述定位孔中下移，使其端部与测力头5-1的圆锥面抵接；

步骤二：取下传感器底座5-3尾部的螺母5-5，接着取下所述传感器底座5-3；

步骤三：解除所述传感器底座5-3与测力传感器5-2的连接关系，取下二者之间的螺钉5-4，然后取下所述测力传感器5-2；

步骤四：更换新的测力传感器5-2，将新的测力传感器5-2安装在所述传感器底座5-3内；

步骤五：依次安装所述传感器底座5-3和所述螺母5-5；

步骤六：将所述止退螺钉5-7拧松，使其在所述定位孔中上移，所述止退螺钉5-7与所述测力头5-1相分离，完成测力传感器5-2的更换。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。