【摘 要】
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我国已经成为世界桥梁大国,但是每年都有因货车超载、结构老化等问题造成桥梁倒塌的事件,造成严重的经济损失和人员伤亡。桥梁支座是承载桥梁混凝土箱梁等的荷载,并将力传递至桥墩的关键部件,处于桥梁的“咽喉”部位。桥梁支座受力变化可以有效反应桥梁整体结构状态。为了有效获取桥梁支座受力情况,论文以单向活动球型支座为基础,从原理出发提出了一种新型多分量桥梁测力支座,使用三维建模软件和仿真软件对其关键尺寸进行了优
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我国已经成为世界桥梁大国,但是每年都有因货车超载、结构老化等问题造成桥梁倒塌的事件,造成严重的经济损失和人员伤亡。桥梁支座是承载桥梁混凝土箱梁等的荷载,并将力传递至桥墩的关键部件,处于桥梁的“咽喉”部位。桥梁支座受力变化可以有效反应桥梁整体结构状态。为了有效获取桥梁支座受力情况,论文以单向活动球型支座为基础,从原理出发提出了一种新型多分量桥梁测力支座,使用三维建模软件和仿真软件对其关键尺寸进行了优化设计、静态性能分析和动态性能分析;随后对桥梁测力支座进行加工制造和静态标定实验,验证了多分量桥梁测力支座的有效性和技术路线的可行性,为开发桥梁测力支座提供了一个新的思路和理论基础。首先介绍了桥梁测力支座的特性,包括桥梁支座本身的固有特性以及测力传感器的静态性能。然后分析了桥梁传力特性,据此在传力路径中的受力敏感点布置测力体及测力单元。测力单元分为法向测力单元和轴向测力单元。提出了开槽放置测力单元的方法,以集中应力和降低测试干扰。基于行业主要成果,总结了两类测力单元力学模型,在相同外部载荷条件下分析其应变和刚度变化,得到两类模型的优劣性,并基于两类力学模型设计了9种测力单元。随后在Ansys静力学模块下,使用控制变量法从上述9种测力单元中选择最优测力单元,包括法向测力单元和轴向测力单元。为了提升测量效果,使用Ansys中的优化算法Screening对测力单元尺寸进行优化。为了进一步验证所设计结构的合理性和工程实用性,采用Ansys仿真分析了支座性能。首先,基于Ansys对各分量进行虚拟静态标定,得到标定曲线以及灵敏度。随后,分析静态载荷轴向分量对法向分量的一阶干扰度,得到干扰度为6%,满足设计需求。然后,对比分析了多分量桥梁测力支座与目前主流测力支座前6阶模态,结果表明本文提出的测力支座具有良好动态特性。最后,在三种载荷（简谐、脉冲、阶跃）激励下校核了桥梁测力支座强度性能,结果表明该桥梁测力支座的强度满足要求。在论证测力支座设计方案的合理性后,首先,完成了测力体的加工制造,搭建了测量电路,选择了标定实验台。然后,完成了桥梁测力支座标定实验,基于标定数据,对支座各测试通道进行拟合及解耦,通过矩阵计算得到了标定矩阵,结果表明测力支座性能指标良好,测力体一阶主频达到50Hz,表明测力体刚度特性良好,能保证测试精度。最后,针对测力支座落地及推广,搭建相关监测系统,包括硬件系统和软件上位机。对硬件系统组成和上位机相关界面进行了详细功能阐述。
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