一种多向测力球型钢支座的制作方法
【专利摘要】一种多向测力球型钢支座，以能够精确测量传输支座竖向和各向水平荷载，并能够满足梁体的正常位移及转动要求。包括上支座板、球冠衬板、活塞和下锚碇板。所述上支座板的底部具有向下延伸的环向凸台，该环向凸台与活塞的环形外侧壁之间设置测力环，测力环上沿径向间隔设置径向测力传感器。所述活塞和下锚碇板之间具有一安装空腔，安装空腔内设置其顶面、底部分别与活塞、下锚碇板接触的测力弹性体，该测力弹性体上沿径向间隔设置竖向测力传感器。
【专利说明】一种多向测力球型钢支座
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及桥梁支座，特别涉及一种多向测力球型钢支座。
【背景技术】
[0002]改革开放以来，受益于我国经济的高速增长，我国的交通运输业获得了长足发展。但同时，我国公路上违法超载现象也越来越严重。在长期承受超过设计水平的车辆荷载作用下，桥梁不断受到损伤，结构的使用性能和安全性受到损害。目前，由于超载，已有多起社会影响恶劣的桥梁垮塌事故的发生。通过对桥梁支座受力情况的测量，可判断桥梁结构是否处于正常使用状态，实现对桥梁运营状态的健康监测和极端事件的预警，避免灾难性事故的发生。同时，在地震、台风等自然灾害的作用下，通过测量桥梁上部结构对桥墩等下部结构作用力、建立桥梁结构灾害指纹数据库对于桥梁下部结构的安全评估、加固决策和防灾减灾具有重要的意义。
[0003]目前，所应用的测力支座是将现有测力支座传感器直接安装在支座结构部件上，存在测量范围小和测量精度差的不足。
[0004]传感器是测力支座最为核心的部位，现有测力支座传感器主要有传统液压测量装置和粘贴电阻式应变传感器。
[0005]液压测量装置主要应用于盆式橡胶支座上，是在支座的承压橡胶中预先埋设油腔，并设有油嘴与外面联通，通过测量油压计算出支座受力，测试方法较为落后，精度低。另夕卜，因为液体具有粘滞性，液压测量装置不能用于动荷载测试，且只能测量竖向力。由于液压式盆式橡胶测力支座技术性能落后，测量的局限性较大，迄今未能得到大规模推广应用。
[0006]电阻式应变传感器发展时间较长，技术成熟，但受温度、湿度等环境影响较大，难以准确、长期、实时地监测和记录支座的受力情况，且对位移的精确测量存在一定的障碍。粘贴式应变片耐久性差，使用寿命短。
[0007]综上，到目前为止国内外尚没有一种技术性能好的多向测力支座得到推广应用。以CN102912722A的发明专利申请说明书所公开的一种球型多向测力支座为例，该多向测力支座在结构上包括上支座板、组合下摆、底座以及多个压力传感器等，上支座板的底面为凸球缺面，组合下摆的顶面为凹球缺面，该凹球缺面由两个相同的凹球缺面或四个相同的凹球缺面拼接而成，上支座板和组合下摆为球面接触，多个压力传感器在水平方向位于组合下摆和底座的立墙之间。存在如下不足:
[0008](I)其竖向力的测量是通过设置橡胶板在支座底部，根据橡胶板承压后会发生水平流变而测量水平压力，将其换算为竖向荷载大小。该方式不是直接测量支座受力体上应力应变大小，测量精度低；其次，橡胶层容易老化，使用寿命无法保证；再次，测量体系对支座使用环境要求较高，测量精度随温度变化，且支座日常维护要求较高，测量数据易出现漂移现象，从而造成测量体系失效；
[0009](2)该专利水平力的测量采用布置于两侧导轨上且与导轨垂直的传感器来实现，只能精确测量垂直导轨方向的单向水平力，无法实现任意向水平力的精确测量。
[0010](3)传感器采用胶粘的方式连接，在使用年限内由于长期承受动荷载容易造成传感器脱落，从而导致测量体系失效。
实用新型内容
[0011]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种多向测力球型钢支座，以能够精确测量传输支座竖向和各向水平荷载，并能够满足梁体的正常位移及转动要求。
[0012]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案如下:
[0013]本实用新型的一种多向测力球型钢支座，包括上支座板、球冠衬板、活塞和下锚碇板，其特征是:所述上支座板的底部具有向下延伸的环向凸台，该环向凸台与活塞的环形外侧壁之间设置测力环，测力环上沿径向间隔设置径向测力传感器；所述活塞和下锚碇板之间具有一安装空腔，安装空腔内设置其顶面、底部分别与活塞、下锚碇板接触的测力弹性体，该测力弹性体上沿径向间隔设置竖向测力传感器。
[0014]本实用新型的有益效果是，能够实时精确测量传输支座竖向和各向水平荷载，并通过远程控制中心对桥梁受力状态进行判定，结构简单可靠，支座本体采用球型钢支座，支座承载能力大，使用寿命长；测力用传感器未安装在原球型钢支座主体构件上，对支座主体结构改动小，可以适用于各种桥梁，能够满足梁体的正常位移及转动要求；支座竖向力和水平力分开测量，竖向力测量精度可达0.1%FS0水平力测量精度为1% FS，相比传统测力支座精度提高5-10倍；测力环、测力弹性体几何形状通过分析计算得出，优化了结构的承力状态，能灵敏地反映出支座应力变化，而且降低了安装难度和安装时间，可以实现测力装置的单独更换，不影响支座使用；使用寿命可达20年，耐久性好，特别适用于自然环境险恶地区。
【专利附图】
【附图说明】
[0015]本说明书包括如下八幅附图:
[0016]图1是本实用新型一种多向测力球型钢支座的结构示意图；
[0017]图2是本实用新型一种多向测力球型钢支座的俯视图；
[0018]图3是本实用新型一种多向测力球型钢支座中测力弹性体的主视图；
[0019]图4是本实用新型一种多向测力球型钢支座中测力弹性体的立体图；
[0020]图5是本实用新型一种多向测力球型钢支座中测力弹性体的俯视图；
[0021]图6是本实用新型一种多向测力球型钢支座中测力环的俯视图；
[0022]图7是本实用新型一种多向测力球型钢支座中测力环的立体图；
[0023]图8是本实用新型一种多向测力球型钢支座中测力环的主视图；
[0024]图中标出构件及所对应的标记:上支座板10、环向凸台10a、球冠衬板11、活塞12、下锚碇板13、环形盖板14 ;测力弹性体20、承力凸台21、竖向测力传感器安装槽22、光纤槽23、定位销孔24 ;测力环30、凹槽31、径向测力传感器安装槽31a、光纤槽32、定位销孔34。
[0025]
【具体实施方式】
[0026]下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
[0027]参照图1和图2，本实用新型的一种多向测力球型钢支座包括上支座板10、球冠衬板11、活塞12和下锚碇板13，球冠衬板11的上平面与上支座板10底面之间设置有耐磨板，球冠衬板11的下球面与活塞12下凹球面之间设置有耐磨板。所述上支座板10的底部具有向下延伸的环向凸台10a，该环向凸台1a与活塞12的环形外侧壁之间设置测力环30，测力环30上沿径向间隔设置径向测力传感器。所述活塞12和下锚碇板13之间具有一安装空腔，安装空腔内设置其顶面、底部分别与活塞12、下锚碇板13接触的测力弹性体20，该测力弹性体20上沿径向间隔设置竖向测力传感器。
[0028]所述径向测力传感器、竖向测力传感器均采用溅射薄膜压力传感器。
[0029]与现在测力支座相比较，本发明一种多向测力球型钢支座具有如下几方面的优占-
^ \\\.
[0030](I)能够实时精确测量传输支座竖向和各向水平荷载，并通过远程控制中心对桥梁受力状态进行判定。结构简单可靠，支座本体采用球型钢支座，支座承载能力大，使用寿命长。测力用传感器未安装在原球型钢支座主体构件上，对支座主体结构改动小，可以适用于各种桥梁，能够满足梁体的正常位移及转动要求。
[0031](2)支座竖向力和水平力分开测量，竖向力测量精度可达0.1%FS.水平力测量精度为1% FS，相比传统测力支座精度提高5-10倍。
[0032](3)弹性体(测力弹性体20、测力环30)的几何形状通过分析计算得出，优化了结构的承力状态，能灵敏地反映出支座应力变化。弹性体材质选用特种钢材，耐疲劳性能强，在使用寿命内能够有效保障测量精度。采用独创设计的弹性体测力装置，降低了安装难度和安装时间，可以实现测力装置的单独更换，不影响支座使用。
[0033](4)采用弹性体测力方案结构简单，适用支座承载力范围大(1000kN-80000kN)。且该方案对传统支座改动小，通用性极强，可以更换支座本体结构，将弹性体用于盆式橡胶支座、摩擦摆式支座等各型支座，实现桥梁支座的智能化测力。
[0034](5)径向测力传感器、竖向测力传感器采用新型高精度溅射薄膜式传感器，创新性的将测量液、气体压强的溅射式传感器，改装并用于测量结构应力。更换传感器基座材质，并采用先进封装工艺取代传统应变片的粘贴安装方法，使其温度敏感性降低，多向测力球型钢支座无须额外进行温度补偿，且溅射薄膜传感器能耗低，对供电需求不高。
[0035](6)使用寿命可达20年，耐久性好，特别适用于自然环境险恶地区。
[0036]参照图3、图4和图5，所述测力弹性体20的顶面具有沿径向间隔均布的承力凸台21，在与各承力凸台21对应的测力弹性体20外侧壁上开设有竖向测力传感器安装槽22，开设在测力弹性体20外侧壁上的光纤槽23连通两相邻竖向测力传感器安装槽22。所述竖向测力环20具有向竖向延伸的定位销孔24，定位销对应设置于下锚碇板13上。承力凸台21的数量根据传感器使用数量确定，一般为4-8个。通过大量有限元仿真分析和参数优化比选后，在保证结构安全性的前提下，尽可能提高测量部位的受力敏感性，所述各承力凸台21的顶面积之和与测力弹性体20的截面积之比为55.1% -59.0%。
[0037]参照图6、图7和图8，所述测力环30外侧壁上具有径向均布开设凹槽31，各凹槽槽31内开设有径向测力传感器安装槽31a，开设在测力环30外侧壁上的光纤槽32连通两相邻凹槽31。所述测力环30具有向竖向延伸的定位销孔34，定位销对应设置于环形盖板14上，环形盖板14与上支座板10环向凸台1a的下端面可拆卸连接。测力环30的内侧壁与活塞12的外侧壁接触传力，根据环形构件任意方向挤压的受力原理，可确定凹槽31上径向测力传感器使用数量为4个。通过大量有限元仿真分析和参数优化比选后，在保证结构安全性的前提下，尽可能提高测量部位的受力敏感性，所述各凹槽31的底面积之和与测力环30外侧壁面积之比为31.5% -39.2%，凹槽31中心位置设置径向测力传感器安装槽31a。所述测力弹性体20、测力环30的高度为其直径的40分之一至100毫米。
[0038] 以上所述只是用图解说明本实用新型一种多向测力球型钢支座的一些原理，并非是要将本实用新型局限在所示和所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本实用新型所申请的专利范围。
【权利要求】
1.一种多向测力球型钢支座，包括上支座板(10)、球冠衬板(11)、活塞(12)和下锚碇板(13)，球冠衬板(11)的上平面与上支座板(10)底面之间设置有耐磨板，球冠衬板(11)的下球面与活塞(12)下凹球面之间设置有耐磨板，其特征是:所述上支座板(10)的底部具有向下延伸的环向凸台(10a)，该环向凸台(10a)与活塞(12)的环形外侧壁之间设置测力环(30)，测力环(30)上沿径向间隔设置径向测力传感器；所述活塞(12)和下锚碇板(13)之间具有一安装空腔，安装空腔内设置其顶面、底部分别与活塞(12)、下锚碇板(13)接触的测力弹性体(20)，该测力弹性体(20)上沿径向间隔设置竖向测力传感器。
2.如权利要求1所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述测力弹性体(20)的顶面具有沿径向间隔均布的承力凸台(21)，在与各承力凸台(21)对应的测力弹性体(20)外侧壁上开设有竖向测力传感器安装槽(22)，开设在测力弹性体(20)外侧壁上的光纤槽(23)连通两相邻竖向测力传感器安装槽(22)。
3.如权利要求2所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述测力弹性体(20)具有向竖向延伸的定位销孔(24)，定位销对应设置于下锚碇板(13)上。
4.如权利要求2所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述各承力凸台(21)的顶面积之和与测力弹性体(20)的截面积之比为55.1% -59.0%。
5.如权利要求1所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述测力环(30)外侧壁上具有径向均布开设凹槽(31)，各凹槽(31)内开设有径向测力传感器安装槽(31a)，开设在测力环(30)外侧壁上的光纤槽(32)连通两相邻凹槽(31)。
6.如权利要求5所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述测力环(30)具有向竖向延伸的定位销孔(34)，定位销对应设置于环形盖板(14)上，环形盖板(14)与上支座板(10)环向凸台(10a)的下端面可拆卸连接。
7.如权利要求5所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述各凹槽(31)的底面积之和与测力环(30)外侧壁面积之比为31.5% -39.2%。
8.如权利要求1所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述径向测力传感器、竖向测力传感器均采用溅射薄膜压力传感器。
9.如权利要求1所述的一种多向测力球型钢支座，其特征是:所述测力弹性体(20)、测力环(30)的高度为其直径的40分之一至100毫米。
【文档编号】E01D19/04GK204185764SQ201420629851
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月28日 优先权日:2014年10月28日
【发明者】杨平, 陈列, 郑晓龙, 樊启武, 张启祥, 郭红锋, 李世珩, 金怡新, 张鹤, 谭志军 申请人:中铁二院工程集团有限责任公司, 成都亚佳工程新技术开发有限公司, 株洲时代新材料科技股份有限公司