一种支撑装置的摩擦系数的标定方法与流程

本发明涉及轨道交通结构工程技术领域，还可以应用于公路、市政、建筑等结构工程领域，具体涉及一种支撑装置的摩擦系数标定方法。

背景技术：

支承装置作为上下结构间的传力构件，被广泛应用于各个领域，特别是在桥梁工程领域，支承装置作为桥梁结构上部结构和下部结构主要传力构件，支撑装置受力的变化可很大程度上反应桥梁的整体运行情况，实现桥梁支座即桥梁竖向反力监测数据的采集，可为桥梁的健康监测提供技术依据。随着我国高速公路、铁路桥梁建设逐年增加，对桥梁支座竖向静载和动载的监测对桥梁的运行具有重要现实意义。

对于楔形类的支撑装置，在实际运营过程中，在不同的竖向压力下，楔形块滑动面的摩擦系数是随着压力变化而改变的，这样就会导致摩擦力的改变，在楔形类支撑装置通过水平力反推竖向力时，由于竖向力的求解与摩擦力相关，因此摩擦力的改变会导致竖向力的求解不准确，所以需要在出厂前对支撑装置的摩擦系数进行标定，便于在运营期时通过水平或者侧向力得出准确的摩擦系数。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种支撑装置的摩擦系数标定方法，用于在出厂前通过水平或侧向力和/或竖向力对摩擦系数进行标定，以便在运营期能通过水平或侧向力和/或竖向力直接得出准确的摩擦系数，从而得到准确的监测力值，有利于对桥梁受力的监测。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种支撑装置的摩擦系数的标定方法，包括以下步骤：

s1：根据调高机构的楔形块所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与竖向力、水平或侧向力、楔形块倾角的关系式：μ＝f(f，t，θ)；

s2：依次对调高机构施加不同的竖向力，并记录不同竖向力下对应的水平或者侧向力值；

s3：根据s2中记录的竖向力值及相对应的水平或者侧向力值，并根据s1中的关系式求解出不同水平或者侧向力值下对应的摩擦系数值；

s4：根据不同侧向力值和/或竖向力值及对应的摩擦系数值得到摩擦系数与水平或侧向力和/或竖向力的关系式，完成水平或侧向力和/或竖向力对摩擦系数的标定。

优选的，所述步骤s2还可以是依次对调高机构施加不同的水平或侧向力，并记录不同水平或侧向力下相对应的竖向力值。

优选的，在s1中所述的调高机构包括上调节板和下调节板，上调节板底面设有调节腔，调节腔内设有两个楔形块，两楔形块的顶面与调节腔的顶面接触面为斜直面或斜曲面，下调节板的上支承面与楔形块的底面为平面接触，两楔形块的相对滑动改变上调节板的高度，上、下调节板将两楔形块限制于调节腔内，根据楔形块所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与竖向力、水平或侧向力、楔形块倾角的关系式。

优选的，所述上调节板底面的调节腔呈对称的内凹结构。

优选的，所述两楔形块之间和/或侧边设有一个或者多个传感装置，传感装置连接外部的数据采集系统，出厂前，通过加载装置对上调节板施加不同的竖向力，两楔形块由于上方竖向载荷的作用，使得传感装置受水平或侧向压力，传感装置将感受到的信号通过无线或者有线网络传输至数据采集系统分析处理，得出不同竖向力所对应的水平或侧向力值，根据不同侧向力值及对应的摩擦系数值得到摩擦系数与水平或侧向力的关系式，完成水平或侧向力对摩擦系数的标定。

优选的，所述调高机构上设置有动力装置，所述动力装置为液压缸或者气压缸或者机械传动机构，通过动力装置直接对调高机构加载水平或侧向力，并记录不同水平或侧向力下对应的竖向力值，动力装置的输出端串联传感装置后与其中一楔形块侧部和/端部接触，动力装置的固定端与另一楔形块侧部和/或端部连接，动力装置输出水平或者侧向力推动两楔形块相互远离设定距离，使得上调节板高度上升到设定高程时暂停动力输出，此时动力装置施加的水平或者侧向力值可以通过输出端串联的传感装置直接准确测出，根据摩擦系数与水平或侧向力的关系式，得出对应的准确摩擦系数，在根据s1中的关系式，得出准确的竖向力，根据竖向力值及对应的摩擦系数值得到摩擦系数与竖向力的关系式，完成竖向力对摩擦系数的标定。

优选的，所述调节腔顶面与楔形块顶面之间设有上摩擦副。有利于楔形块顶面与调节腔顶面的滑动更为顺畅，同时增强相互滑动面的耐磨性，延长使用寿命。

优选的，所述上摩擦副包括耐磨板和不锈钢板，不锈钢板固定在调节腔的斜直面上，耐磨板直接或嵌入式固定在楔形块顶面。

优选的，所述楔形块底面与下调节板的上支承面之间设有下摩擦副。有利于楔形块底面与下调节板上支承面的滑动更为顺畅，同时增强相互滑动面的耐磨性，延长使用寿命。

优选的，所述下摩擦副包括不锈钢板和耐磨板，不锈钢板固定在下调节板的上支承面，耐磨板直接或嵌入式固定在楔形块底面。

本发明具有的有益效果：

1、本发明通过楔形块所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与竖向力、水平或侧向力、楔形块倾角的关系式，出厂前，通过加载装置对调高机构施加不同的竖向力，同时通过两楔形块之间的传感装置得到不同竖向力对应的水平或侧向力，或依次对调高机构施加不同的水平或侧向力，并记录不同水平或侧向力下相对应的竖向力值，再通过摩擦系数与竖向力、水平力、楔形块倾角的关系式，竖向力和水平力都是已知准确读数，这样就可得到不同水平或侧向力和/或竖向力对应的摩擦系数，并可拟合摩擦系数与水平或侧向力和/或竖向力的关系式，完成水平或侧向力和/或竖向力对摩擦系数的标定，这样在后期运营期内，通过采集不同的水平或侧向力和/或竖向力时便能得到准确的摩擦系数，从而得到准确的监测力值，有利于对桥梁受力的监测。

附图说明

图1为本发明的流程示意图；

图2为本发明调高机构位于支座芯体上方的结构示意图；

图3为调高机构与动力装置结合的结构示意图；

图4为支座芯体位于调高机构下方的结构示意图；

图5为摩擦系数与水平或侧向力的对应曲线图：

附图标记：1-上调节板，2-下调节板，3-楔形块，4-上摩擦副，5-下摩擦副，6-传感装置，7-调节腔，8-动力装置，9-支座芯体。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1、2、4、5所示，一种支撑装置的摩擦系数的标定方法，包括以下步骤：

s1：根据调高机构的楔形块3所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与竖向力、水平或侧向力、楔形块3倾角的关系式：μ＝f(f，t，θ)；

s2：依次对调高机构施加不同的竖向力，并记录不同竖向力下对应的水平或者侧向力值；还可以是依次对调高机构施加不同的水平或侧向力，并记录不同水平或侧向力下相对应的竖向力值。

s3：根据s2中记录的竖向力值及相对应的水平或者侧向力值，并根据s1中的关系式求解出不同水平或者侧向力值下对应的摩擦系数值；

s4：根据不同水平或侧向力值和/或竖向力值及对应的摩擦系数值得到摩擦系数与水平或侧向力和/或竖向力的关系式，完成水平或侧向力和/或竖向力对摩擦系数的标定。

本实施例中，实现应用中，支撑装置包括调高机构和支座芯体9，支座芯体9位于调高机构上方或者下方，根据调高机构上的楔形块3所受力的力学平衡关系，调高机构所受竖向力为f，该f在传递到两楔形块3上的竖向力分别为f/2，楔形块在竖向力的作用下，使得两楔形块3相对距离减小，此时楔形块3在水平方向受力为t，楔形块3上滑动面所受的摩擦力为f1＝n*μ，n代表垂直斜面的正压力，楔形块3底面所受摩擦力为f2＝μ*f/2，将n和f1在楔形块3上分解，根据力学平衡关系，得到n＝f/2(cosθ+μ*sinθ)，则可以推导出t＝-f2+{f(tanθ-μ)/2(1+μtanθ)}，变化后得t＝{ftanθ-2fμ-fμ²tanθ}/2(1+μtanθ)，到再通过变换得到f＝2t(1+μtanθ)/(tanθ-2μ-μ²tanθ)，将不同的竖向力施加在调高机构上，同时通过楔形块3之间的传感装置6得到对应的水平或侧向力，将不同的竖向力和对应的水平力带入该公式中，就能得到对应的摩擦系数，并可拟合摩擦系数与水平或侧向力的关系式，这样在后期运营期内，通过采集不同的水平或侧向力时便能根据标定的水平或侧向力与摩擦系数的关系，而准确得出装置的竖向受力值，在后期运营过程中，由于竖向力不可知，摩擦系数也产生了变化，就只需要采集水平或侧向力，便能通过摩擦系数与水平或侧向力的关系得到对应的摩擦系数，在将摩擦系数和水平或侧向力带入上述公式，就可以准确得到监测力值，这样更有利于对桥梁受力情况的监测。如下实验数据表格及所示：

该表格反应摩擦系数与水平或侧向力、倾角及竖向力的数据对应关系；

实施例2

如图2和4所示在s1中所述的调高机构包括上调节板1和下调节板2，上调节板1底面设有调节腔7，调节腔7呈对称的内凹结构，调节腔7内设有两个楔形块3，两楔形块3的顶面与调节腔7的顶面接触面为斜直面，下调节板2的上支承面与楔形块3的底面为平面接触，两楔形块3的相对滑动改变上调节板1的高度，上、下调节板将两楔形块3限制于调节腔7内，根据楔形块3所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与竖向力、水平或侧向力、楔形块3倾角的关系式。

所述两楔形块3之间和/或侧边设有一个或者多个传感装置6，传感装置6连接外部的数据采集系统，出厂前，通过加载装置(压力试验机)对上调节板1上施加不同的竖向力，两楔形块3由于上方竖向载荷的作用，使得传感装置6受水平或侧向压力，传感装置6将感受到的信号通过无线或者有线网络传输至数据采集系统分析处理，得出不同竖向力所对应的水平或侧向力值，根据不同侧向力值及对应的摩擦系数值得到摩擦系数与水平或侧向力的关系式，完成水平或侧向力对摩擦系数的标定。

实施例3

如图3所示，对于步骤s2中的另一种方案，采用如下结构实现：所述调高机构上设置有动力装置8，动力装置8采用液压缸或者气压缸或者机械传动机构，通过动力装置8直接对调高机构加载水平或侧向力，并记录不同水平或侧向力下对应的竖向力值，本实施例中采用液压千斤顶为两楔形块3提供动力，动力装置8的输出端串联传感装置6后与其中一楔形块3侧部和/端部接触，动力装置8的固定端与另一楔形块3侧部和/或端部连接，动力装置8输出水平或者侧向力推动两楔形块3相互远离设定距离，使得上调节板1高度上升到设定高程时暂停动力输出，此时动力装置8施加的水平或者侧向力值可以通过输出端串联的传感装置8直接准确测出，根据s4中摩擦系数与水平或侧向力的关系式，得出对应的准确摩擦系数，在根据s1中的关系式，得出准确的竖向力，根据竖向力值及对应的摩擦系数值得到摩擦系数与竖向力的关系式，完成竖向力对摩擦系数的标定。

实施例4

如图2所示，所述调节腔7顶面与楔形块3顶面之间设有上摩擦副4。有利于楔形块3顶面与调节腔7顶面的滑动更为顺畅，同时增强相互滑动面的耐磨性，延长使用寿命。所述上摩擦副4包括耐磨板和不锈钢板，不锈钢板固定在调节腔7的斜直面上，耐磨板固定在楔形块3顶面。

所述楔形块3底面与下调节板2的上支承面之间设有下摩擦副5。有利于楔形块3底面与下调节板2上支承面的滑动更为顺畅，同时增强相互滑动面的耐磨性，延长使用寿命。所述下摩擦副5包括不锈钢板和耐磨板，不锈钢板固定在下调节板2的上支承面，耐磨板固定在楔形块3底面。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。