具有自检测功能的摩擦摆隔震支座的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供一种具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，属于智能支座领域。包括由上而下依次设置的上支座板、上铰接滑块、下铰接滑块和下支座板；上铰接滑块上表面为弧形，与上支座板下表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触，上铰接滑块下部设有凹球形表面，与下铰接滑块上部设有的凸球形表面相匹配并接触，下铰接滑块下表面为弧形，与下支座板上表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触；还包括至少一个薄膜式压力传感器，薄膜式压力传感器位于铰接滑块的弧形表面，前表面与支座板的滑动面相接触。该隔震支座可实时监测支座的受力情况，判断支座的健康状况。可广泛用于各种桥梁及建筑的隔震结构中，实现预警功能。
【专利说明】具有自检测功能的摩擦摆隔震支座
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种智能隔震支座，具体来说，是涉及一种可以实时监测健康状 况具有自诊断功能的摩擦摆隔震支座。
【背景技术】
[0002]目前普遍应用的支座主要包括铅芯橡胶支座、高阻尼橡胶支座和摩擦摆隔震支 座。但各种橡胶材质制成的支座由于竖向承载力较低，耐久性较差，不能单独应用于上部结 构很重并对水平位移要求较大的大型构筑物中，此时，就需用到摩擦摆隔震支座。
[0003]摩擦摆隔震支座是一种有效的干摩擦滑移隔震体系，具有良好的力学性能，并能 取得较好的隔震效果。其主要原理是将构筑物与地面隔离，利用滑动面的设计来延长构筑 物的振动周期，以大幅度减少结构地震作用的动力放大作用，它还可利用滑动面与滑块之 间的摩擦来消耗能量，减少地震能量对构筑物的破坏。一般来说，摩擦摆隔震支座主要由上 支座板、铰接滑块、下支座板组成。摩擦摆隔震支座的铰接滑块与滑动面具有相同的曲率半 径，可与滑动面完全贴合并使上支座板在支座滑动时始终保持水平，滑动面上涂有低摩擦 材料，如聚四氟乙烯(特氟龙)等，摩擦摆隔震支座摩擦滑移面为球面，从而使支座可依靠上 部结构的重力分量作为自动回复力。在地震作用下，当上部结构的惯性力超过滑动面上的 静摩擦力时，上部结构的惯性力促使滑块在其圆弧面内滑动，滑块在滑动过程中耗散地震 能量。地震作用之后，支座会在自身受到的竖向荷载作用下自动回复初始平衡位置。
[0004]从以往桥梁的破坏情况来看，大部分破坏发生在桥梁的支座处，支座作为主要的 传力构件，支座失效将导致整个桥梁的整体倒塌，造成不可估量的严重后果，支座性能的长 期稳定性的对于桥梁整体安全性具有重要的意义。
[0005]但就目前来说，还没有一种可以监测支座健康状况的设备，或者具有自监测功能 的支座，也曾有人试图采用传感器来检测支座的受力情况，但是一般的传感器无法放到支 座中，即使可以放至支座中，也会影响支座的受力，产生不良影响。
实用新型内容
[0006]针对上述问题，本实用新型提供一种具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，该支座 可以实时监测支座的受力情况，从而判断支座的健康状况。
[0007]本实用新型通过以下技术手段实现:具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，包括由 上而下依次设置的上支座板、上铰接滑块、下铰接滑块和下支座板；所述上铰接滑块上表面 为弧形，与上支座板下表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触，上铰接滑 块下部设有凹球形表面，与下铰接滑块上部设有的凸球形表面相匹配并接触，下铰接滑块 下表面为弧形，与下支座板上表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触；还 包括至少一个薄膜式压力传感器，所述薄膜式压力传感器位于铰接滑块的弧形表面，前表 面与支座板的滑动面相接触。
[0008]本实用新型还可做以下改进:[0009]所述薄膜式压力传感器为溅射薄膜压力传感器，所述溅射薄膜压力传感器包括不 锈钢膜片和设于该膜片表面的合金电阻。该传感器在压力介质直接作用的不锈钢膜片上制 作了组成惠斯登电桥的合金薄膜应变单元，该合金材料以分子形式在弹性体上淀积成合金 电阻，该电阻与弹性体以分子键合“融”为一体，因此这种压力传感器不影响支座的力学性 倉泛。
[0010]所述下支座板的滑动面与铰接滑块的下表面之间及上支座板的滑动面与上铰接 滑块之间均涂有低摩擦材料。
[0011]所述低摩擦材料为聚四氟乙烯。
[0012]所述上铰接滑块与所述上支座板固定连接。
[0013]所述铰接滑块中部还设有环形突起，使下铰接滑块中部凸球型表面与上铰接滑块 的凹球型表面形成一个转动球铰，保证上支座板在铰接滑块沿滑动面滑动时保持水平。
[0014]所述上支座板和下支座板的边缘还设有环形突起的限位装置。
[0015]薄膜式压力传感器位于下铰接滑块的弧形下表面，其正面与低摩擦材料接触，所 述下铰接滑块预留小孔，用于薄膜压力传感器导线的引出。
[0016]所述导线采用高温屏蔽极细导线。
[0017]还设有安装于支座外的信号处理设备和数据传输装置，并将支座的监测数据传输 至控制室。
[0018]与现有技术相比，本实用新型具有的有益效果为:
[0019]I)本实用新型的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，可以实时监测支座的受力情 况，从而判断支座的健康状况。并且可以通过对监测数据的后期处理实现预警功能，即当支 座应力超过允许值或刚度突然发生变化时，能够自动报警，避免桥梁等建筑的倒塌，避免惨 剧的发生。
[0020]2)本实用新型首次将用于液体压力监测的溅射薄膜压力传感器转用至具有弧形 曲面的摩擦摆隔震支座中，将溅射薄膜压力传感器的前表面与滑动面涂有的低摩擦材料胶 合，形成一个整体，并通过其背面的不锈钢膜片与铰接滑块连接在一起，与整个支座融为 一体，不影响支座的力学性能，且溅射薄膜压力传感器体积较小，更加不影响支座的力学性 倉泛。
[0021]3)本实用新型采用的溅射薄膜压力传感器具有较好疲劳性能，交变应力循环次数 >5000万次，同时，这种薄膜传感器可长时期在-40?150摄氏度的工作温度下稳定工作。
[0022]4)本实用新型的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，应用范围广，构造简单，不影 响支座的各项力学性能；成本低，适用于广泛的推广运用。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为具有自检测功能的摩擦摆隔震支座A剖面图
[0024]图2为具有自检测功能的摩擦摆隔震支座A爆炸图
[0025]图3为具有自检测功能的摩擦摆隔震支座B剖面图
[0026]图4传感器布置处局部构造图
[0027]图5为具有自检测功能的摩擦摆隔震支座设备连接图。
[0028]图中:1.上支座板；2.上铰接滑块；3.下支座板；4.薄膜式压力传感器；5.低摩擦材料；6.限位装置；7.小孔；8.导线；9.凹球形表面；10.滑动面；11.不锈钢膜片；
12.合金电阻；13.下铰接滑块。
【具体实施方式】
[0029]下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。
[0030]实施例1
[0031]具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，包括由上而下依次设置的上支座板1、上铰接 滑块13、下铰接滑块2和下支座板3 ;所述上铰接滑块13上表面为弧形，与上支座板I下表 面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触，上铰接滑块13下部设有凹球形表 面9，与下铰接滑块2上部设有的凸球形表面相匹配并接触，下铰接滑块2下表面为弧形，与 下支座板3上表面的滑动面10具有相同的曲率半径，并与该滑动面10相接触；还包括一个 薄膜式压力传感器4，所述薄膜式压力传感器4位于铰接滑块的弧形表面，前表面与支座板 的滑动面相接触。
[0032]当压力作用于薄膜压力传感器的薄膜时，使膜片产生微小的形变，使电桥产生一 个与压力成正比的高度线性、与激励电压也成正比的电压信号，该信号经过处理，转变为可 读形式的压力数据。
[0033]实施例2
[0034]如图1和图2所示的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座A，包括由上而下依次设置 的上支座板1、上铰接滑块13、下铰接滑块2和下支座板3 ;所述上铰接滑块13上表面为弧 形，与上支座板I下表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触，上铰接滑块 13下部设有凹球形表面9，与下铰接滑块2上部设有的凸球形表面相匹配并接触，下铰接滑 块2下表面为弧形，与下支座板3上表面的滑动面10具有相同的曲率半径，并与该滑动面 10相接触；还包括一个薄膜式压力传感器4，所述薄膜式压力传感器4位于铰接滑块的弧形 表面，前表面与支座板的滑动面相接触，如图4所示。
[0035]所述薄膜式压力传感器为溅射薄膜压力传感器4，所述溅射薄膜压力传感器包括 不锈钢膜片11和设于该膜片表面的合金电阻12。该传感器在压力介质直接作用的不锈钢 膜片11上制作了组成惠斯登电桥的合金薄膜应变单元，该合金材料以分子形式在弹性体 上淀积成合金电阻12，该电阻与弹性体以分子键合“融”为一体，因此这种压力传感器不影 响支座的力学性能。
[0036]所述上铰接滑块13与所述上支座板I固定连接。
[0037]所述下支座板3的滑动面10与铰接滑块2的下表面之间涂有聚四氟乙烯低摩擦 材料5。
[0038]所述铰接滑块2中部还设有环形突起，使下铰接滑块2中部凸球型表面与上铰接 滑块13的凹球型表面9形成一个转动球铰，保证上支座板I在铰接滑块2沿滑动面10滑 动时保持水平。
[0039]所述上支座板I和下支座板3的边缘还设有环形突起的限位装置6。
[0040]所述薄膜式压力传感器4位于下铰接滑块2的弧形下表面，其正面与低摩擦材料 5接触；所述下铰接滑块2预留小孔7，用于薄膜压力传感器导线8的引出，如图4所示。
[0041]所述导线8采用高温屏蔽极细导线。[0042]还设有安装于支座外的信号处理设备和数据传输装置，并将支座的监测数据传输 至控制室。
[0043]当压力作用于薄膜压力传感器时，使膜片产生微小的形变，使电桥产生一个电压 信号，该信号经过通过传感器导线传导至支座外的信号处理设备和数据传输装置，转变为 可读形式的监测数据传输至控制室，进行数据的后期处理，当支座压应力值超出允许压应 力值或刚度发生突变时发出安全警报。
[0044]实施例3
[0045]如图3所示的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座B，包括由上而下依次设置的上 支座板1、上铰接滑块13、下铰接滑块2和下支座板3 ;所述上铰接滑块13上表面为弧形， 与上支座板I下表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触，上铰接滑块13 下部设有凹球形表面9，与下铰接滑块2上部设有的凸球形表面相匹配并接触，下铰接滑块 2下表面为弧形，与下支座板3上表面的滑动面10具有相同的曲率半径，并与该滑动面10 相接触；还包括一个薄膜式压力传感器4，所述薄膜式压力传感器4位于铰接滑块的弧形表 面，前表面与支座板的滑动面相接触，如图4所示。
[0046]所述薄膜式压力传感器为溅射薄膜压力传感器4，所述溅射薄膜压力传感器包括 不锈钢膜片11和设于该膜片表面的合金电阻12。该传感器在压力介质直接作用的不锈钢 膜片11上制作了组成惠斯登电桥的合金薄膜应变单元，该合金材料以分子形式在弹性体 上淀积成合金电阻12，该电阻与弹性体以分子键合“融”为一体，因此这种压力传感器不影 响支座的力学性能。
[0047]所述下支座板3的滑动面10与铰接滑块2的下表面之间及上支座板I的滑动面 与上铰接滑块13之间均涂有低摩擦材料5。
[0048]所述低摩擦材料为聚四氟乙烯。
[0049]所述铰接滑块2中部还设有环形突起，使下铰接滑块2中部凸球型表面与上铰接 滑块13的凹球型表面9形成一个转动球铰，保证上支座板I在铰接滑块2沿滑动面10滑 动时保持水平。
[0050]所述上支座板I和下支座板3的边缘还设有环形突起的限位装置6。
[0051]所述薄膜式压力传感器4位于下铰接滑块2的弧形下表面，其正面与低摩擦材料 5接触；所述下铰接滑块2预留小孔7，用于薄膜压力传感器导线8的引出，如图4所示。
[0052]所述导线8采用高温屏蔽极细导线。
[0053]还设有安装于支座外的信号处理设备和数据传输装置，并将支座的监测数据传输 至控制室。
[0054]当压力作用于薄膜压力传感器时，使膜片产生微小的形变，使电桥产生一个电压 信号，该信号经过通过传感器导线传导至支座外的信号处理设备和数据传输装置，转变为 可读形式的监测数据传输至控制室，进行数据的后期处理，当支座压应力值超出允许压应 力值或刚度发生突变时发出安全警报。
[0055]上述的实施例仅为本实用新型的优选实施例，不能以此来限定本实用新型的权利 范围，因此，依本实用新型申请专利范围所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
【权利要求】
1.具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，包括由上而下依次设置的上支座板(I)、上铰 接滑块(13)、下铰接滑块(2)和下支座板(3);所述上铰接滑块(13)上表面为弧形，与上支 座板(I)下表面的滑动面具有相同的曲率半径，并与该滑动面相接触，上铰接滑块(13)下 部设有凹球形表面(9)，与下铰接滑块(2)上部设有的凸球形表面相匹配并接触，下铰接滑 块(2)下表面为弧形，与下支座板(3)上表面的滑动面(10)具有相同的曲率半径，并与该滑 动面(10)相接触；其特征在于:还包括至少一个薄膜式压力传感器(4)，所述薄膜式压力传 感器(4)位于铰接滑块的弧形表面，前表面与支座板的滑动面相接触。
2.根据权利要求1所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述薄膜 式压力传感器为溅射薄膜压力传感器(4)。
3.根据权利要求2所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述下支 座板(3)的滑动面(10)与下铰接滑块(2)的下表面之间及上支座板(I)的滑动面与上铰接 滑块(13 )之间均涂有低摩擦材料(5 )。
4.根据权利要求3所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述低摩 擦材料(5)为聚四氟乙烯。
5.根据权利要求4所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述上铰 接滑块(13)与所述上支座板(I)固定连接。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在 于:所述下铰接滑块(2 )中部还设有环形突起，使下铰接滑块(2 )中部凸球型表面与上铰接 滑块(13)的凹球型表面(9)形成一个转动球铰，保证上支座板(I)在下铰接滑块(2)沿滑 动面(10)滑动时保持水平。
7.根据权利要求6所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述上支 座板(I)和下支座板(3 )的边缘还设有环形突起的限位装置(6 )。
8.根据权利要求7所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述薄膜 式压力传感器(4)位于下下铰接滑块(2)的弧形下表面，其正面与低摩擦材料(5)接触；所 述下下铰接滑块(2)预留小孔(7)，用于薄膜压力传感器导线(8)的引出。
9.根据权利要求8所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:所述导线(8)采用高温屏蔽极细导线。
10.根据权利要求9所述的具有自检测功能的摩擦摆隔震支座，其特征在于:还设有安 装于支座外的信号处理设备和数据传输装置，并将支座的监测数据传输至控制室。
【文档编号】E01D19/04GK203451989SQ201320468401
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2013年8月1日
【发明者】于芳, 姜瑞娟, 陈宜言 申请人:深圳市市政设计研究院有限公司