本发明涉及分离式智能球型测力支座体系装置及组装方法。
背景技术：
支座是将桥梁上部结构承受的荷重传递到下部结构并具有适应桥跨变位功能的重要结构，而球型支座是目前应用最为广泛的一种类型。目前，“客运高速”和“货运重载”是我国铁路发展的两个方向，其中高铁和重载铁路桥梁占比都能达到50%及以上，支座作为桥梁结构承上启下的重要组成部分，承担了桥梁自重、列车活载和冲击等多种荷载作用，其重要性不言而喻，而支座受力问题则直接关系到桥梁结构的运营安全，因此，实时监控、监测支座受力和保障支座结构安全十分重要。
针对支座受力监控、监测问题，很多人员都进行了相关研究，并设计了多种类型的智能测力支座，主要采用应变片、光纤应变传感器、压力薄膜、压力传感器等各种类型传感器，并将传感器埋入到支座内部相应位置，辅以相关采集设备实现支座各向力测试。虽然研发的这些智能支座均能实现荷载测试，但既有技术大都采用了在支座内部埋设传感器的方法，也大都停留在实验室应用阶段，同时具有加工复杂、成活率低，后期维修更换困难等不足之处，在具体推广应用时也存在一些问题，因此迫切需要更换一下思路，研发一种更为科学合理的智能支座。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题总的来说是提供一种分离式智能球型测力支座体系装置及组装方法；详细解决的技术问题以及取得有益效果在后述内容以及结合具体实施方式中内容具体描述。
为解决上述问题，本发明所采取的技术方案是：
一种分离式智能球型测力支座体系装置及组装方法，包括设置在桥墩与桥梁之间的支座组件、设置在支座组件上端且与桥梁下端面接触的挡块组件、以及安装在支座组件上端且与桥梁下端面接触的可拆卸的测力装置；可拆卸方式包括螺栓连接，卡接，键连接等。
支座组件包括设置在桥墩上端的下支座板、以及活动设置在下支座板上方的上座板。
作为上述技术方案的进一步改进：
在上座板上端沿着桥梁纵向方向设置有导向槽道，在测力装置下端设置有位于导向槽道上的定位导向键，上座板与测力装置通过紧固螺栓连接。
在下支座板上端内凹球面槽安装有球冠衬板，在上座板下端设置有与球冠衬板上端内凹面球接触的球面滑板，在下支座板上端四角竖直设置有上端与上座板对应下端面压力接触的水平调整螺丝，在下支座板四周水平设置有端部与上座板对应侧面压力接触的侧向调整螺栓；
测力装置包括测力元件、以及与测力元件电连接的数据接口或测力装置包括测力元件。
挡块组件包括分别设置在上座板上端的纵向可调高度挡块与横向可调高度挡块、设置在上座板与纵向可调高度挡块之间的纵向挡块连接螺栓、以及设置在上座板与横向可调高度挡块之间的横向挡块连接螺栓。
测力元件的上表面高于或等于挡块组件的上表面。
测力元件为超低高度轮辐式传感器、压电薄膜、和/或荷重传感器；
测力元件电连接有处理器，处理器电连接有与监测中心无线连接的无线通信模块。
在支座组件上设置有用于上顶桥梁的千斤顶。
在上座板上还设置有与挡块组件等高的压力感性检测装置；
压力感性检测装置包括设置在桥梁与上座板之间的压力内玻璃纤维管、套装在压力内玻璃纤维管外侧的压力外弹性套、设置在压力内玻璃纤维管封闭内腔中的压力内染料、设置在压力内玻璃纤维管与压力外弹性套之间的压力测用清水腔、与压力测用清水腔连通的压力测用输出管、以及设置在上座板外侧且与压力测用输出管连通的压力测用显示管；
压力内玻璃纤维管的最大压应力介于测力元件的最大测试压应力与安全压应力之间。
在上座板上还设置有不低于测力装置的振动疲劳测试装置；
振动疲劳测试装置包括设置在上座板外侧的振动测试管、与振动测试管连通的振动清水箱、设置在振动清水箱上方的振动疲劳应急隔板、设置在振动疲劳应急隔板上方且填充有染料的振动上弹性套、设置在振动上弹性套内且上端面高于测力元件上端面且为t型结构的振动接触导向台、设置在振动接触导向台下端且与振动疲劳应急隔板接触的振动下压头、以及套装在振动接触导向台上的振动复位弹簧；
振动疲劳应急隔板的极限疲劳强度介于测力元件的最大测试疲劳强度与安全疲劳强度之间。
一种分离式智能球型测力支座体系装置的组装方法，包括以下步骤；
步骤一，首先，在下支座板与桥墩之间放置调整垫铁；然后，将下支座板预安装在桥墩之上；其次，将水平仪放置到下支座板上端面上；再次，根据水平仪的显示，调整调整垫铁，直到下支座板上端面的平面度＜0.2mm；最后，紧固螺栓将下支座板固定在桥墩之上；
步骤二，首先，将测力装置下端的定位导向键嵌装入导向槽道，并通过紧固螺栓将上座板与测力装置连接；然后，将挡块组件通过螺栓安装到上座板上，并在挡块组件与上座板之间加入调整垫片，直到挡块组件上端面低于测力装置上端面0-0.9mm或1-2mm；其次，在上座板下端安装球冠衬板；
步骤四，首先，将球面滑板放置到下支座板的内凹球面槽中，并在内凹球面槽中分别安装挡圈与密封圈；然后，球冠衬板放置到球面滑板上；其次，在上座板上端面放置水平仪，并在球冠衬板与球面滑板之间放置铅丝，根据水平仪的显示数值以及铅丝受压力后的厚度形变，通过水平调整螺丝与侧向调整螺栓预调整上座板的高度与水平度；
步骤五，首先，将桥梁放置到上座板上；其次，在上座板上端面放置水平仪，并在球冠衬板与球面滑板之间放置铅丝，根据桥梁重力作用下，水平仪的显示数值以及铅丝受压力后的厚度形变，通过水平调整螺丝与侧向调整螺栓调整上座板的高度与水平度；
当测力装置发生损坏后，执行步骤六，首先，通过千斤顶将桥梁上顶起来；然后，将损坏的测力装置取下，并更换新的测力装置；其次根据新的测力装置的高度，增减步骤三中的调整垫片；再次，执行步骤五的内容。
作为上述技术方案的进一步改进：
在步骤二与步骤四之间还包括有同时进行或择一执行的步骤三和/或步骤iii；
其中，步骤三，首先，在上座板安装与挡块组件等高的压力感性检测装置；然后，将压力测用显示管与压力测用清水腔通过压力测用输出管连接，并将压力测用显示管放置到上座板外侧；
其中，步骤iii；首先，在上座板安装振动清水箱；然后，振动清水箱连接放置到上座板外侧的振动测试管，同时，在振动清水箱上端口密封振动疲劳应急隔板；其次，振动清水箱上端安装振动上弹性套，并在振动上弹性套内倒置上端面不低于测力装置的振动接触导向台；再次，在振动接触导向台下端安装与振动疲劳应急隔板压力接触的振动下压头，同时在振动接触导向台与振动疲劳应急隔板之间安装振动复位弹簧；最后在振动上弹性套内填充染料。
挡块组件和支座组件间通过螺栓连接，正常情况下，支座组件和测力装置共同承受桥梁上部传递的竖向力、水平力和纵向力，同时承受各个方向的变形。若测力装置发生损坏，则支座组件、测力装置和挡块共同发挥作用，共同承担荷载和变形。
支座组件与测力装置连接采用导向槽道和螺栓连接的组合方式，导向槽道沿桥梁纵向设置，设置在上座板上表面，下凹设置，在测力装置下方设置与上座板导向槽道匹配的导向槽道定位导向键，方便测力装置的安装与更换。在支座上座板上预留4-6个螺栓孔，与测力装置进行连接，起到固定测力装置并与测力装置共同抵抗支座变形的作用。
支座组件在上座板预留测力装置和档案安装螺栓孔，便于安装测力装置和挡块。测力装置可以为矩形或圆形，但装置位置需与支座下方球形支座受力位置大小一致。测力装置具有测力和承重的双重功能，高度一般需要比上座板略高1-2mm，正常情况下由测力装置承受荷载，若测力装置发生损坏，由挡板组件和上座板共同承担梁体传递下来的荷载。
测力装置包括超低高度轮辐式传感器、压电薄膜、荷重传感器等各种类型传感器及测力装置，但必须满足能同时承受多向荷载、完成动态荷载测试和抵抗侧向变形的能力。可能情况下在测力装置下方设置导向槽道，与上座板导向槽道匹配，方便将测力装置向外拖拉进行维修或者更换。测力装置外侧设置独立结构，可与外部采集设备相连进行数据采集、分析和处理，也可在测力装置外侧设置无线采集模块，直接采集无线信号，实时监测支座竖向荷载动态变化，分级预警，实行智能支座竖向荷载动态监测的自动化、网络化和智能化。
挡块组件包括纵向挡块和横向挡块两种，均为可调高度挡块，高度以略低于测力装置1~2mm为宜。因支座承受纵向力远大于横向力，纵向挡块为整体挡块，安装在支座纵向位置，且连接螺栓尺寸也需大一些；支座横向挡块尺寸较小，螺栓尺寸也小于纵向挡块连接螺栓。横纵向挡块均采用螺栓与上座板连接，但螺栓长度不得影响支座下部结构。
球形支座和测力装置相对独立，测力装置和改造后的球形支座共同组成智能测力体系装置，若测力装置发生损坏或需要更换，先用千斤顶将梁体顶升2~3mm高度，然后直接将旧测力装置从支座上方位置抽出，再将新测力装置安装到原位置即可，最后将梁体落位即可。总体来讲，采用此种分离式智能球形测力支座体系状体，梁体顶升和测力装置更换都比较简单。
上座板需要进行改造加工，首先需要将高度加高，在上座板朝向桥梁跨中方向一侧位置处开槽，槽深以略低于测力装置1~2mm为宜，开槽纵深约为上座板宽度的80%~90%，在朝向梁端一侧预留一定宽度位置不开槽，起到防止测力装置滑出支座的作用，并和测力装置一起抵抗部分纵向力。可能情况下，在上座板内设置导向槽道，与测力装置导向槽道需匹配，方便测力装置安装与更换。由于上座板高度增加，上座板与梁体螺栓尺寸可适当加大，以承担梁体传递过来的水平力作用。
本发明的有益效果不限于此描述，为了更好的便于理解，在具体实施方式部分进行了更加详细的描述。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明应急监测的结构示意图。
图3是本发明俯视的结构示意图。
图4是本发明测力装置的结构示意图。
其中：1、上座板；2、球冠衬板；3、球面滑板；4、下支座板；5、水平调整螺丝；6、侧向调整螺栓；7、测力元件；8、数据接口；9、导向槽道；10、纵向挡块连接螺栓；11、挡块组件；12、纵向可调高度挡块；13、横向可调高度挡块；14、横向挡块连接螺栓；15、紧固螺栓；16、压力感性检测装置；17、压力测用清水腔；18、压力外弹性套；19、压力内玻璃纤维管；20、压力内染料；21、压力测用输出管；22、压力测用显示管。23、振动疲劳测试装置；24、振动上弹性套；25、振动接触导向台；26、振动下压头；27、振动复位弹簧；28、振动清水箱；29、振动疲劳应急隔板；30、振动测试管。
具体实施方式
如图1-4所示，本实施例的分离式智能球型测力支座体系装置及组装方法，包括设置在桥墩与桥梁之间的支座组件、设置在支座组件上端且与桥梁下端面接触的挡块组件11、以及安装在支座组件上端且与桥梁下端面接触的可拆卸的测力装置；
支座组件包括设置在桥墩上端的下支座板4、以及活动设置在下支座板4上方的上座板1。上述可拆卸的连接方式包括螺栓连接、铆接连接、粘贴连接等方式。
在上座板1上端沿着桥梁纵向方向设置有导向槽道9，在测力装置下端设置有位于导向槽道9上的定位导向键，上座板1与测力装置通过紧固螺栓15连接。
在下支座板4上端内凹球面槽安装有球冠衬板2，在上座板1下端设置有与球冠衬板2上端内凹面球接触的球面滑板3，在下支座板4上端四角竖直设置有上端与上座板1对应下端面压力接触的水平调整螺丝5，在下支座板4四周水平设置有端部与上座板1对应侧面压力接触的侧向调整螺栓6；
测力装置包括测力元件7、以及与测力元件7电连接的数据接口8或测力装置包括测力元件7。
挡块组件11包括分别设置在上座板1上端的纵向可调高度挡块12与横向可调高度挡块13、设置在上座板1与纵向可调高度挡块12之间的纵向挡块连接螺栓10、以及设置在上座板1与横向可调高度挡块13之间的横向挡块连接螺栓14。
测力元件7的上表面高于或等于挡块组件11的上表面。
测力元件7为超低高度轮辐式传感器、压电薄膜、和/或荷重传感器；
测力元件7电连接有处理器，处理器电连接有与监测中心无线连接的无线通信模块。
在支座组件上设置有用于上顶桥梁的千斤顶。
在上座板1上还设置有与挡块组件11等高的压力感性检测装置16；
压力感性检测装置16包括设置在桥梁与上座板1之间的压力内玻璃纤维管19、套装在压力内玻璃纤维管19外侧的压力外弹性套18、设置在压力内玻璃纤维管19封闭内腔中的压力内染料20、设置在压力内玻璃纤维管19与压力外弹性套18之间的压力测用清水腔17、与压力测用清水腔17连通的压力测用输出管21、以及设置在上座板1外侧且与压力测用输出管21连通的压力测用显示管22；
压力内玻璃纤维管19的最大压应力介于测力元件7的最大测试压应力与安全压应力之间。
在上座板1上还设置有不低于测力装置的振动疲劳测试装置23；
振动疲劳测试装置23包括设置在上座板1外侧的振动测试管30、与振动测试管30连通的振动清水箱28、设置在振动清水箱28上方的振动疲劳应急隔板29、设置在振动疲劳应急隔板29上方的振动上弹性套24、设置在振动上弹性套24内且上端面高于测力元件7上端面且为t型结构的振动接触导向台25、设置在振动接触导向台25下端且与振动疲劳应急隔板29接触的振动下压头26、以及套装在振动接触导向台25上的振动复位弹簧27。
如图1所示，本实施例的分离式智能球型测力支座体系装置的组装方法，包括以下步骤；
步骤一，首先，在下支座板与桥墩之间放置调整垫铁；然后，将下支座板预安装在桥墩之上；其次，将水平仪放置到下支座板上端面上；再次，根据水平仪的显示，调整调整垫铁，直到下支座板上端面的平面度＜0.2mm；最后，紧固螺栓将下支座板固定在桥墩之上；
步骤二，首先，将测力装置下端的定位导向键嵌装入导向槽道，并通过紧固螺栓将上座板与测力装置连接；然后，将挡块组件通过螺栓安装到上座板上，并在挡块组件与上座板之间加入调整垫片，直到挡块组件上端面低于测力装置上端面0-0.9mm或1-2mm；其次，在上座板下端安装球冠衬板；
步骤四，首先，将球面滑板放置到下支座板的内凹球面槽中，并在内凹球面槽中分别安装挡圈与密封圈；然后，球冠衬板放置到球面滑板上；其次，在上座板上端面放置水平仪，并在球冠衬板与球面滑板之间放置铅丝，根据水平仪的显示数值以及铅丝受压力后的厚度形变，通过水平调整螺丝与侧向调整螺栓预调整上座板的高度与水平度；
步骤五，首先，将桥梁放置到上座板上；其次，在上座板上端面放置水平仪，并在球冠衬板与球面滑板之间放置铅丝，根据桥梁重力作用下，水平仪的显示数值以及铅丝受压力后的厚度形变，通过水平调整螺丝与侧向调整螺栓调整上座板的高度与水平度；
当测力装置发生损坏后，执行步骤六，首先，通过千斤顶将桥梁上顶起来；然后，将损坏的测力装置取下，并更换新的测力装置；其次根据新的测力装置的高度，增减步骤三中的调整垫片；再次，执行步骤五的内容。
在步骤二与步骤四之间还包括有同时进行或择一执行的步骤三和/或步骤iii；
其中，步骤三，首先，在上座板安装与挡块组件等高的压力感性检测装置；然后，将压力测用显示管与压力测用清水腔通过压力测用输出管连接，并将压力测用显示管放置到上座板外侧；
其中，步骤iii；首先，在上座板安装振动清水箱；然后，振动清水箱连接放置到上座板外侧的振动测试管，同时，在振动清水箱上端口密封振动疲劳应急隔板；其次，振动清水箱上端安装振动上弹性套，并在振动上弹性套内倒置上端面不低于测力装置的振动接触导向台；再次，在振动接触导向台下端安装与振动疲劳应急隔板压力接触的振动下压头，同时在振动接触导向台与振动疲劳应急隔板之间安装振动复位弹簧；最后在振动上弹性套内填充染料。本组织方法，操作方便，更换迅速，从而不耽误桥梁正常行驶，组装精度高，便于标准化作业。
本发明通过球冠衬板2、球面滑板3实现球面铰接，通过上座板1、下支座板4作为支撑基础，水平调整螺丝5、侧向调整螺栓6实现调整，从而减少球面接触压力，通过测力元件7与数据接口8实现数据传输，通过导向槽道9实现定位，通过挡块组件11实现辅助支撑，当测力元件损坏后，起到辅助支撑作用。
为了提高测力元件的使用寿命，方便预先监测更换，当桥梁对支座的压力大于测力元件的安全数值，首先通过压力内玻璃纤维管19被压碎，使得清水变色，从而方便维护人员通过颜色传感器或肉眼直观的从压力测用显示管22得到极限信息，及时更换测力元件。当桥梁振动对测力元件振动疲劳次数大于其安全值之后，振动下压头26下压破坏振动疲劳应急隔板29，清水变色，使得清水变色，从而方便维护人员通过颜色传感器或肉眼直观的得到极限信息，及时更换测力元件。
本发明首先提供了一种分离式智能球形支座的设计思路，球形支座、测力装置和挡块各自独立又互相组合；其次，本智能支座体系装置设计合理、结构简单、受力明确、结实耐用、安全可靠、维修更换方便，可直接应用于公路、铁路及其它大型结构，可实现静动态荷载的实时监测。
本发明充分描述是为了更加清楚的公开，而对于现有技术就不再一一例举。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；作为本领域技术人员对本发明的多个技术方案进行组合是显而易见的。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。