一种测力双曲面减隔震支座的制作方法

1.本实用新型涉及一种桥梁支座，具体涉及一种的能对作用于结构上部竖向载荷进行监测的且无竖向抬高的测力双曲面减隔震支座。


背景技术：

2.桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要结构部件，它能将桥梁上部结构的反力和变形（位移和转角）可靠的传递给桥梁下部结构；减隔震支座特别是采用双曲面构造的减隔震支座，具有承载力大、位移大、转角灵活且各向转动性能一致，温度适用范围广的优点，地震时，固定支座剪断其水平约束后，支座在发生水平位移的同时，具有较好的减、隔震效果，震后具有一定的复位功能，因而被广泛运用在各类公路市政铁路桥梁中。
3.传统的双曲面减隔震支座如下不足：
4.一是双曲面减隔震支座在日常运营时，除产生水平位移外还会产生一定的竖向抬高，因而不适用于对竖向位移要求高的桥梁特别是铁路和轨道桥梁中；
5.二是传统的双曲面减隔震支座大多没有测力功能，在使用过程中无法检测支座的受力状况、读取支座的竖向承载力，无法准确了解结构各截面的内力分布情况，当减隔震支座在运营过程中出现异常时，不能直观检测到支座的受力状况，因而既不能验证桥梁设计理论的可靠性和设计方法的合理性，又不利于及时监测和评估桥梁结构的健康状况，给支座的维护及结构监测带来很大的不便。
6.本技术人2018年申请的实用新型专利《一种带检测监测系统的测力球型支座》（申请号为cn201810195563.9），采取在凹球面钢衬板底部与支座底板盆腔底之间安装测力弹性体，然后通过光纤光栅测力模块与外部监测单元连接，达到实时监测支座的竖向承载力的目的，较好地解决了在使用过程中无法检测支座的受力状况和读取支座的竖向承载力的问题；但由于所采用的测力弹性体（测力弹性板）一般只能应用于较平稳的结构或只有平动的结构，如果支座设计性能有大幅度位移合并大幅度转角时，则支座的位移摆动及转动，有可能引起测力橡胶层的摆动，从而可能引起测力弹性板被单侧偏压，最终橡胶层的转角再叠加设计的结构转角而可能引起支座内部零件偏压，给桥梁带来隐患。


技术实现要素：

7.本实用新型要解决的技术问题是：提供一种结构简单、经济实用、性能稳定的双曲面减隔震支座，以克服现有技术所存在的上述不足。
8.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案是：一种测力双曲面减隔震支座，包括支座顶板、支座底板以及安装在支座顶板与支座底板之间的双曲面钢衬板和支撑板，所述双曲面钢衬板底面与支撑板顶面之球凹面滑动配合，支撑板底面坐落在支座底板的盆腔内与支座底板滑动配合；
9.所述支座顶板与双曲面钢衬板之间安装中间板和测力装置，所述中间板底面为与双曲面钢衬板顶面滑动配合的球凹面ⅰ，中间板上部设有用于安装测力装置的圆形盆腔，所
述测力装置包括测力弹性板和应力测力元件，测力弹性板紧配合安装在圆形盆腔底部，应力测力元件安装在盆腔壁一侧的预留孔内，其内端头穿过预留孔与圆形盆腔内的测力弹性板侧面紧密接触，其输出端通过传导线与外部监测单元连接；
10.所述支座顶板为“t”形顶板，包括圆柱体和连接于圆柱体上部圆周的圆环形翼板，测力弹性板顶面的外缘设置有紧贴盆腔壁的密封环，所述圆柱体坐落在圆形盆腔内的测力弹性板顶面并压紧密封环、从而使测力弹性板密封在支座顶板的圆柱体与圆形盆腔之间的封闭空间内；
11.所述圆环形翼板位于中间板圆形盆腔之盆腔壁上部，圆环形翼板与盆腔壁之间设有导向机构，所述导向机构包括导向螺栓和导向孔，导向孔均布设在圆环形翼板上，与导向孔滑动配合的导向螺栓自上而下穿过所述导向孔与盆腔壁的上端面螺纹连接，从而使支座顶板受力时只能沿导向螺栓相对中间板作竖向位移并受导向螺栓限位。
12.其进一步的技术方案是：所述支撑板上部为圆柱体，下部为矩形柱体，所述支座底板为矩形平板，所述支撑板的矩形柱体坐落在矩形平板正中，其两侧设有用于限制支撑板矩形柱体外移的条状挡块，所述条状挡块与矩形柱体间隙配合；
13.所述中间板下部之球凹面ⅰ周围为突出盆腔壁外周的围环，所述围环的下端面通过剪切螺栓连接有用于限制支撑板上部圆柱体外移的剪切板。
14.更进一步：所述中间板底面的球凹面ⅰ设有镀铬层，所述双曲面钢衬板顶面镶嵌有上球滑板、从而与球凹面ⅰ之镀铬层配合形成上球面转动摩擦副；所述双曲面钢衬板底面设有镀铬层，所述支撑板顶面的球凹面内镶嵌有下球滑板，从而与双曲面钢衬板底面之镀铬层配合形成下球面转动摩擦副；所述支撑板之矩形柱体底面镶嵌平面滑板，所述支座底板顶面上焊接不锈钢板、从而与所述平面滑板配合形成平面滑动副。
15.更进一步：所述上球滑板、下球滑板、平面滑板为聚四氟乙烯滑板或者改性聚四氟乙烯滑板或者超高分子量聚乙烯耐磨滑板。
16.由于采取上述技术方案，本实用新型之一种测力双曲面减隔震支座具有如下有益效果：
17.1．该减隔震支座除一般双曲面减隔震支座所具备的“承载力大、位移大、转角灵活且各向转动性能一致，温度适用范围广”的优点之外，在日常运营时，除发生正常的平动位移，没有因位移影响而发生高程抬高，因而可推广应用于对竖向位移要求高的桥梁特别是铁路和轨道桥梁中；
18.支撑板下端面圆形凹槽出设置有平面滑板12，平面滑板12与支座底板13上的不锈钢板配合形成平面摩擦副，可实现支座日常的位移功能，支座无抬高；
19.支座的中间板下部球凹面表面镀铬层与双曲面钢衬板9顶面的上球滑板8形成上转动摩擦副，双曲面钢衬板下部球冠的表面镀铬层与支撑板上端面球凹处的下球滑板10形成下转动摩擦副，地震发生时，剪切板6与支撑板发生挤压，达到一定力值后，剪切螺栓7破断，中间板3球凹面和上球滑板8组成的转动摩擦副的转角得以释放，支座进行体系转化，实现钟摆摆动功能以缓冲消耗震后能量，此时支座也无抬高；
20.2．该支座受竖向承载力使支座顶板加压测力弹性板时，支座顶板不能发生转动和平移，因而不会由于测力弹性板的摆动而导致测力弹性板被单侧偏压而给桥梁带来隐患，故该测力装置可使用在有大幅度位移合并大幅度转角的减隔震钢支座上；
21.该支座测力装置设在中间板的圆形盆腔内，而支座顶板之与圆形盆腔之盆腔壁之间设有导向机构，安装时导向螺栓穿过圆环形翼板的导向孔拧紧于中间板盆腔壁端面，使支座顶板与中间板以及测力装置锁定成稳固的一体，当支座受竖向承载力使支座顶板加压测力弹性板时，受导向螺栓抑制及导向，支座顶板不能发生转动和平移，只能相对中间板沿导向螺栓作竖向位移，测力弹性板则只能会被竖直压缩，从而控制了额外转角的发生，从而避免“大幅度位移合并大幅度转角时由于支座的位移摆动及转动，可能引起测力弹性板的摆动，导致测力弹性板被单侧偏压，最终支座内部零件偏压”的现象发生；
22.3．由于该支座之测力装置设在支座顶板与双曲面钢衬板之间的中间板的圆形盆腔内，当支座受竖向承载力使支座顶板加压测力弹性板时，支座顶板只能相对中间板沿导向螺栓作竖向位移，测力弹性板则只能会被竖直压缩，测试的减隔震支座的竖向承载力准确，有利于对竖向承载力实现准确、连续、有效的监测；应力测力元件采用光纤光栅测力元件，无需要提供电源，抗干扰能力强，适应性和耐久性能好，可靠性高，有助于实现人工检测或自动检测；支座与光纤光栅测力元件相对独立，安装方便，便于后期的维护和更换。
23.下面结合附图和实施例对本实用新型之一种测力双曲面减隔震支座的技术特征作进一步的说明。
附图说明
24.图1～图2为本实用新型之一种测力双曲面减隔震支座结构示意图：
25.图1为主视图（半剖），图2为俯视图；
26.图3～图4为支座顶板结构示意图：
27.图3为主视图（半剖），图4为俯视图；
28.图5～图6为中间板结构示意图：
29.图5为主视图（半剖），图6为俯视图；
30.图7为本实用新型之一种测力双曲面减隔震支座与外部监测单元连接示意图；
31.图中：
32.1—支座顶板，101—圆柱体，102—圆环形翼板，103—导向孔，2—测力弹性板，3—中间板，31—圆形盆腔，32—盆腔壁，321—预留孔，33—球凹面ⅰ，34—围环，4—密封环，5—应力测力元件，6—剪切板，7—剪切螺栓，8—上球滑板，9—双曲面钢衬板，10—下球滑板，11—支撑板，12—平面滑板，13—支座底板，14—条状挡块，15—导向螺栓，16—外部监测单元。
具体实施方式
33.如图1、2所示，一种测力双曲面减隔震支座，包括支座顶板1、支座底板13以及安装在支座顶板与支座底板之间的双曲面钢衬板9和支撑板11，所述双曲面钢衬板9底面与支撑板11顶面之球凹面滑动配合，支撑板底面坐落在支座底板的盆腔内与支座底板滑动配合；
34.所述支座顶板1与双曲面钢衬板9之间安装中间板3和测力装置，所述中间板底面为与双曲面钢衬板顶面滑动配合的球凹面ⅰ33，中间板上部设有平底的圆形盆腔31，所述圆形盆腔用于安装测力装置，所述测力装置包括测力弹性板2和应力测力元件5，形状与圆形盆腔相对应的测力弹性板紧配合安装在圆形盆腔31底部，应力测力元件5安装在盆腔壁32
一侧的预留孔321内，应力测力元件的内端头穿过预留孔与圆形盆腔内的测力弹性板侧面紧密接触，应力测力元件的输出端通过传导线与外部监测单元16 连接；
35.所述应力测力元件5为光纤光栅测力元件，所述外部监测单元包括解调仪和计算机系统，所述光纤光栅测力元件端头的光纤膜片与测力弹性板外侧面紧密接触，光纤光栅测力元件的输出端通过信号传输线与解调仪的输入端连接，解调仪的输出端通过无线网络或有线网络与计算机系统连接，从而实现减隔震支座受力的远程监控。
36.所述支座顶板为“t”形顶板（即其横截面形状呈“t”字形），包括下部的圆柱体101和连接在圆柱体上部圆周的环形翼板102，测力弹性板顶面的外缘设置有紧贴盆腔壁的密封环4，支座顶板的圆柱体101坐落在圆形盆腔32内的测力弹性板2顶面并压紧密封环，从而使测力弹性板密封在支座顶板的圆柱体与圆形盆腔之间的封闭空间内；
37.所述圆环形翼板102位于中间板圆形盆腔之盆腔壁32上部，圆环形翼板102与盆腔壁32端面之间设有导向机构，所述导向机构包括导向螺栓15和导向孔103，所述导向孔103均布设在支座顶板之圆环形翼板102上，与导向孔滑动配合的导向螺栓15安装在圆形盆腔的盆腔壁32上端面，安装时导向螺栓从上而下穿过导向孔，导向螺栓下端的螺纹段连接在盆腔壁32的上端面，导向螺栓中间的光杆段与导向孔滑动配合，导向螺栓顶部的拧帽将支座顶板限位，从而使支座顶板受力时既不能发生转动也不能产生偏压，只能沿导向螺栓相对中间板作竖向位移、但不能脱离中间板。
38.所述支撑板11上部为圆柱体，下部为矩形柱体，所述支座底板13为矩形平板，所述支撑板的矩形柱体坐落在矩形平板正中，其两侧设有用于限制支撑板矩形柱体外移的条状挡块14，所述条状挡块与矩形柱体间隙配合；
39.所述中间板3下部之球凹面ⅰ33周围为突出盆腔壁外周并包围支撑板11上部的围环34，所述围环的下端面通过剪切螺栓7连接有用于限制支撑板上部圆柱体外移的剪切板6。
40.所述中间板底面的球凹面ⅰ33设有镀铬层，所述双曲面钢衬板9顶面镶嵌有上球滑板8、从而与球凹面ⅰ33之镀铬层配合形成上球面转动摩擦副；所述双曲面钢衬板底面设有镀铬层，所述支撑板顶面的球凹面内镶嵌有下球滑板10，从而与双曲面钢衬板底面之镀铬层配合形成下球面转动摩擦副；所述支撑板之矩形柱体底面镶嵌平面滑板12，所述支座底板顶面上焊接不锈钢板、从而与所述平面滑板12配合形成平面滑动副。
41.所述上球滑板8、下球滑板10、平面滑板12为聚四氟乙烯滑板或者改性聚四氟乙烯滑板或者超高分子量聚乙烯耐磨滑板。
42.该支座测力原理
43.所述光纤光栅测力元件端头的光纤膜片与测力弹性板外侧面紧密接触，光纤膜片感应测力弹性板压应力变化，通过信号传导线将压应力变化信号输送到解调仪上，解调仪经过对信号分析处理后经无线网络或有线网络传输到计算机处理后直观显示支座实际荷载（或将实际载荷与设置的理论值对比，出现异常时进行报警），从而实现减隔震支座受力的远程监控。