一種多向測力球型鋼支座的制作方法
【專利摘要】一種多向測力球型鋼支座，以能夠精確測量傳輸支座豎向和各向水平荷載，并能夠滿足梁體的正常位移及轉(zhuǎn)動要求。包括上支座板、球冠襯板、活塞和下錨碇板。所述上支座板的底部具有向下延伸的環(huán)向凸臺，該環(huán)向凸臺與活塞的環(huán)形外側(cè)壁之間設(shè)置測力環(huán)，測力環(huán)上沿徑向間隔設(shè)置徑向測力傳感器。所述活塞和下錨碇板之間具有一安裝空腔，安裝空腔內(nèi)設(shè)置其頂面、底部分別與活塞、下錨碇板接觸的測力彈性體，該測力彈性體上沿徑向間隔設(shè)置豎向測力傳感器。
【專利說明】一種多向測力球型鋼支座
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及橋梁支座，特別涉及一種多向測力球型鋼支座。
【背景技術(shù)】
[0002]改革開放以來，受益于我國經(jīng)濟的高速增長，我國的交通運輸業(yè)獲得了長足發(fā)展。但同時，我國公路上違法超載現(xiàn)象也越來越嚴重。在長期承受超過設(shè)計水平的車輛荷載作用下，橋梁不斷受到損傷，結(jié)構(gòu)的使用性能和安全性受到損害。目前，由于超載，已有多起社會影響惡劣的橋梁垮塌事故的發(fā)生。通過對橋梁支座受力情況的測量，可判斷橋梁結(jié)構(gòu)是否處于正常使用狀態(tài)，實現(xiàn)對橋梁運營狀態(tài)的健康監(jiān)測和極端事件的預(yù)警，避免災(zāi)難性事故的發(fā)生。同時，在地震、臺風(fēng)等自然災(zāi)害的作用下，通過測量橋梁上部結(jié)構(gòu)對橋墩等下部結(jié)構(gòu)作用力、建立橋梁結(jié)構(gòu)災(zāi)害指紋數(shù)據(jù)庫對于橋梁下部結(jié)構(gòu)的安全評估、加固決策和防災(zāi)減災(zāi)具有重要的意義。
[0003]目前，所應(yīng)用的測力支座是將現(xiàn)有測力支座傳感器直接安裝在支座結(jié)構(gòu)部件上，存在測量范圍小和測量精度差的不足。
[0004]傳感器是測力支座最為核心的部位，現(xiàn)有測力支座傳感器主要有傳統(tǒng)液壓測量裝置和粘貼電阻式應(yīng)變傳感器。
[0005]液壓測量裝置主要應(yīng)用于盆式橡膠支座上，是在支座的承壓橡膠中預(yù)先埋設(shè)油腔，并設(shè)有油嘴與外面聯(lián)通，通過測量油壓計算出支座受力，測試方法較為落后，精度低。另夕卜，因為液體具有粘滯性，液壓測量裝置不能用于動荷載測試，且只能測量豎向力。由于液壓式盆式橡膠測力支座技術(shù)性能落后，測量的局限性較大，迄今未能得到大規(guī)模推廣應(yīng)用。
[0006]電阻式應(yīng)變傳感器發(fā)展時間較長，技術(shù)成熟，但受溫度、濕度等環(huán)境影響較大，難以準(zhǔn)確、長期、實時地監(jiān)測和記錄支座的受力情況，且對位移的精確測量存在一定的障礙。粘貼式應(yīng)變片耐久性差，使用壽命短。
[0007]綜上，到目前為止國內(nèi)外尚沒有一種技術(shù)性能好的多向測力支座得到推廣應(yīng)用。以CN102912722A的發(fā)明專利申請說明書所公開的一種球型多向測力支座為例，該多向測力支座在結(jié)構(gòu)上包括上支座板、組合下擺、底座以及多個壓力傳感器等，上支座板的底面為凸球缺面，組合下擺的頂面為凹球缺面，該凹球缺面由兩個相同的凹球缺面或四個相同的凹球缺面拼接而成，上支座板和組合下擺為球面接觸，多個壓力傳感器在水平方向位于組合下擺和底座的立墻之間。存在如下不足:
[0008](I)其豎向力的測量是通過設(shè)置橡膠板在支座底部，根據(jù)橡膠板承壓后會發(fā)生水平流變而測量水平壓力，將其換算為豎向荷載大小。該方式不是直接測量支座受力體上應(yīng)力應(yīng)變大小，測量精度低；其次，橡膠層容易老化，使用壽命無法保證；再次，測量體系對支座使用環(huán)境要求較高，測量精度隨溫度變化，且支座日常維護要求較高，測量數(shù)據(jù)易出現(xiàn)漂移現(xiàn)象，從而造成測量體系失效；
[0009](2)該專利水平力的測量采用布置于兩側(cè)導(dǎo)軌上且與導(dǎo)軌垂直的傳感器來實現(xiàn)，只能精確測量垂直導(dǎo)軌方向的單向水平力，無法實現(xiàn)任意向水平力的精確測量。
[0010](3)傳感器采用膠粘的方式連接，在使用年限內(nèi)由于長期承受動荷載容易造成傳感器脫落，從而導(dǎo)致測量體系失效。
實用新型內(nèi)容
[0011]本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種多向測力球型鋼支座，以能夠精確測量傳輸支座豎向和各向水平荷載，并能夠滿足梁體的正常位移及轉(zhuǎn)動要求。
[0012]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0013]本實用新型的一種多向測力球型鋼支座，包括上支座板、球冠襯板、活塞和下錨碇板，其特征是:所述上支座板的底部具有向下延伸的環(huán)向凸臺，該環(huán)向凸臺與活塞的環(huán)形外側(cè)壁之間設(shè)置測力環(huán)，測力環(huán)上沿徑向間隔設(shè)置徑向測力傳感器；所述活塞和下錨碇板之間具有一安裝空腔，安裝空腔內(nèi)設(shè)置其頂面、底部分別與活塞、下錨碇板接觸的測力彈性體，該測力彈性體上沿徑向間隔設(shè)置豎向測力傳感器。
[0014]本實用新型的有益效果是，能夠?qū)崟r精確測量傳輸支座豎向和各向水平荷載，并通過遠程控制中心對橋梁受力狀態(tài)進行判定，結(jié)構(gòu)簡單可靠，支座本體采用球型鋼支座，支座承載能力大，使用壽命長；測力用傳感器未安裝在原球型鋼支座主體構(gòu)件上，對支座主體結(jié)構(gòu)改動小，可以適用于各種橋梁，能夠滿足梁體的正常位移及轉(zhuǎn)動要求；支座豎向力和水平力分開測量，豎向力測量精度可達0.1%FS0水平力測量精度為1% FS，相比傳統(tǒng)測力支座精度提高5-10倍；測力環(huán)、測力彈性體幾何形狀通過分析計算得出，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的承力狀態(tài)，能靈敏地反映出支座應(yīng)力變化，而且降低了安裝難度和安裝時間，可以實現(xiàn)測力裝置的單獨更換，不影響支座使用；使用壽命可達20年，耐久性好，特別適用于自然環(huán)境險惡地區(qū)。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]本說明書包括如下八幅附圖:
[0016]圖1是本實用新型一種多向測力球型鋼支座的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2是本實用新型一種多向測力球型鋼支座的俯視圖；
[0018]圖3是本實用新型一種多向測力球型鋼支座中測力彈性體的主視圖；
[0019]圖4是本實用新型一種多向測力球型鋼支座中測力彈性體的立體圖；
[0020]圖5是本實用新型一種多向測力球型鋼支座中測力彈性體的俯視圖；
[0021]圖6是本實用新型一種多向測力球型鋼支座中測力環(huán)的俯視圖；
[0022]圖7是本實用新型一種多向測力球型鋼支座中測力環(huán)的立體圖；
[0023]圖8是本實用新型一種多向測力球型鋼支座中測力環(huán)的主視圖；
[0024]圖中標(biāo)出構(gòu)件及所對應(yīng)的標(biāo)記:上支座板10、環(huán)向凸臺10a、球冠襯板11、活塞12、下錨碇板13、環(huán)形蓋板14 ;測力彈性體20、承力凸臺21、豎向測力傳感器安裝槽22、光纖槽23、定位銷孔24 ;測力環(huán)30、凹槽31、徑向測力傳感器安裝槽31a、光纖槽32、定位銷孔34。
[0025]
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0027]參照圖1和圖2，本實用新型的一種多向測力球型鋼支座包括上支座板10、球冠襯板11、活塞12和下錨碇板13，球冠襯板11的上平面與上支座板10底面之間設(shè)置有耐磨板，球冠襯板11的下球面與活塞12下凹球面之間設(shè)置有耐磨板。所述上支座板10的底部具有向下延伸的環(huán)向凸臺10a，該環(huán)向凸臺1a與活塞12的環(huán)形外側(cè)壁之間設(shè)置測力環(huán)30，測力環(huán)30上沿徑向間隔設(shè)置徑向測力傳感器。所述活塞12和下錨碇板13之間具有一安裝空腔，安裝空腔內(nèi)設(shè)置其頂面、底部分別與活塞12、下錨碇板13接觸的測力彈性體20，該測力彈性體20上沿徑向間隔設(shè)置豎向測力傳感器。
[0028]所述徑向測力傳感器、豎向測力傳感器均采用濺射薄膜壓力傳感器。
[0029]與現(xiàn)在測力支座相比較，本發(fā)明一種多向測力球型鋼支座具有如下幾方面的優(yōu)占-
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[0030](I)能夠?qū)崟r精確測量傳輸支座豎向和各向水平荷載，并通過遠程控制中心對橋梁受力狀態(tài)進行判定。結(jié)構(gòu)簡單可靠，支座本體采用球型鋼支座，支座承載能力大，使用壽命長。測力用傳感器未安裝在原球型鋼支座主體構(gòu)件上，對支座主體結(jié)構(gòu)改動小，可以適用于各種橋梁，能夠滿足梁體的正常位移及轉(zhuǎn)動要求。
[0031](2)支座豎向力和水平力分開測量，豎向力測量精度可達0.1%FS.水平力測量精度為1% FS，相比傳統(tǒng)測力支座精度提高5-10倍。
[0032](3)彈性體(測力彈性體20、測力環(huán)30)的幾何形狀通過分析計算得出，優(yōu)化了結(jié)構(gòu)的承力狀態(tài)，能靈敏地反映出支座應(yīng)力變化。彈性體材質(zhì)選用特種鋼材，耐疲勞性能強，在使用壽命內(nèi)能夠有效保障測量精度。采用獨創(chuàng)設(shè)計的彈性體測力裝置，降低了安裝難度和安裝時間，可以實現(xiàn)測力裝置的單獨更換，不影響支座使用。
[0033](4)采用彈性體測力方案結(jié)構(gòu)簡單，適用支座承載力范圍大(1000kN-80000kN)。且該方案對傳統(tǒng)支座改動小，通用性極強，可以更換支座本體結(jié)構(gòu)，將彈性體用于盆式橡膠支座、摩擦擺式支座等各型支座，實現(xiàn)橋梁支座的智能化測力。
[0034](5)徑向測力傳感器、豎向測力傳感器采用新型高精度濺射薄膜式傳感器，創(chuàng)新性的將測量液、氣體壓強的濺射式傳感器，改裝并用于測量結(jié)構(gòu)應(yīng)力。更換傳感器基座材質(zhì)，并采用先進封裝工藝取代傳統(tǒng)應(yīng)變片的粘貼安裝方法，使其溫度敏感性降低，多向測力球型鋼支座無須額外進行溫度補償，且濺射薄膜傳感器能耗低，對供電需求不高。
[0035](6)使用壽命可達20年，耐久性好，特別適用于自然環(huán)境險惡地區(qū)。
[0036]參照圖3、圖4和圖5，所述測力彈性體20的頂面具有沿徑向間隔均布的承力凸臺21，在與各承力凸臺21對應(yīng)的測力彈性體20外側(cè)壁上開設(shè)有豎向測力傳感器安裝槽22，開設(shè)在測力彈性體20外側(cè)壁上的光纖槽23連通兩相鄰豎向測力傳感器安裝槽22。所述豎向測力環(huán)20具有向豎向延伸的定位銷孔24，定位銷對應(yīng)設(shè)置于下錨碇板13上。承力凸臺21的數(shù)量根據(jù)傳感器使用數(shù)量確定，一般為4-8個。通過大量有限元仿真分析和參數(shù)優(yōu)化比選后，在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，盡可能提高測量部位的受力敏感性，所述各承力凸臺21的頂面積之和與測力彈性體20的截面積之比為55.1% -59.0%。
[0037]參照圖6、圖7和圖8，所述測力環(huán)30外側(cè)壁上具有徑向均布開設(shè)凹槽31，各凹槽槽31內(nèi)開設(shè)有徑向測力傳感器安裝槽31a，開設(shè)在測力環(huán)30外側(cè)壁上的光纖槽32連通兩相鄰凹槽31。所述測力環(huán)30具有向豎向延伸的定位銷孔34，定位銷對應(yīng)設(shè)置于環(huán)形蓋板14上，環(huán)形蓋板14與上支座板10環(huán)向凸臺1a的下端面可拆卸連接。測力環(huán)30的內(nèi)側(cè)壁與活塞12的外側(cè)壁接觸傳力，根據(jù)環(huán)形構(gòu)件任意方向擠壓的受力原理，可確定凹槽31上徑向測力傳感器使用數(shù)量為4個。通過大量有限元仿真分析和參數(shù)優(yōu)化比選后，在保證結(jié)構(gòu)安全性的前提下，盡可能提高測量部位的受力敏感性，所述各凹槽31的底面積之和與測力環(huán)30外側(cè)壁面積之比為31.5% -39.2%，凹槽31中心位置設(shè)置徑向測力傳感器安裝槽31a。所述測力彈性體20、測力環(huán)30的高度為其直徑的40分之一至100毫米。
[0038] 以上所述只是用圖解說明本實用新型一種多向測力球型鋼支座的一些原理，并非是要將本實用新型局限在所示和所述的具體結(jié)構(gòu)和適用范圍內(nèi)，故凡是所有可能被利用的相應(yīng)修改以及等同物，均屬于本實用新型所申請的專利范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種多向測力球型鋼支座，包括上支座板(10)、球冠襯板(11)、活塞(12)和下錨碇板(13)，球冠襯板(11)的上平面與上支座板(10)底面之間設(shè)置有耐磨板，球冠襯板(11)的下球面與活塞(12)下凹球面之間設(shè)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環(huán)向凸臺(10a)，該環(huán)向凸臺(10a)與活塞(12)的環(huán)形外側(cè)壁之間設(shè)置測力環(huán)(30)，測力環(huán)(30)上沿徑向間隔設(shè)置徑向測力傳感器；所述活塞(12)和下錨碇板(13)之間具有一安裝空腔，安裝空腔內(nèi)設(shè)置其頂面、底部分別與活塞(12)、下錨碇板(13)接觸的測力彈性體(20)，該測力彈性體(20)上沿徑向間隔設(shè)置豎向測力傳感器。
2.如權(quán)利要求1所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述測力彈性體(20)的頂面具有沿徑向間隔均布的承力凸臺(21)，在與各承力凸臺(21)對應(yīng)的測力彈性體(20)外側(cè)壁上開設(shè)有豎向測力傳感器安裝槽(22)，開設(shè)在測力彈性體(20)外側(cè)壁上的光纖槽(23)連通兩相鄰豎向測力傳感器安裝槽(22)。
3.如權(quán)利要求2所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述測力彈性體(20)具有向豎向延伸的定位銷孔(24)，定位銷對應(yīng)設(shè)置于下錨碇板(13)上。
4.如權(quán)利要求2所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述各承力凸臺(21)的頂面積之和與測力彈性體(20)的截面積之比為55.1% -59.0%。
5.如權(quán)利要求1所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述測力環(huán)(30)外側(cè)壁上具有徑向均布開設(shè)凹槽(31)，各凹槽(31)內(nèi)開設(shè)有徑向測力傳感器安裝槽(31a)，開設(shè)在測力環(huán)(30)外側(cè)壁上的光纖槽(32)連通兩相鄰凹槽(31)。
6.如權(quán)利要求5所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述測力環(huán)(30)具有向豎向延伸的定位銷孔(34)，定位銷對應(yīng)設(shè)置于環(huán)形蓋板(14)上，環(huán)形蓋板(14)與上支座板(10)環(huán)向凸臺(10a)的下端面可拆卸連接。
7.如權(quán)利要求5所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述各凹槽(31)的底面積之和與測力環(huán)(30)外側(cè)壁面積之比為31.5% -39.2%。
8.如權(quán)利要求1所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述徑向測力傳感器、豎向測力傳感器均采用濺射薄膜壓力傳感器。
9.如權(quán)利要求1所述的一種多向測力球型鋼支座，其特征是:所述測力彈性體(20)、測力環(huán)(30)的高度為其直徑的40分之一至100毫米。
【文檔編號】E01D19/04GK204185764SQ201420629851
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月28日
【發(fā)明者】楊平, 陳列, 鄭曉龍, 樊啟武, 張啟祥, 郭紅鋒, 李世珩, 金怡新, 張鶴, 譚志軍 申請人:中鐵二院工程集團有限責(zé)任公司, 成都亞佳工程新技術(shù)開發(fā)有限公司, 株洲時代新材料科技股份有限公司