CN106192739B - 一种竖向测力型桥梁支座及其测力方法 - Google Patents

一种竖向测力型桥梁支座及其测力方法 Download PDF

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Abstract

一种竖向测力桥梁支座及其测力方法，通过局部受力的测量和整体标定，确定支座整体受力，结构简单、尺寸和重量增加较小，测力可靠，可实现桥梁支座的竖向测力功能，解决支座竖向测力难题，为桥梁监测提供技术支持。

Description

一种竖向测力型桥梁支座及其测力方法
技术领域
本发明属于桥梁结构或建筑技术领域，涉及一种具备竖向测力功能的桥梁支座及其测力方法。
背景技术
随着我国高速公路、铁路桥梁建设逐年增加，桥梁各种荷载包括静、动和冲击荷载等竖向荷载的测试和监测对桥梁的运行具有重要现实意义。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。
目前具备竖向测力功能的桥梁支座较少，《一种球型多向测力支座》（专利号CN102912772 A）通过在支座的承压楔形部件侧向设置标准传感器实现测力；《一种竖向智能测力支座》（专利号CN102032959 A）主要选用特殊形状部件设置电阻应变片实现测力。上述专利均涉及球型支座，且测力部件测力思路均属于整体式测力方式，结构部件增加较多，尺寸大、支座较重。
《一种简易桥梁测力支座》（专利号CN203741696 U）为普通橡胶盆式支座，通过水银柱的变化实现测力功能。《一种简易桥梁测力支座》（专利号CN203741696 U）和《一种电测力支座结构》（专利号CN202830748 U）均为普通橡胶盆式支座测力，分别通过设置水银柱和测力计实现测力功能。
发明内容
本发明提出的一种竖向测力桥梁支座及其测力方法，通过局部受力的测量和整体标定，确定支座整体受力，结构简单、尺寸和重量增加较小，测力可靠，可实现桥梁支座的竖向测力功能，解决支座竖向测力难题，为桥梁监测提供技术支持。
为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种竖向测力型桥梁支座，包括从上至下依次设置的上座板、中座板和下座板，在中座板的下表面设有下球面不锈钢滑板，下座板的上表面设有下球面非金属滑板，下球面不锈钢滑板和下球面非金属滑板形成球形转动摩擦副，在下座板的中心及下球面非金属滑板的中心开设有用于竖直放置测力传感器的安装腔，测力传感器通过连接螺栓固定在安装腔内，测力传感器的测力受力点与摩擦副的中心重合。
本发明所述的测力传感器顶部安装中心非金属滑板，中心非金属滑板与中座板贴覆的下球面不锈钢滑板的下表面相贴合，中心非金属滑板与下球面非金属滑板之间存在间隙
本发明所述的安装腔为圆柱型空腔。
本发明所述的下座板内开设有测力传感器连接线穿过的长槽孔。
本发明所述的一种竖向测力桥梁支座的测力方法包括以下步骤：
步骤一、组装核对：将支座组装完毕，并置于试验机上，支座中心与试验机中心位置对准，试验荷载为支座竖向承载力的1.5倍，加载至设计承载力的1%后，核对测力传感器受力，确认无误后进行预压；
步骤二、预压：将支座竖向设计承载力以连续均匀的速度加载，反复3次；
步骤三、正式加载：将试验荷载由零至试验荷载均匀分为10级。试验时以设计承载力的1%作为初始荷载，然后逐级加载，每级荷载稳压2分钟后记录试验机竖向荷载和测力传感器荷载，直至试验荷载，稳压3分钟后卸载，加载过程连续进行3次；
步骤四、绘图：侧力传感器荷载取每一级3次传感器读数的算术平均值，绘制传感器荷载—试验机荷载曲线，并做拟合计算，确定试验机荷载与传感器荷载的关系式；
步骤五、比对：支座在实际使用中，实时获取测力传感器的读数，通过步骤四标定的关系式，判断支座的竖向受力情况。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
1）测力传感器放置在支座下座板中心位置，并通过连接螺栓固定；测力传感器连接线穿过支座底部和内槽和外部显示设备连接。支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板传递到测力传感器，完成中心非金属滑板承受的竖向压力测定，然后通过竖向标定确定测力传感器受力与支座整体竖向受力关系，这样通过传感器的受力获知支座的整体竖向受力。
2）将传感器方案设置在支座下座板中心位置，支座下座板处于固定状态，虽然球面摩擦副也发生转动，但转动频率、转动量小，总的滑行位移量小，可最大限度的减小支座运动对传感器的竖向受力影响。
3）支座具备正常使用功能，即支座竖向承载、滑动方向滑移、限位方向限位和竖向转动功能；对于上摩擦副为球面的摩擦副，地震作用下具备减隔震功能。
附图说明
图1是本发明实施例1结构示意图；
图2是本发明实施例1结构的A-A剖视图；
图3是本发明实施例2结构示意图；
图4是本发明实施例2结构的A-A剖视图；
图5是本发明实施例3结构示意图；
图6是本发明实施例3结构的A-A剖视图；
图7是本发明实施例4结构示意图；
图8是本发明实施例4结构的A-A剖视图；
图9是本发明实施例5结构示意图；
图10是本发明实施例5结构的A-A剖视图；
图11是本发明实施例6结构示意图；
图12是本发明实施例6结构的A-A剖视图；
图中：1、上座板，2、上不锈钢滑板，3、上非金属滑板，4、中座板，5、下球面不锈钢滑板，6、下球面非金属滑板，7、下座板，8、测力传感器，9、中心非金属滑板，10、连接螺栓，11、导向不锈钢滑板，12、导向非金属滑板，13、限位板。
具体实施方式
一种竖向测力型桥梁支座，主要包括上座板、中座板、下座板、测力传感器、不锈钢滑板、非金属滑板和限位板等部件组成。
所述支座下座板上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器，在中心底部有固定测力传感器连接螺栓穿过的圆通孔，中心有测力传感器连接线接头穿过的通孔，同时在支座底部有测力传感器连接线穿过的长槽孔。
所述支座测力传感器放置在下座板中心位置，并通过连接螺栓固定。在测力传感器顶部镶嵌一块中心非金属滑板，支座竖向力中的一部分通过中心滑板传递到测力传感器，完成中心非金属滑板承受的竖向压力测定。测力传感器连接线穿过支座底部和内槽和外部显示设备连接，完成支座竖向力值数据获取。
所述支座中座板上部为平面或球面，底部为球面，侧面为圆柱型。
所述支座上座板含有滑移平面或球面，支座限位方向设置限位部件。
所述支座竖向承压共包含2个摩擦副。上座板与中座板有1个平面或球面上摩擦副（上不锈钢滑板+上非金属滑板）、中座板与下座板之间有1个球面摩擦副（下球面不锈钢滑板+下球面非金属滑板+中心非金属滑板）；单向活动支座设置有导向摩擦副（导向不锈钢滑板+导向非金属滑板）。2个竖向承压摩擦副实现支座的竖向承载、滑移和转动功能；对于上摩擦副为球面摩擦副的，地震作用下实现减隔震功能；导向摩擦副实现限位和导向滑移功能。
支座竖向测力方法，包括：
步骤一、将支座组装完毕，并置于试验机上，支座中心与试验机中心位置对准。试验荷载为支座竖向承载力的1.5倍。加载至设计承载力的1%后，核对传感器受力，确认无误后进行预压。
步骤二、预压。将支座竖向设计承载力以连续均匀的速度加载，反复3次。
步骤三、正式加载。将试验荷载由零至试验荷载均匀分为10级。试验时以设计承载力的1%作为初始荷载，然后逐级加载。每级荷载稳压2分钟后记录试验机竖向荷载和传感器荷载，直至检验荷载，稳压3分钟后卸载。加载过程连续进行3次。
步骤四、每级传感器荷载取3次传感器读数的算术平均值，绘制传感器荷载—试验机荷载曲线，并做拟合计算，确定试验机荷载与传感器荷载的关系式。
通过上述步骤一至四完成支座的竖向标定试验。这样在实际工程项目中，获取传感器的读数，通过上述标定的关系式，就可获知支座的竖向受力情况，达到测力目的。
实施例1
给出多向活动竖向测力球型钢支座，如图1、2所示。其主要由上座板1，上不锈钢滑板2，上非金属滑板3，中座板4，下球面不锈钢滑板5，下球面非金属滑板6，下座板7，测力传感器8，中心非金属滑板9，连接螺栓10等部件组成。上座板1与中座板4之间含有平面摩擦副（上不锈钢滑板2和上非金属滑板3组成）；中座板4与下座板7之间含有球面摩擦副（下球面不锈钢滑板5、下球面非金属滑板6和中心非金属滑板9组成），平面摩擦副和球面摩擦副共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载、纵、横桥向滑动、竖向转动功能。
支座下座板7上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器8，在中心底部有固接测力传感器8连接螺栓10穿过的圆通孔，中心有测力传感器8连接线接头穿过的通孔和连接线穿过的长槽孔。测力传感器8放置在下座板7的中心位置，并通过连接螺栓10固定。在测力传感器8顶部镶嵌一块中心非金属滑板9，支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板9传递到测力传感器8，完成中心非金属滑板9所承受的竖向压力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板9所受力（即测力传感器8测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器8的受力反推获知支座的整体竖向受力情况，从而使支座具备竖向测力功能。
本实施例的多向活动竖向测力球型钢支座在正常情况下，可实现竖向承载、水平纵桥向、横桥向的滑动和支座竖向转动功能，同时在支座整个运行过程中始终具备竖向测力功能。
实施例2
给出单向活动竖向测力球型钢支座，如图3、4所示。其主要由上座板1，上不锈钢滑板2，上非金属滑板3，中座板4，下球面不锈钢滑板5，下球面非金属滑板6，下座板7，导向不锈钢滑板11，导向非金属滑板12，测力传感器8，中心非金属滑板9，连接螺栓10等部件组成。上座板1与中座板4之间含有平面摩擦副（上不锈钢滑板2和上非金属滑板3组成）；中座板4与下座板7之间含有球面摩擦副（下球面不锈钢滑板5、下球面非金属滑板6和中心非金属滑板9组成），下座板7和上座板1在限位方向两侧有导向摩擦副（由导向不锈钢滑板11和导向非金属滑板12组成）。平面摩擦副和球面摩擦副共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载、主位移方向滑动、竖向转动功能；导向摩擦副起到支座在限位方向限位和滑动方向滑移功能。
支座下座板7上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器8，在中心底部有固接测力传感器8连接螺栓10穿过的圆通孔，中心有测力传感器8连接线接头穿过的通孔和连接线穿过的长槽孔。测力传感器8放置在下座板7的中心位置，并通过连接螺栓10固定。在测力传感器8顶部镶嵌一块中心非金属滑板9，支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板9传递到测力传感器8，完成中心非金属滑板9所承受的竖向压力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板9所受力（即测力传感器8测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器8的受力反推获知支座的整体竖向受力情况，从而使支座具备竖向测力功能。
本实施例的单向活动竖向测力球型钢支座在正常情况下，可实现竖向承载、主位移向滑移、限位方向限位和支座竖向转动功能，同时在支座整个运行过程中始终具备竖向测力功能。
实施例3
给出固定竖向测力球型钢支座，如图5、6所示。其主要由上座板1，上不锈钢滑板2，上非金属滑板3，中座板4，下球面不锈钢滑板5，下球面非金属滑板6，下座板7，导向不锈钢滑板11，导向非金属滑板12，测力传感器8，中心非金属滑板9，连接螺栓10等部件组成。上座板1与中座板4之间含有平面摩擦副（上不锈钢滑板2和上非金属滑板3组成）；中座板4与下座板7之间含有球面摩擦副（下球面不锈钢滑板5、下球面非金属滑板6和中心非金属滑板9组成）；平面摩擦副和球面摩擦副共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载和竖向转动功能。上座板的盆环与下座板的凸台呈小间隙设置，起到支座在四周限位即水平向固定功能。
支座下座板7上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器8，在中心底部有固接测力传感器8连接螺栓10穿过的圆通孔，中心有测力传感器8连接线接头穿过的通孔和连接线穿过的长槽孔。测力传感器8放置在下座板7的中心位置，并通过连接螺栓10固定。在测力传感器8顶部镶嵌一块中心非金属滑板9，支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板9传递到测力传感器8，完成中心非金属滑板9所承受的竖向压力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板9所受力（即测力传感器8测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器8的受力反推获知支座的整体竖向受力情况，从而使支座具备竖向测力功能。
本实施例的固定竖向测力球型钢支座在正常情况下，可实现竖向承载、水平向限位和支座竖向转动功能，同时在支座整个运行过程中始终具备竖向测力功能。
实施例4
给出多向活动竖向测力型双曲面球型减隔震支座，如图7、8所示。其主要由上座板1，上不锈钢滑板2，上非金属滑板3，中座板4，下球面不锈钢滑板5，下球面非金属滑板6，下座板7，测力传感器8，中心非金属滑板9，连接螺栓10等部件组成。上座板1与中座板4之间含有上球面摩擦副（上不锈钢滑板2和上非金属滑板3组成）；中座板4与下座板7之间含有下球面摩擦副（下球面不锈钢滑板5、下球面非金属滑板6和中心非金属滑板9组成），两个上、下球面摩擦副共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载、纵、横桥向滑动、竖向转动功能。地震时，支座通过双球面的合成作用实现水平往复滑动，在往复滑动过程中，通过滑动面的摩擦阻力耗散地震能量，并延长结构自振周期，达到减隔震效果；地震过后，上部结构自重形成回复力，使支座复位。
支座下座板7上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器8，在中心底部有固接测力传感器8连接螺栓10穿过的圆通孔，中心有测力传感器8连接线接头穿过的通孔和连接线穿过的长槽孔。测力传感器8放置在下座板7的中心位置，并通过连接螺栓10固定。在测力传感器8顶部镶嵌一块中心非金属滑板9，支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板9传递到测力传感器8，完成中心非金属滑板9所承受的竖向压力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板9所受力（即测力传感器8测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器8的受力反推获知支座的整体竖向受力情况，从而使支座具备竖向测力功能。
本实施例的多向活动竖向测力型双曲面球型减隔震支座在正常情况下，可实现竖向承载、水平纵桥向、横桥向的滑动、支座竖向转动功能；在地震时实现减隔震和震后自动复位功能；同时在支座整个运行过程中始终具备竖向测力功能。
实施例5
给出单向活动竖向测力型双曲面球型减隔震支座，如图9、10所示。其主要由上座板1，上不锈钢滑板2，上非金属滑板3，中座板4，下球面不锈钢滑板5，下球面非金属滑板6，下座板7，导向不锈钢滑板11，导向非金属滑板12，限位板13，测力传感器8，中心非金属滑板9，连接螺栓10等部件组成。上座板1与中座板4之间含有上球面摩擦副（上不锈钢滑板2和上非金属滑板3组成）；中座板4与下座板7之间含有下球面摩擦副（下球面不锈钢滑板5、下球面非金属滑板6和中心非金属滑板9组成），下座板7和上座板1在限位方向两侧有导向摩擦副（由导向不锈钢滑板11和导向非金属滑板12组成）。两个球面摩擦副共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载、主位移方向滑动、竖向转动功能；导向摩擦副起到支座在限位方向限位和滑动方向滑移功能。地震时，限位板剪断，支座通过双球面的合成作用实现水平往复滑动，在往复滑动过程中，通过滑动面的摩擦阻力耗散地震能量，并延长结构自振周期，达到减隔震效果；地震过后，上部结构自重形成回复力，使支座复位。
支座下座板7上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器8，在中心底部有固接测力传感器8连接螺栓10穿过的圆通孔，中心有测力传感器8连接线接头穿过的通孔和连接线穿过的长槽孔。测力传感器8放置在下座板7的中心位置，并通过连接螺栓10固定。在测力传感器8顶部镶嵌一块中心非金属滑板9，支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板9传递到测力传感器8，完成中心非金属滑板9所承受的竖向压力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板9所受力（即测力传感器8测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器8的受力反推获知支座的整体竖向受力情况，从而使支座具备竖向测力功能。
本实施例的单向活动竖向测力型双曲面球型减隔震支座在正常情况下，可实现竖向承载、主位移向滑移、限位方向限位和支座竖向转动功能；在地震时实现减隔震和震后自动复位功能；同时在支座整个运行过程中始终具备竖向测力功能。
实施例6
给出固定竖向测力型双曲面球型减隔震支座，如图11、12所示。其主要由上座板1，上不锈钢滑板2，上非金属滑板3，中座板4，下球面不锈钢滑板5，下球面非金属滑板6，下座板7，导向不锈钢滑板11，导向非金属滑板12，限位板13，测力传感器8，中心非金属滑板9，连接螺栓10等部件组成。上座板1与中座板4之间含有上球面摩擦副（上不锈钢滑板2和上非金属滑板3组成）；中座板4与下座板7之间含有下球面摩擦副（下球面不锈钢滑板5、下球面非金属滑板6和中心非金属滑板9组成），下座板7和上座板1在限位方向两侧有导向摩擦副（由导向不锈钢滑板11和导向非金属滑板12组成）。两个球面摩擦副共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载、竖向转动功能；导向摩擦副起到支座在限位方向限位功能。地震时，限位板剪断，支座通过双球面的合成作用实现水平往复滑动，在往复滑动过程中，通过滑动面的摩擦阻力耗散地震能量，并延长结构自振周期，达到减隔震效果；地震过后，上部结构自重形成回复力，使支座复位。
支座下座板7上部大部分为球面，在中心位置掏出一个圆柱形体以放置测力传感器8，在中心底部有固接测力传感器8连接螺栓10穿过的圆通孔，中心有测力传感器8连接线接头穿过的通孔和连接线穿过的长槽孔。测力传感器8放置在下座板7的中心位置，并通过连接螺栓10固定。在测力传感器8顶部镶嵌一块中心非金属滑板9，支座竖向力中的一部分通过中心非金属滑板9传递到测力传感器8，完成中心非金属滑板9所承受的竖向压力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板9所受力（即测力传感器8测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器8的受力反推获知支座的整体竖向受力情况，从而使支座具备竖向测力功能。
本实施例的固定竖向测力型双曲面球型减隔震支座在正常情况下，可实现竖向承载、水平向限位和支座竖向转动功能；在地震时实现减隔震和震后自动复位功能；同时在支座整个运行过程中始终具备竖向测力功能。

Claims (4)

1.一种竖向测力型桥梁支座的测力方法，该竖向测力型桥梁支座包括从上至下依次设置的上座板（1）、中座板（4）和下座板（7），在中座板（4）的下表面设有下球面不锈钢滑板（5），下座板（7）的上表面设有下球面非金属滑板（6），下球面不锈钢滑板（5）和下球面非金属滑板（6）形成球形转动摩擦副，其特征在于：在下座板（7）的中心及下球面非金属滑板（6）的中心开设有用于竖直放置测力传感器（8）的安装腔，测力传感器（8）通过连接螺栓（10）固定在安装腔内，测力传感器（8）的测力受力点与摩擦副的中心重合；
采用上述竖向测力型桥梁支座测量桥梁支座的竖向受力的方法是：
步骤一、组装核对：将支座组装完毕，并置于试验机上，支座中心与试验机中心位置对准，试验荷载为支座竖向承载力的1.5倍，加载至设计承载力的1%后，核对测力传感器受力，确认无误后进行预压；
步骤二、预压：将支座竖向设计承载力以连续均匀的速度加载，反复3次；
步骤三、正式加载：将试验荷载由零开始均匀分为10级，试验时以设计承载力的1%作为初始荷载，然后逐级加载，每级荷载稳压2分钟后记录试验机竖向荷载和测力传感器荷载，直至试验荷载，稳压3分钟后卸载，加载过程连续进行3次；
步骤四、绘图：测力传感器荷载取每一级3次传感器读数的算术平均值，绘制传感器荷载—试验机荷载曲线，并做拟合计算，确定试验机荷载与传感器荷载的关系式；
步骤五、比对：支座在实际使用中，实时获取测力传感器的读数，通过步骤四标定的关系式，判断支座的整体竖向受力情况。
2.如权利要求1所述的一种竖向测力型桥梁支座的测力方法，其特征在于：所述的测力传感器（8）顶部安装中心非金属滑板（9），中心非金属滑板（9）与中座板（4）贴覆的下球面不锈钢滑板（5）的下表面相贴合，中心非金属滑板（9）与下球面非金属滑板（6）之间存在间隙。
3.如权利要求1所述的一种竖向测力型桥梁支座的测力方法，其特征在于：所述的安装腔为圆柱型空腔。
4.如权利要求1所述的一种竖向测力型桥梁支座的测力方法，其特征在于：所述的下座板（7）内开设有测力传感器连接线穿过的长槽孔。
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