一种竖向测力型桥梁支座的制作方法

本发明涉及桥梁支座领域，具体说的是一种竖向测力型桥梁支座。

背景技术：

桥梁支座作为桥梁结构上部结构和下部结构直接的主要传力构件，支座受力的变化可很大程度上反应桥梁的整体运行情况，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。随着我国高速公路、铁路桥梁建设逐年增加，对桥梁支座竖向静载和动载的监测对桥梁的运行具有重要现实意义。

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cn102912772a）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cn102032959a）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，传感器作为支撑部件承载整个支座受力，测力范围有限，且结构尺寸空间要求很大，支座较重。

《一种简易桥梁测力支座》（专利号cn203741696u）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cn203741696u）和《一种测力支座结构》（专利号cn105821760a）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。

上述的测力支座产品主要在以下不足：

（1）支座水平滑动、竖向转动对竖向测力有影响。

（2）测力元件达到使用年限后更换困难，支座测力功能寿命受限制。

（3）采用橡胶材料，容易老化，影响使用寿命。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种竖向测力型桥梁支座，实现了支座上部承载力-位移转化。支座承受竖向力后，下座板中心处发生向下的位移，通过位移放大装置将该位移进行放大，并引出到支座外部，通过加载试验标定支座竖向加载力与位移传感器读数之间的关系，实现力-位移转化和位移测量元件易于拆卸更换的目的。

为实现上述技术好的，所采用的技术方案是：一种竖向测力型桥梁支座，包括上部支座、座板、底盆、位移放大装置和位移传感器，上部支座、座板和底盆从上至下叠放设置，上部支座的底面为凸球面，座板的顶面为与凸球面相匹配的凹球面，座板四周为支撑在底盆侧壁上方的翼板，座板的底面与底盆的底面上表面之间设有位移放大装置安装空间，底盆的侧壁上开设有与位移放大装置安装空间相连通的位移空间，位移放大装置包括杠杆、连接件和支架，支架固定在位移放大装置安装空间内，杠杆通过位移空间穿入位移放大装置安装空间内，杠杆的端部与杠杆的重心之间的一个支点铰接在支架上，杠杆以支架为支点受力转动，支架位于，杠杆的一端通过连接件与座板的底面中心固定连接，杠杆的另一端对应设置在底盆的侧壁面上的位移传感器设置，杠杆的重心位于杠杆接近位移传感器的一端。

杠杆与连接件连接的一端所处位置低于杠杆的另一端所处位置。

座板的下部中心设有圆柱台，圆柱台伸入底盆的盆腔内，并与底盆的盆腔间隙配合，圆柱台的底面与底盆的底面上表面之间设有位移放大装置安装空间。

杠杆的截面为变截面，杠杆与座板连接的一端为粗端，杠杆对应位移传感器的一端为细端。

连接件为竖直设置的杆形部件，杆形部件的一端与座板的底面中心固定连接，杆形部件的另一端压设在杠杆的端部。

杆形部件的端部与杠杆的端部为相配合的弧面与曲面。

一种竖向测力型桥梁支座的测力方法，对所述的竖向测力型桥梁支座的上部支座加载标定加载力，并对位移传感器读数，得到标定加载力与位移传感器位移值的关系式；根据标定加载力与位移传感器位移值的关系式，通过安装在竖向测力型桥梁支座上的位移传感器的位移值，反向得出竖向测力型桥梁支座上的竖向加载力值。

本发明的有益效果是：

1）位移传感器固定放置置在支座底盆侧面位置，实现易于拆卸便于更换的目的；连接线和外部显示设备连接，实现数据实时自动采集。支座承受竖向力造成座板的弹性变形，底部表面出现竖向位移，并传递到位移放大装置的输入端，通过位移放大装置的放大作用，使得位移传感器测得数据更加灵敏，然后通过竖向标定确定位移传感器读数与支座整体竖向受力关系，这样完成力-位移的转换。

2）支座的测量不影响上部支座的正常使用功能，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。

3）利用下座板和座板传力，使支座基本功能与竖向测力功能分离，有效消除了水平位移、水平受力、竖向转动对竖向测力的影响。

4）在安装使杠杆的重端抬起，而轻端受连接件的压力下沉，在放大位移的同时，该位置关系可使座板下面与杠杆，杠杆与限位销之间始终处于压紧状态，消除配合间隙对位移数据的影响；杠杆的截面为变截面，前端粗后端细，消除长时间自重作用下杆形部件弯曲变形对位移数据的影响。

5）使杠杆的前端在安装时处于低处，后端处于高处，可以减小安装空间，同时，可以降低底盆的高度。

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、座板，8-1、翼板，8-2、圆柱台，9、位移传感器，10、位移放大装置，10-1、杠杆，10-2、支架，10-3连接件，11、底盆，12、导向不锈钢滑板，13、导向非金属滑板，14、安装空间，15、位移空间。

具体实施方式

如图1-图12所示，一种竖向测力型桥梁支座，包括上部支座、座板8、底盆11、位移放大装置10和位移传感器9，上部支座包括上座板1、中座板4、下座板7，以及上座板1、中座板4、下座板7之间的摩擦副。

上部支座、座板8和底盆11从上至下叠放设置，上部支座的底面为凸球面，座板8的顶面为与凸球面相匹配的凹球面，上部支座与座板顶面的凹球面配合且不发生相对运动，有传递竖向力的作用。

上部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）；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。通过竖向标定试验，确定位移传感器读数与支座整体竖向受力关系，实现竖向受力-位移的转换。

座板8四周为支撑在底盆11侧壁上方的翼板8-1，翼板8-1可设置成环形结构，竖向承载时通过环形翼的弹性变形，为位移放大装置的输入端提供竖向位移。

底盆11上表面为环形，中空结构，环形表面用于承受竖向载荷，中空部分为位移放大装置提供安装空间。在底盆的侧面合适位置开孔，便于放大装置的杠杆穿过。

座板8的底面与底盆11的底面上表面之间设有位移放大装置安装空间14，底盆11的侧壁上开设有与位移放大装置安装空间14相连通的位移空间15，位移放大装置10包括杠杆10-1、连接件10-3和支架10-2，支架10-2固定在位移放大装置安装空间14内，杠杆10-1通过位移空间15穿入位移放大装置安装空间14内，杠杆10-1的端部与杠杆10-1的重心之间的一个支点铰接在支架10-2上，杠杆10-1以支架10-2为支点受力转动，支架10-2位于，杠杆10-1的一端通过连接件10-3与座板8的底面中心固定连接，杠杆10-1的另一端对应设置在底盆11的侧壁面上的位移传感器9设置，杠杆10-1的重心位于杠杆10-1接近位移传感器9的一端。即支架与位移传感器的杠杆一端重于支架与连接件之间的杠杆一端，只要轻端下落，在不受到加载力时，重端都可通过自重将轻端复位。

在杠杆安装完成未受到加载力时，杠杆的两端所处的位置状态如下：

（一）杠杆10-1与连接件10-3连接的一端所处位置高于杠杆10-1的另一重端所处位置，即杠杆10-1的轻的一端受重的一端下压上翘，当轻的一端受到上方支座的加载力，轻端位置下移，重端上抬，位移传感器检测到杠杆的位置改变。此时安装空间14的高度需要根据杠杆10-1轻端上抬的高度设置较高，重端下压的高度低，为保证位移空间的开口位置，底盆的整体高度需要加高。

（二）杠杆10-1与连接件10-3连接的一端所处位置低于杠杆10-1的另一重端所处位置。即杠杆10-1的轻的一端受上部支座下压下沉，重的一端以支架为支点上抬，当轻的一端受到上方支座的加载力，轻端位置继续下移，重端上抬，位移传感器检测到杠杆的位置改变。此时安装空间14的高度需要根据杠杆10-1轻端下压的高度设置很低，而位移空间的开口位置不需要太高，底盆的整体高度降低。

座板8的下部中心设有圆柱台8-2，圆柱台8-2伸入底盆11的盆腔内，并与底盆11的盆腔间隙配合，圆柱台8-2的底面与底盆11的底面上表面之间设有位移放大装置安装空间14。圆柱台8-2可对底板8进行限位，其底面中心可通过连接螺栓与连接件连接，实现力与位移的传递。

杠杆10-1的截面为变截面，杠杆10-1与座板8连接的一端为粗端，杠杆10-1对应位移传感器9的一端为细端。该种设置并不会改变重心位置，在安装之后，因重心位于接近位移传感器的一侧，长时间自重作用下易产生变形，而变成细端之后，具有了变截面，消除了时间自重作用下杆形部件弯曲变形对位移数据的影响。

连接件10-3为竖直设置的杆形部件，杆形部件的一端与座板8的底面中心固定连接，杆形部件的另一端压设在杠杆10-1的端部。此时最优选择安装后的杠杆10-1与连接件10-3连接的一端所处位置低于杠杆10-1的另一重端所处位置，因杠杆在使用时与支架通过限位销等部件进行铰接，易产生配合间隙，通过连接件10-3下压的形式，实时压紧，这样使杠杆与限位销、支架之间始终处于压紧状态，消除配合间隙对位移数据的影响，在杠杆再受到加载力位置改变时，配合间隙不会对测量的位移差产生影响。

杆形部件的端部与杠杆10-1的端部为相配合的弧面与曲面。这样在下压时，保证两者之间的配合，不会发生脱离。

一种竖向测力型桥梁支座的测力方法，对所述的竖向测力型桥梁支座的上部支座加载标定加载力，并对位移传感器读数，得到标定加载力与位移传感器位移值的关系式；根据标定加载力与位移传感器位移值的关系式，通过安装在竖向测力型桥梁支座上的位移传感器的位移值，反向得出竖向测力型桥梁支座上的竖向加载力值。

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，座板8，位移传感器9，位移放大装置10，底盆11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和下球面非金属滑板6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。

支座座板8下部圆柱台的最下表面，通过连接螺栓安装有向位移放大装置10传递位移的杆形部件，为位移的输入端。在底盆11的侧面合适位置开孔或开槽，便于位移放大装置10的杠杆穿过以及竖向位移改变。位移传感器9放置在底盆11侧面位置，并通过连接螺栓固定。位移传感器9连接线和外部显示设备连接，完成放大装置输出端竖向位移值数据获取。通过竖向标定试验，确定位移传感器9的测定值与支座整体竖向受力关系，最终支座使用时通过位移传感器9的测定值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。同时位移传感器9置于支座外部，方便了拆装更换，使得支座在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，座板8，位移传感器9，位移放大装置10，底盆11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和下球面非金属滑板6组成），底盆11和上座板1两个水平限位方向有导向摩擦副（由导向不锈钢滑板12和导向非金属滑板13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。

支座座板8下部圆柱台的最下表面，通过连接螺栓安装有向位移放大装置10传递位移的杆形部件，为位移的输入端。在底盆11的侧面合适位置开孔或开槽，便于位移放大装置10的杠杆穿过以及竖向位移改变。位移传感器9放置在底盆11侧面位置，并通过连接螺栓固定。位移传感器9连接线和外部显示设备连接，完成放大装置输出端竖向位移值数据获取。通过竖向标定试验，确定位移传感器9的测定值与支座整体竖向受力关系，最终支座使用时通过位移传感器9的测定值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，同时位移传感器9置于支座外部，方便了拆装更换，使得支座在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，座板8，位移传感器9，位移放大装置10，底盆11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和下球面非金属滑板6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1的盆环与底盆11呈小间隙设置，起到支座在四周限位即固定功能。

支座座板8下部圆柱台的最下表面，通过连接螺栓安装有向位移放大装置10传递位移的杆形部件，为位移的输入端。在底盆11的侧面合适位置开孔，便于位移放大装置10的杠杆穿过以及竖向位移改变。位移传感器9放置在底盆11侧面位置，并通过连接螺栓固定。位移传感器9连接线和外部显示设备连接，完成放大装置输出端竖向位移值数据获取。通过竖向标定试验，确定位移传感器9的测定值与支座整体竖向受力关系，最终支座使用时通过位移传感器9的测定值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，同时位移传感器9置于支座外部，方便了拆装更换，使得支座在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，座板8，位移传感器9，位移放大装置10，底盆11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和下球面非金属滑板6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。

支座座板8下部圆柱台的最下表面，通过连接螺栓安装有向位移放大装置10传递位移的杆形部件，为位移的输入端。在底盆11的侧面合适位置开孔或开槽，便于位移放大装置10的杠杆穿过以及竖向位移改变。位移传感器9放置在底盆11侧面位置，并通过连接螺栓固定。位移传感器9连接线和外部显示设备连接，完成放大装置输出端竖向位移值数据获取。通过竖向标定试验，确定位移传感器9的测定值与支座整体竖向受力关系，最终支座使用时通过位移传感器9的测定值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；同时位移传感器9置于支座外部，方便了拆装更换，使得支座在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，座板8，位移传感器9，位移放大装置10，底盆11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和下球面非金属滑板6组成），底盆和上座板1两个水平限位方向有导向摩擦副（由导向不锈钢滑板12和导向非金属滑板13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。

支座座板8下部圆柱台的最下表面，通过连接螺栓安装有向位移放大装置10传递位移的杆形部件，为位移的输入端。在底盆11的侧面合适位置开孔或开槽，便于位移放大装置10的杠杆穿过以及竖向位移改变。位移传感器9放置在底盆11侧面位置，并通过连接螺栓固定。位移传感器9连接线和外部显示设备连接，完成放大装置输出端竖向位移值数据获取。通过竖向标定试验，确定位移传感器9的测定值与支座整体竖向受力关系，最终支座使用时通过位移传感器9的测定值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；同时位移传感器9置于支座外部，方便了拆装更换，使得支座在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，座板8，位移传感器9，位移放大装置10，底盆11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和下球面非金属滑板6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；上座板1的盆环与底盆11呈小间隙设置，起到支座在四周限位即固定功能。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。

支座座板8下部圆柱台的最下表面，通过连接螺栓安装有向位移放大装置10传递位移的杆形部件，为位移的输入端。在底盆11的侧面合适位置开孔或开槽，便于位移放大装置10的杠杆穿过以及竖向位移改变。位移传感器9放置在底盆11侧面位置，并通过连接螺栓固定。位移传感器9连接线和外部显示设备连接，完成放大装置输出端竖向位移值数据获取。通过竖向标定试验，确定位移传感器9的测定值与支座整体竖向受力关系，最终支座使用时通过位移传感器9的测定值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；同时位移传感器9置于支座外部，方便了拆装更换，使得支座在整个运行过程中始终具备竖向测力功能。