一种测力元件可更换的竖向测力支座的制作方法

本发明涉及桥梁结构或建筑技术领域，具体说的是一种测力元件可更换的竖向测力支座。

背景技术：

健康监测对桥梁及建筑物的安全运营发挥着日益重要的作用。测力支座可实现支座承受竖向荷载的测量，是重要的测量载体。目前的测力支座大多采用应变片、标准测力传感器等方式进行，但一旦测力元器件发生损坏，支座测力功能即将丧失，难以更换，除非将测力支座进行整体更换，导致费用增加明显。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提出的一种测力元件可更换的竖向测力支座，通过支座局部受力的测量和整体静态标定实现支座测力；同时，在测力元件功能丧失下，实现测力元件可更换，无需顶梁卸载和更换整个支座，为桥梁或建筑物提供可靠的全寿命周期的监测技术。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种测力元件可更换的竖向测力支座，设有多层座板逐层相配合设置的支座主体，最下层座板与倒数第二层座板处于固定状态，在最下层座板与从倒数第二层座板之间设有测力元件，最下层座板内开设有贯通最下层座板侧面并用于侧力元件更换安装的内腔，最下层座板的上表面上开设有与内腔相连通的安装口，测力元件包括抽板、挡板、支撑板、测力传感器和中心压板，在抽板的表面上设有支撑板和挡板，在支撑板的上方固定有测力传感器，测力传感器的上方设有具有中心非金属滑板的中心压板，将抽板推入内腔并可拆卸固定在最下层座板上，使中心压板的中心非金属板露出安装口与倒数第二层座板底面上的金属滑板组成中心摩擦副，并使测力传感器的测力受力点与支座主体的轴心重合，挡板顶住支撑板并可拆卸的固定在最下层座板上，并不承受竖向承载力。

支撑板的底面与抽板的顶面为向推入方向倾斜的倾斜面接触。

内腔由相连通的半圆柱腔和长方体腔组成，半圆柱腔的直径等于或小于长方体腔的宽度，半圆柱腔处用于放置测力传感器。

挡板上设有引出测力传感器导线的孔槽。

挡板通过螺栓固定在最下层座板上。

抽板通过螺栓固定在最下层座板上。

抽板上开设有用于施加外力工装的螺纹孔。

本发明有益效果是：

1）测力传感器放置并固定在支座最下层座板中心位置，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）利用圣维南原理，荷载的具体分布只影响荷载作用区附近的应力分布，在离荷载作用区稍远的地方，基本上只同荷载的合力和合力矩有关。因此，上述发明将测力传感器设置在支座本体的中心靠底部位置，即底座板中心内腔位置，测力传感器的顶部中心压板、中心非金属滑板、倒数第二层座板和最下层座板始终处于固定状态，且远离支座的平面滑动和竖向转动位置，因此支座运动状态的改变，离上部结构载荷作用区稍远的测力传感器只同整体荷载即支座上部结构荷载相关，显著减少支座运动状态的改变导致的测力偏差的影响。

3）测力传感器顶部的包括中心非金属滑板在内的固定平面摩擦副，始终保持固定，避免了中心非金属滑板磨损，保证测力稳定。

4）当测力传感器失效时，拧出抽板与最下层座板的连接螺栓，施加外力在抽板上取出抽板，由于测力传感器本身受力较小，且抽板与支撑板为倾斜面接触，因此施加较小的抽板外力即可使测力传感器卸载，无需顶梁。再拧出挡板与最下层座板的连接螺栓，依次取出挡板、支撑板、测力传感器、中心压板及中心非金属滑板。更换新的测力传感器，且原位置组装，通过倾斜面在抽板外部施加推力，并固定到原中心位置，再依次拧紧抽板、挡板与最下层座板的连接螺栓，完成测力传感器的可更换。

5）由于整个更换过程中，仅更换测力传感器、且两测力传感器规格型号完全一致，其他部件均未更换且位置不变，保证了更换前后的支座测力标定一致，从而实现支座在全生命周期内的测力功能。

附图说明

图1是本发明实施例1中图3的c-c剖视图；

图2是本发明实施例1中图1的a-a剖视图；

图3是本发明实施例结构中图2的b-b剖视图具体实施方式；

图中：1、底座板，2、抽板，3、挡板，4、支撑板，5、测力传感器，5-1、测力传感器导线，6、中心压板，7、中心非金属滑板，8、c型非金属滑板，9、下座板，10、下球面转动摩擦副，11、中座板，12、上平面滑动摩擦副，13、上座板，14、密封圈，15、抽板螺栓，16、挡板螺栓。

具体实施方式

如图所示，一种测力元件可更换的竖向测力支座，设有多层座板逐层相配合设置的支座主体，最下层座板（底座板1）与倒数第二层座板（下座板9）处于固定状态，固定状态指的是最下层座板与倒数第二层座板之间不会发生转动及滑动，在最下层座板与从倒数第二层座板之间设有测力元件，最下层座板内开设有贯通最下层座板侧面并用于侧力元件更换安装的内腔，最下层座板的上表面上开设有与内腔相连通的安装口，安装口的最优形状与内腔的纵截面形状一致，便于中心压板在向最下层座板中心移动时产生阻碍，测力元件包括抽板2、挡板3、支撑板4、测力传感器5和中心压板6，在抽板2的表面上设有支撑板4和挡板3，在支撑板4的上方固定有测力传感器5，测力传感器5的上方设有具有中心非金属滑板7的中心压板6，将抽板2推入内腔并可拆卸固定在最下层座板上，使中心压板6的中心非金属板7露出安装口与倒数第二层座板底面上的金属滑板组成中心摩擦副，并使测力传感器的测力受力点与支座主体的轴心重合，挡板3顶住支撑板4并可拆卸的固定在最下层座板上，并不承受竖向承载力，即挡板3的顶面略低于倒数第二层座板的金属滑板底面，不与该金属滑板接触。

在最下层座板的上表面开设安装口后，最下层座板上的非金属滑板采用c型非金属滑板8，c型非金属滑板与倒数第二层座板底面贴覆的不锈钢滑板组成固定平面摩擦副。

支撑板4的底面与抽板的顶面为向推入方向倾斜的倾斜面接触。

内腔由相连通的半圆柱腔和长方体腔组成，半圆柱腔的直径等于或小于长方体腔的宽度，测力传感器为圆形，这种形状的内腔便于测力元件的安装与更换，半圆柱腔处用于放置测力传感器，内腔的宽度略大于测力传感器轮廓尺寸和抽板、挡板宽度。

挡板3上设有引出测力传感器导线5-1的孔槽，便于测力传感器导线5-1引出与外部显示元件或供电元件连接。

挡板3通过螺栓固定在最下层座板上，去除螺栓将挡板3从最下层底板取下。

抽板2通过螺栓固定在最下层座板上，去除螺栓可抽动抽板2从内腔取出。

抽板2上开设有用于施加外力工装的螺纹孔，便于使用外力工装将抽板2抽出。

支座主体可采用钢支座、球支座或橡胶支座。

内腔的深度由外至内一致，其腔底为平面，抽板2的底面也为平面，内腔的尺寸与挡板尺寸设计，保证挡板完全推入之后，使测力传感器的测力受力点与支座主体的轴心重合，并且，可在挡板与抽板上设置相配合的凸台结构，可保证测力传感器更换后的位置不变。

实施例1

给出测力元件可更换的竖向测力球型支座，如图1、2、3所示。其主要由底座板1、抽板2、挡板3、支撑板4、测力传感器5、测力传感器导线5-1、中心压板6、中心非金属滑板7、c型非金属滑板8、下座板9、下球面转动摩擦副10、中座板11、上平面滑动摩擦副12、上座板13、密封圈14、抽板螺栓15、挡板螺栓16等部件组成。

上座板13、中座板11、下座反9和底座板11从上至下轴对称设置，上座板13与中座板11之间设有上平面滑动摩擦副12，中座板11与下座板9之间设有下球面转动摩擦副10，上平面滑动摩擦副12和下球面转动摩擦副10共同组成支座的竖向承压摩擦副，具备竖向承载、纵桥向滑动、竖向转动功能，每个摩擦副均包括非金属滑板和不锈钢滑板。固定平面摩擦副由贴覆在下座板9底部的固定平面不锈钢滑板和处于同一平面分别镶嵌在中心压板6上的中心非金属滑板7、镶嵌在底座板1上的c型非金属滑板8共同组成（见图2）。

支座底座板1的中心一侧方向开了半圆柱体+长方形体的内腔，在半圆柱体内腔的中心和固定平面摩擦副的中心有竖直放置的测力传感器5、中心压板6和中心非金属滑板7；底座板1沿着一侧方向的长方形体内腔内放置有抽板2和挡板3，并用抽板螺栓15和挡板螺栓16与底座板1固定。测力传感器5固定在支撑板4上，支撑板4底面与抽板2顶面为倾斜面接触。

在镶嵌在中心压板6的中心非金属滑板7和镶嵌在底座板1上的c型非金属滑板8处于同一平面且共同承担支座的竖向荷载，支座竖向荷载中的一部分通过中心非金属滑板7和中心压板6传递到测力传感器5，完成中心非金属滑板7所承受的竖向力测定。通过竖向标定试验，确定中心非金属滑板7所受力（即测力传感器5测定力值）与支座整体竖向受力关系，最终通过测力传感器5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。

利用圣维南原理，荷载的具体分布只影响荷载作用区附近的应力分布，在离荷载作用区稍远的地方，基本上只同荷载的合力和合力矩有关。测力传感器5设置并固定在底座板1中心内腔位置，测力传感器5的顶部固定平面摩擦副始终处于固定状态，避免了滑动或转动带来的非金属滑板磨损问题，且远离支座的平面滑动和竖向转动位置，因此支座运动状态的改变，离上部结构载荷作用区稍远的测力传感器5只同整体荷载即支座上部结构荷载相关，显著减少支座运动状态的改变导致的测力偏差的影响。

当测力传感器5失效时，拧出抽板2与底座板1之间的抽板螺栓15，施加外力在抽板2上取出抽板2，由于测力传感器5本身受力较小，且抽板2与支撑板4在为倾斜面接触，因此施加较小的外力即可使测力传感器5卸载，无需顶梁。再拧出挡板3与底座板1的挡板螺栓16，依次取出挡板3、支撑板4、测力传感器5、中心压板6及中心非金属滑板7。更换新的测力传感器5，且原位置组装，通过倾斜面在抽板2外部施加推力，并固定到原中心位置，再依次拧紧抽板2、挡板3与底座板1的抽板螺栓15和挡板螺栓16，完成测力传感器5的可更换。

由于整个更换过程中，仅更换测力传感器5、且两测力传感器5规格型号完全一致，其他部件均未更换且位置不变，保证了更换前后的支座测力标定一致，从而实现支座在全生命周期内的测力功能。

本实施例的测力元件可更换的竖向测力球型支座在正常情况下，可实现竖向承载、活动方向滑移、支座竖向转动功能，同时当测力元件失效时，无需顶梁下即可实现测力元件的可更换，使支座在整个生命周期内始终具备竖向测力功能。

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