CN112666075B

CN112666075B - 测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法

Info

Publication number: CN112666075B
Application number: CN202011538900.3A
Authority: CN
Inventors: 伍大成; 邹贻军; 王剑明
Original assignee: Chengdu Jitong Road And Bridge Technology Co ltd
Current assignee: Jitong Intelligent Equipment Co ltd
Priority date: 2020-12-23
Filing date: 2020-12-23
Publication date: 2021-09-28
Anticipated expiration: 2040-12-23
Also published as: CN112666075A

Abstract

本发明公开了一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，包括以下步骤S1：记录测力装置顶升前传感装置的水平力或侧向力值；S2：对测力装置上的楔形荷载转换器施加水平或者侧向力，使得测力装置高度改变，记录高度改变时或者暂停改变时传感装置的水平力或侧向力值；S3：根据楔形荷载转换器所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与荷载转换器倾斜角度、水平力或侧向力的关系式；S4：根据步骤1、2记录的水平或侧向力值及步骤S3中的关系式，求解出摩擦系数值。本发明在测力装置服役状态下通过水平力或侧向力可以测定摩擦系数，从而使得在以水平或侧向力来测定装置竖向力的精度更佳准确、可靠。

Description

测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法

技术领域

本发明涉及轨道交通结构工程技术领域，也可以应用于公路、市政、建筑等结构工程领域，具体涉及一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法。

背景技术

测力装置与支座用于测定结构间传力构件的受力，被广泛应用于各个领域，特别是在桥梁工程领域，测力装置作为桥梁结构上部结构和下部结构主要传力构件，测力装置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。

对于楔形调高测力装置，因为在运营过程中楔形块不可避免存在磨损，且考虑材料自身的老化性能，其摩擦系数可能会产生变化，在通过测定测力装置的楔形机构水平力反推竖向力时，由于竖向力的求解与摩擦系数有关，因此摩擦系数的改变影响竖向力的精准性，因而需要对摩擦系数进行现场测定。

发明内容

本发明的目的在于提供一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，用以解决服役状态下楔形调高测力装置的摩擦系数无法准确测定，导致竖向力测定不准确的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下方案：

一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，包括以下步骤：

S1：记录测力装置顶升前传感装置的水平力或侧向力值；

S2：对测力装置上的楔形荷载转换器施加水平或者侧向力，使得测力装置高度改变，记录高度改变时或者暂停改变时传感装置的水平力或侧向力值；

S3：根据楔形荷载转换器所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与荷载转换器倾斜角度、水平力或侧向力的关系式；

S4：根据步骤1、2记录的水平或侧向力值及步骤S3中的关系式，求解出摩擦系数值。

优选的，步骤S3中的关系式为μ= T₂-T₁/（T₁+T₂）（tanθ+2/ tanθ）。

优选的，在步骤S1中，所述测力装置包括上座板和下座板，上座板底面设有调节腔，调节腔内设有两个荷载转换器，两荷载转换器相互远离使得上座板高度上升，反之上座板高度下降，两荷载转换器之间设有多个传感装置，荷载转换器顶面与调节腔斜直面或者柱面或者曲面接触，荷载转换器底面与下座板上支承面为平面或者斜直面或者曲面接触，通过传感装置记录水平力或侧向力值。

优选的，所述测力装置上方或者下方设有支座芯体，支座芯体为盆式支座、球形支座、橡胶支座、减隔震支座中的任意一种。

优选的，所述调节腔顶面与荷载转换器顶面之间设有匹配的上摩擦副，所述荷载转换器底面与下座板上支承面之间设有匹配的下摩擦副。减少上座板与荷载转换器之间的相互摩擦损耗，同时使得荷载转化器与调节腔顶面之间的滑动更顺畅；减少荷载转换器与下座板之间的相互摩擦损耗，同时使得荷载转化器与下座板上支承面之间的滑动更顺畅。

优选的，步骤S2中，在测力装置上安装动力装置，动力装置与其中一荷载转换器侧边和/或端部连接，动力装置输出端与另一荷载转换器对应的侧边和/或端部连接，动力装置输出端串联有传感装置，所述动力装置施加水平或侧向力，动力装置输出端的传感装置受压，两荷载转换器相互远离对上座板产生顶升，记录下上座板高度开始改变或者暂停改变时传感装置所受水平力或者侧向力值。

优选的，步骤S1通过另一种结构实现，测力装置包括支座芯体、下座板、两荷载转换器，支座芯体底面与两荷载转换器顶面为斜直面或者柱面或者曲面接触，在水平方向位于荷载转换器与下座板的侧壁之间设有多个传感装置，通过传感装置记录水平力或者侧向力值。

优选的，对于步骤S2，在下座板两侧壁上安装有动力装置，动力装置的输出端穿过下座板的侧壁与传感装置直接或间接接触，动力装置施加水平力或侧向力，传感装置受压，两荷载转换器相互靠近对支座芯体产生顶升，记录下支座芯体高度开始改变或者暂停改变时传感装置所受水平力或侧向力值，

优选的，在动力装置的输出端与传感装置之间设置荷载分布挡板，动力装置输出端与荷载分布挡板侧面接触，传感装置位于荷载分布挡板与荷载转换器之间。

优选的，所述荷载分布挡板与下座板侧壁之间安装可调限位块。

本发明具有的有益效果：

1、本发明通过将荷载转换器所受力的力学平衡关系，得出擦系数与水平或侧向力、荷载转换器倾斜角之间的关系式，通过步骤S1和S2中的力值求解出摩擦系数值，通过水平力可以实现摩擦系数的准确测定，从而在对通过楔形荷载转换器以水平力反推装置竖向受力的方案中可获得准确的竖向力，进行可以对支座进行竖向力测定。

附图说明

图1为本发明的流程步骤结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为支座芯体为测力装置上方时的结构示意图；

图4为图2中的结构连接动力装置的结构图；

图5为实施例2中的结构示意图；

图6-8为实施例3的结构图；

图9为T₁在荷载转换器上的受力分解图；

图10为T₂在荷载转换器上的受力分解图。

附图标记：1-支座芯体，2-上摩擦副，3-荷载转换器，4-下摩擦副，5-传感装置，6-荷载分布挡板，7-可调限位块，8-下座板，9-动力装置，10-调节腔，11-上座板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖向”、“纵向”、“侧向”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“开有”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

如图1-4所示，一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，包括以下步骤：

S1：记录测力装置顶升前传感装置的水平力或侧向力值；

S2：对测力装置上的楔形荷载转换器3施加水平或者侧向力，使得测力装置高度改变，记录高度改变时或者暂停改变时传感装置5的水平力或侧向力值；

S3：根据楔形荷载转换器3所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与荷载转换器3倾斜角度、水平力或侧向力的关系式；

在本实施例的步骤S1中，所述测力装置包括支座芯体1、上座板11、多个传感装置5及下座板8，支座芯体1位于上座板11上方或者下座板8下方，上座板11或下座板8与支座芯体1的下板或者上板一体构成或者为单独构件，上座板11底面设有调节腔10，调节腔10内设有两个荷载转换器3，两荷载转换器3相对运动改变上座板11高度，两荷载转换器3之间设有三个传感装置5，荷载转换器3顶面与调节腔10顶面斜直面接触，且之间设有匹配的上摩擦副2，调节腔10呈倒V形结构，荷载转换器3底面与下座板8上支承面为平面接触，且之间设有下摩擦副4，在两个荷载转换器3端部均对称安装有两个动力装置9，荷载转换器3在上部竖向载荷作用下，两荷载转换器3之间的传感装置5记录水平力或者侧向力值T₁，动力装置9对两荷载转换器3施加水平力或者侧向力，在步骤S2中，在动力装置9的输出端串联有传感装置5，动力装置9输出力时，输出端串联的传感装置5受压，两荷载转换器3相互远离对上座板11产生顶升，记录下上座板11高度开始改变或者暂停改变时传感装置5所受水平力或者侧向力值T₂。

在步骤S3中，如图9和10所示，分别将荷载转换器3所受的全部力进行分解，在根据力学平衡关系式，分别得出水平或侧向力、竖向力、摩擦力及楔形荷载转换器3倾角之间的对应关系式；测力装置所受的竖向力P，该竖向力P在传递到两楔形荷载转换器3上的竖向力为P/2，将荷载转换器3所受的全部外力进行分解，本实施例下座板上支承面为平面，在S1步骤中，f₁=N₁×μ₁，f₂=μ₂×P/2，通过N₁和f₁在荷载转换器3上分解后，得到N₁=P/2（cosθ+μ₁×sinθ），则T₁=- f₂+｛P（tanθ-μ₁）/2（1+μ₁ tanθ）}；在步骤S2中施加水平力后，f₃=N₂×μ₁，f₄=μ₂×P/2，荷载转换器3的坡度夹角为θ，通过N₂和f₃在荷载转换器3上分解后，得到N₂=P/2（cosθ-μ₁×sinθ），则T₂=f₂+｛P（tanθ+μ₁）/2（1-μ₁ tanθ）}，根据上述公式最终得出公式关系P=｛（T₁+T₂）×（1-μ₁ ²tan²θ）}/ tanθ（1+μ₁ ²），（如图9和10所示，上述公式中：T1代表测力装置顶升前的水平力或侧向力值，T2代表测力装置高度改变时或者暂停改变时的水平力或侧向力值，f₁、f₃分别代表两荷载转换器3斜直面的摩擦力，f₂、f₄分别代表两荷载转换器3底面所受摩擦力，μ₁代表荷载转换器3顶面的与上座板之间的摩擦系数，μ₂代表荷载转换器3底面与下座板上支承面之间的擦系数，θ代表楔形荷载转换器3的倾角，N1代表左侧荷载转换器顶面所受的压力，N2代表右侧荷载转换器顶面所受的压力，P代表测力装置的竖向受力），在本实施例中，采用等效摩擦系数μ代替上下滑动面摩擦系数μ₁和μ₂，则可算出μ= T₂-T₁/（T₁+T₂）（tanθ+2/ tanθ），T₂和T₁都是可以直接通过传感装置5得到的，则可以算出摩擦系数，进而通过水平力可以对运营期的测力装置的摩擦系数进行测定，根据装置竖向力与水平力关系式T₁=- f₂+｛P（tanθ-μ₁）/2（1+μ₁ tanθ）}，得出P=2 T₁（1+μtanθ）/（tanθ-2μ-μ² tanθ），在摩擦系数及传感装置读数确定后，即可准确计算出装置竖向实际受力。

实施例2

如图5-8和1所示，本实施例采用另一种结构实现本发明方法，步骤与实施例1中的相同，对于步骤S1来说，该实施例中支座芯体1与荷载转换器3的接触面为斜直面支座芯体1底面呈V形设置，荷载转换器3与下座板8的接触面为平面，多个传感装置5在水平方向位于荷载转换器3与下座板8的侧壁之间，下座板8采用盆腔结构，支座芯体1所受的竖向力通过荷载转换器3分解出水平分量使得传感装置5受压，通过传感装置5记录此时的水平或者侧向力值。

在步骤S2中，在下座板8两侧壁上安装有动力装置9，动力装置9的输出端穿过下座板8的侧壁与传感装置5直接或间接接触，动力装置9施加水平力，使得传感装置5受压，动力装置9采用液压缸或者气压缸可以实现动力输出，两荷载转换器3相互靠近对支座芯体1产生顶升，记录下支座芯体1高度开始改变或者暂停改变时传感装置5所受水平力或者竖向力值。根据楔形荷载转换器3所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与荷载转换器3倾斜角度、水平力或侧向力的关系式；根据步骤1、2记录的水平或侧向力值及步骤S3中的关系式，求解出摩擦系数值。

实施例3

如图6-8所示，在动力装置9的输出端与传感装置5之间设置荷载分布挡板6，动力装置9输出端与荷载分布挡板6侧面接触，传感装置5位于荷载分布挡板6与荷载转换器3之间。载荷分布挡板6可以减少动力装置9的使用数量，本实施例中设有三个传感装置5，采用三个动力装置9对应，也可以通过一个或者两个动力装置9对应三个传感装置5。

所述荷载分布挡板6与下座板8侧壁之间安装可调限位块7。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，依据本发明的技术实质，在本发明的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims

1.一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：记录测力装置顶升前传感装置的水平力或侧向力值；

S2：对测力装置上的楔形荷载转换器（3）施加水平或者侧向力，使得测力装置高度改变，记录高度改变时或者暂停改变时传感装置的水平力或侧向力值；

S3：根据楔形荷载转换器（3）所受力的力学平衡关系，得出摩擦系数与荷载转换器（3）倾斜角度、水平力或侧向力的关系式μ= T₂-T₁/（T₁+T₂）（tanθ+2/ tanθ），该关系式中，T1代表测力装置顶升前的水平力或侧向力值，T2代表测力装置高度改变时或者暂停改变时的水平力或侧向力值，θ代表楔形荷载转换器的倾角，μ为摩擦系数；

2.根据权利要求1所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，在步骤S1中，所述测力装置包括上座板（11）和下座板（8），上座板（11）底面设有调节腔（10），调节腔（10）内设有两个荷载转换器（3），两荷载转换器（3）相互远离使得上座板（11）高度上升，反之上座板（11）高度下降，两荷载转换器（3）之间设有多个传感装置（5），荷载转换器（3）顶面与调节腔（10）斜直面或者柱面或者曲面接触，荷载转换器（3）底面与下座板（8）上支承面为平面或者斜直面或者曲面接触，通过传感装置（5）记录水平力或侧向力值。

3.根据权利要求2所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，所述测力装置上方或者下方设有支座芯体（1），支座芯体（1）为盆式支座、球形支座、橡胶支座、减隔震支座中的任意一种。

4.根据权利要求2所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，所述调节腔（10）顶面与荷载转换器（3）顶面之间设有匹配的上摩擦副（2），所述荷载转换器（3）底面与下座板（8）上支承面之间设有匹配的下摩擦副（4）。

5.根据权利要求2所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，步骤S2中，在测力装置上安装动力装置（9），动力装置（9）与其中一荷载转换器（3）侧边和/或端部连接，动力装置（9）输出端与另一荷载转换器（3）对应的侧边和/或端部连接，动力装置（9）输出端串联有传感装置（5），所述动力装置（9）施加水平或侧向力，动力装置（9）输出端的传感装置（5）受压，两荷载转换器（3）相互远离对上座板（11）产生顶升，记录下上座板（11）高度开始改变或者暂停改变时传感装置（5）所受水平力或者侧向力值。

6.根据权利要求1所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，步骤S1通过另一种结构实现，测力装置包括支座芯体（1）、下座板（8）、两荷载转换器（3），支座芯体（1）底面与两荷载转换器（3）顶面为斜直面或者柱面或者曲面接触，在水平方向位于荷载转换器（3）与下座板（8）的侧壁之间设有多个传感装置（5），通过传感装置（5）记录水平力或者侧向力值。

7.根据权利要求6所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，对于步骤S2，在下座板（8）两侧壁上安装有动力装置（9），动力装置（9）的输出端穿过下座板（8）的侧壁与传感装置（5）直接或者间接接触，动力装置（9）施加水平力或侧向力，传感装置（5）受压，两荷载转换器（3）相互靠近对支座芯体（1）产生顶升，记录下支座芯体（1）高度开始改变或者暂停改变时传感装置（5）所受水平力或侧向力值。

8.根据权利要求7所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，在动力装置（9）的输出端与传感装置（5）之间设置荷载分布挡板（6），动力装置（9）输出端与荷载分布挡板（6）侧面接触，传感装置（5）位于荷载分布挡板（6）与荷载转换器（3）之间。

9.根据权利要求8所述的一种测力装置与支座运营期摩擦系数测定方法，其特征在于，所述荷载分布挡板（6）与下座板（8）侧壁之间安装可调限位块（7）。