CN113897856A - 一种拉压测力支座 - Google Patents

Abstract

一种拉压测力支座，包括顶座板、上座板、下座板、底座板和拉压测力装置；顶座板、上座板、下座板、底座板从上至下依次轴对称设置；拉压测力装置包括测力万向节、传力杆、中轴件和拉压传感器，中轴件由板形段和柱形段组成，板形段的底面为与上座板第一空腔的腔底相配合的球面，柱形段穿过第二空腔后与下座板固定，柱形段与第二空腔的腔壁之间设有间隙，在中轴件设有贯通中轴件的通孔，传力杆穿过通孔并与通孔不接触，传力杆的一端固定连接拉压传感器，拉压传感器固定在第三空腔内，传力杆的另一端铰接有设置在第一空腔内的测力万向节。本支座采用中心轴受力作为测力部分，通过万向节——传力杆的结构设计，实现单个拉压传感器对支座受力状况的监测。

Description

一种拉压测力支座

技术领域

本发明涉及支座技术领域，具体说的是一种拉压测力支座。

背景技术

随着我国客运专线、高速铁路、高速公路及城市立交的快速发展，桥梁的结构型式呈现出多样化的发展趋势，斜梁、曲梁、斜拉桥等具有漂浮结构的梁型开始大量出现。这些桥梁结构受温度徐变、风载、自身弯矩等因素的作用下，在部分桥梁节点上会产生与重力方向相反的拉力，采用拉压支座是简单、经济的结构措施。而随着智慧交通、结构健康监测等概念的提出，对重要桥梁进行实时监测，保障运输安全，防止重大安全事故是国家与行业的重大趋势，对拉压支座的测力需求也应运而生。

目前，国内普遍应用的拉压支座结构如周边承拉式盆式拉压支座、侧向承拉式球型拉压支座及中心抗拉式球型拉压支座，基本满足桥梁对支座使用功能的要求。但现有拉压支座基本不具备测力功能，传统测力支座往往采用压力传感器进行压力测量，无法实现拉力测量，而拉压支座与传统支座结构形式差异巨大，并非替换传感器就能实现测力功能。采用多传感器对拉力与压力分别监测，导致支座整体高度升高，结构复杂，因此急需发明结构简单，受力明确的拉压测力支座。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种拉压测力支座，以阿贝原则为依据，采用中心轴受力作为测力部分，通过万向节——传力杆的结构设计，实现单个拉压传感器对支座受力状况的监测。

为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种拉压测力支座，包括顶座板、上座板、下座板、底座板和拉压测力装置；

顶座板、上座板、下座板、底座板从上至下依次轴对称设置；

顶座板滑动设置在上座板的上方，顶座板的底面与上座板的上表面之间为相配合的平面，顶座板的横桥向两侧与上座板的横桥向两侧设有相配合的上凸台凹槽勾连结构，上凸台凹槽勾连结构用于对顶座板横桥向限位并不限制顶座板的纵桥向移动；

上座板转动设置在下座板的上方，上座板的中心设有相连通的第一空腔和第二空腔，第一空腔位于第二空腔上方，第一空腔的直径大于第二空腔的直径，第一空腔的腔底为球面，上座板的底面为球面；

下座板滑动设置在底座板的上方，下座板的上表面为与上座板的底面相配合的球面，下座板的底面为平面，下座板的中心设有与第二空腔相连通的第三空腔；

底座板的上表面为与下座板的底面相配合的平面，底座板的纵桥向两侧与下座板的纵桥向两侧设有相配合的下凸台凹槽勾连结构，下凸台凹槽勾连结构用于对下座板纵桥向限位并不限制下座板的横桥向移动；

拉压测力装置包括测力万向节、传力杆、中轴件和拉压传感器，中轴件的竖向中心线与支座轴线重合，中轴件由上部的板形段和柱形段组成，板形段位于第一空腔内，板形段的底面为与第一空腔的腔底相配合的球面，柱形段穿过第二空腔后与下座板固定，柱形段与第二空腔的腔壁之间设有间隙，在中轴件的竖向轴线上设有贯通中轴件的通孔，传力杆穿过通孔并与通孔不接触，传力杆的一端固定连接拉压传感器，拉压传感器固定在第三空腔内，传力杆的另一端铰接有设置在第一空腔内的测力万向节，测力万向节与上座板固定连接，并使测力万向节的上表面与顶座板的下表面接触。

第三空腔的上部腔面上设有内螺纹，柱形段的表面上设有与内螺纹相配合的外螺纹，柱形段与下座板通过螺纹固定连接。

测力万向节的下部为万向节，上部为顶面为平面。

上凸台凹槽勾连结构和下凸台凹槽勾连结构均由L形板、以及与L形板的凹槽相配合的凸台组成。

本发明有益效果是：

1）本发明采用的拉压传感器能够使用单一传感器实现拉压支座在竖向方向上的拉力、压力测量功能。

2）本发明所述的万向节——传力杆设计能够满足支座水平滑移、转动条件下的测力功能，不影响支座的使用。

3）本发明所述的结构方案整体装置轻便，结构简单，成本低，同时后期改进的空间大，能够进一步设计实现全寿命周期监测。

附图说明

图1是本发明拉压测力支座去顶板三维结构示意图；

图2是本发明拉压测力支座纵桥向剖面示意图；

图3是本发明拉压测力支座横桥向剖面示意图；

图4是本发明实施例1拉压测力支座测力部分细部三维结构示意图；

图中：1、顶座板，2、上座板，3、中轴件，4、下座板，5、底座板，6、测力万向节，7、传力杆，8、拉压传感器，9、传感器底座，10、上座板平面滑动摩擦副，11、上座板中心球面摩擦副，12、下座板凹球面摩擦副，13、限位装置滑动摩擦副，14、下座板平面滑动摩擦副，15、上凸台凹槽勾连结构，16、第一空腔，17、第二空腔，18、第三空腔，19、下凸台凹槽勾连结构，301、板形段，302、柱形段。

具体实施方式

本发明完成其发明任务采用以下技术方案：

一种拉压测力支座，包括顶座板1、上座板2、下座板4、底座板5和拉压测力装置；顶座板1、上座板2、下座板4、底座板5从上至下依次轴对称设置，作为支座主体部件，拉压测力装置实现拉压测力。

支座主体结构中，顶座板1通过锚固结构与梁体固结，顶座板1滑动设置在上座板2的上方，顶座板1的底面与上座板2的上表面之间为相配合的平面，顶座板1的横桥向两侧与上座板2的横桥向两侧设有相配合的上凸台凹槽勾连结构15，上凸台凹槽勾连结构15用于对顶座板1横桥向限位并不限制顶座板1的纵桥向移动。或者顶座板1的底面与上座板2的上表面之间为相配合的平面，顶座板1的纵桥向两侧与上座板2的纵桥向两侧设有相配合的上凸台凹槽勾连结构15，上凸台凹槽勾连结构15用于对顶座板1纵桥向限位并不限制顶座板1的横桥向移动。

上座板2转动设置在下座板4的上方，上座板2的上部为环形平面，环形平面设置四氟镶槽，用于放置四氟滑板，上座板2的中心设有相连通的第一空腔16和第二空腔17，第一空腔16位于第二空腔17上方，第一空腔与第二腔腔的最优截面为圆形，第一空腔16的直径大于第二空腔17的直径，第一空腔16的腔底为球面，该球面上铺设四氟滑板，上座板2的底面为球面，该球面为凸球面，外表包覆不锈钢。

下座板4滑动设置在底座板5的上方，下座板4的上表面为与上座板2的底面相配合的球面，下座板的顶面与上座板不锈钢面相匹配，加工成凹球面四氟镶槽，放置四氟滑板后构成球面转动摩擦副。下座板4的底面为平面，下座板底面为环形平面，环形平面上设置四氟镶槽，放置四氟滑板。下座板4的中心设有与第二空腔相连通的第三空腔18。

底座5板通过锚固结构与桥墩固结，底座板5的上表面为与下座板4的底面相配合的平面，底座板5的纵桥向两侧与下座板4的纵桥向两侧设有相配合的下凸台凹槽勾连结构19，下凸台凹槽勾连结构19用于对下座板4纵桥向限位并不限制下座板4的横桥向移动。

对应顶座板1的纵桥向限位横桥向滑动，底座板5的横桥向两侧与下座板4的横桥向两侧设有相配合的下凸台凹槽勾连结构19，下凸台凹槽勾连结构19用于对下座板4横桥向限位并不限制下座板4的纵桥向移动。

拉压测力装置包括测力万向节6、传力杆7、中轴件3和拉压传感器8，中轴件采用栓接方式连接上下座板，采用上述结构使支座整体能够承受竖向压力，同时具备传递竖向拉力的功能。

中轴件3外形类似于大螺栓，中轴件3的螺帽底部为球型台阶，下部采用不锈钢焊接成型，与上座板第一空腔16底面的四氟滑板形成球面摩擦副。中轴件的螺纹部分与下座板第三空腔18螺纹连接，传递拉力。中轴件中部空心，预留空间给传力杆放置。

中轴件3的竖向中心线与支座轴线重合，中轴件3由上部的板形段301和柱形段302组成，板形段301位于第一空腔16内，板形段301的底面为与第一空腔16的腔底相配合的球面，板形段3011的底面焊接不锈钢，柱形段302穿过第二空腔17后与下座板4固定，固定形式不限，柱形段302与第二空腔17的腔壁之间设有间隙，不影响上座板的转动功能，在中轴件3的竖向轴线上设有贯通中轴件3的通孔，传力杆7穿过通孔并与通孔不接触，传力杆7的一端固定连接拉压传感器8，拉压传感器8固定在第三空腔18内，拉压传感器8可固定在中心的传感器底座9上，传感器底座的下方设有四氟滑板，方便与底座板接触，传感器底座与下座板4一体固定，传力杆7的另一端铰接有设置在第一空腔16内的测力万向节6，测力万向节6与上座板2固定连接，并使测力万向节6的上表面与顶座板1的下表面接触。

第三空腔18的上部腔面上设有内螺纹，柱形段302的表面上设有与内螺纹相配合的外螺纹，柱形段302与下座板4通过螺纹固定连接。

测力万向节6的下部为万向节，万向节为通用的万向节形式或者为球铰形式，上部为顶面为平面，如图4所示，若测力万向节6的上部为十字形，则上座板的顶面为环形平面，形平面上设置对称十字沟槽，用于固定测力万向节，测力万向节6的上方可设置四氟滑板，用于与顶座板滑动接触。

上凸台凹槽勾连结构15和下凸台凹槽勾连结构19均由L形板、以及与L形板的凹槽相配合的凸台组成。顶座板1与底座板5结构一致，均为钢板上加工出对称的L型板，使上、下座板的凸台能够放置于L型板与底板之间，传递竖向压力和拉力。顶座板与底座板上焊接不锈钢板，与对应上下座板的四氟滑板形成摩擦副，保证支座水平滑动需要。

所述测力部分连接方式从上到下依次为测力万向节6、传力杆7、拉压传感器8，传感器底座9。测力万向节6与上座板采用螺栓连接固结，拉压传感器8与传感器底座9采用螺栓固结，并插入下座板固结，传力杆7与拉压传感器8螺纹连接，与测力万向节6刚性铰接，整体测力方式类似于刚性连接。

拉压支座的活动方式不同，大体分为固定支座、单向活动支座、双向活动支座，以双向活动支座为例，整体的压力传力路径为顶座板——上座板——下座板——底座板，拉力传力路径为顶座板——上座板——中轴件——下座板——底座板。采用固定支座与单向支座时，相应的座板可以简化，但中部测力结构不发生改变，便于统一测力方式。

测力功能实现原理在于：

①受压下：上座板2与下座板4中间的四氟滑板在受压下发生变形，测力万向节——传力杆在竖向受载作用下传递压力至拉压传感器，压力传力路径为：顶座板——上座板——测力万向节——传力杆——拉压传感器，传感器监测到压力并输出信号。

②受拉下：上座板与下座板呈分离趋势，与中轴件呈挤压状态。上座板上拉过程导致测力万向节——传力杆上提，传感器卸载并受拉，在压力传力路径的基础上，底部固定的拉力传递路径为：底座板——下座板——传感器底座——拉压传感器，此时传感器监测到压力减小、拉力增加输出信号。

实施例1给出了拉压测力支座结构示意图，见图1、图2、图3和图4，它主要由顶座板1、上座板2、中轴件3、下座板4，底座板5共5个大部件组成，测力部分由测力万向节6、传力杆7、拉压传感器8，传感器底座9组成。

拉压支座结构平面滑动所需的摩擦副主要由上座板平面滑动摩擦副10，下座板平面滑动摩擦副14组成。转动由上座板中心球面摩擦副11，下座板凹球面摩擦副12组成。限位装置滑动摩擦副13起到传递拉应力，也起到降低转动滑动摩擦力的作用。

拉压支座受压情况下，由顶座板传递至上座板，上座板承受整体的上部结构荷载，此时测力万向节跟随上座板向下运动。由于下座板滑动摩擦副的存在，传力杆在受压状态下将压力传递至拉压传感器，下座板滑动摩擦副整体承受上部载荷同时发生一定的变形。由此导致拉压传感器的读数发生改变。考虑到变形的协调一致性，在测力万向节部分设置的间隙能够很好满足变形的要求。

拉压支座在受拉情况下，下座板与上座板之间产生分离，由于中轴件与上座板之间有球面转动摩擦副，拉力会导致滑动摩擦副的变形，拉力能够传递至拉压传感器，此时得到的测力数值能够较好的反映支座整体的受拉情况，传力杆和测力万向节在受拉情况下没有间隙，能够准确记录拉力值。

拉压支座在实际工况中，压力和拉力是矛盾的载荷，因此当测力数值发生改变时，就代表着上部荷载的变化，只有当竖向压力完全被抵消之后，拉力起到主导作用时，拉压测力传感器才能够真正的显示受拉状态，其他情况下，拉压传感器仅受压力。

Claims (4)

1.一种拉压测力支座，其特征在于：包括顶座板（1）、上座板（2）、下座板（4）、底座板（5）和拉压测力装置；

顶座板（1）、上座板（2）、下座板（4）、底座板（5）从上至下依次轴对称设置；

顶座板（1）滑动设置在上座板（2）的上方，顶座板（1）的底面与上座板（2）的上表面之间为相配合的平面，顶座板（1）的横桥向两侧与上座板（2）的横桥向两侧设有相配合的上凸台凹槽勾连结构（15），上凸台凹槽勾连结构（15）用于对顶座板（1）横桥向限位并不限制顶座板（1）的纵桥向移动；

上座板（2）转动设置在下座板（4）的上方，上座板（2）的中心设有相连通的第一空腔（16）和第二空腔（17），第一空腔（16）位于第二空腔（17）上方，第一空腔（16）的直径大于第二空腔（17）的直径，第一空腔（16）的腔底为球面，上座板（2）的底面为球面；

下座板（4）滑动设置在底座板（5）的上方，下座板（4）的上表面为与上座板（2）的底面相配合的球面，下座板（4）的底面为平面，下座板（4）的中心设有与第二空腔相连通的第三空腔（18）；

底座板（5）的上表面为与下座板（4）的底面相配合的平面，底座板（5）的纵桥向两侧与下座板（4）的纵桥向两侧设有相配合的下凸台凹槽勾连结构（19），下凸台凹槽勾连结构（19）用于对下座板（4）纵桥向限位并不限制下座板（4）的横桥向移动；

拉压测力装置包括测力万向节（6）、传力杆（7）、中轴件（3）和拉压传感器（8），中轴件（3）的竖向中心线与支座轴线重合，中轴件（3）由上部的板形段（301）和柱形段（302）组成，板形段（301）位于第一空腔（16）内，板形段（301）的底面为与第一空腔（16）的腔底相配合的球面，柱形段（302）穿过第二空腔（17）后与下座板（4）固定，柱形段（302）与第二空腔（17）的腔壁之间设有间隙，在中轴件（3）的竖向轴线上设有贯通中轴件（3）的通孔，传力杆（7）穿过通孔并与通孔不接触，传力杆（7）的一端固定连接拉压传感器（8），拉压传感器（8）固定在第三空腔（18）内，传力杆（7）的另一端铰接有设置在第一空腔（16）内的测力万向节（6），测力万向节（6）与上座板（2）固定连接，并使测力万向节（6）的上表面与顶座板（1）的下表面接触。

2.如权利要求1所述的一种拉压测力支座，其特征在于：第三空腔（18）的上部腔面上设有内螺纹，柱形段（302）的表面上设有与内螺纹相配合的外螺纹，柱形段（302）与下座板（4）通过螺纹固定连接。

3.如权利要求1所述的一种拉压测力支座，其特征在于：测力万向节（6）的下部为万向节，上部为顶面为平面。

4.如权利要求1所述的一种拉压测力支座，其特征在于：上凸台凹槽勾连结构（15）和下凸台凹槽勾连结构（19）均由L形板、以及与L形板的凹槽相配合的凸台组成。

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