一種球型鋼支座的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種球型鋼支座，包括：頂支座板、底支座板以及可滑動緊固在頂支座板和底支座板之間的球型鋼板，底支座板朝向球型鋼板的一側嵌入不銹鋼膜片，不銹鋼膜片上裝設合金電阻，合金電阻通過分子鍵與不銹鋼膜片連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋的合金薄膜應變單元，其中：外界荷載作用在球型鋼支座上引起合金薄膜應變單元的形變，合金薄膜應變單元將產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號。實施本發明的球型鋼支座，可以實時監測球型鋼支座的受力情況，從而判斷球型鋼支座的健康狀況；具有較好的耐疲勞性能，穩定性高；體積小，對支座的力學性能影響較小。
【專利說明】一種球型鋼支座

【技術領域】
[0001]本發明涉及支座領域，具體來說，是涉及一種可以實時監測健康狀況具有自診斷功能的球型鋼支座。

【背景技術】
[0002]目前普遍應用的支座主要包括盆式橡膠支座、板式橡膠支座和球型鋼支座。但各種橡膠材質制成的支座由于豎向承載力較低，耐久性較差，不能單獨應用于上部結構很重并對水平位移要求較大的大型構筑物中，例如:大跨度空間結構及大跨度橋，此時，就需用到球型鋼支座。
[0003]從以往橋梁的破壞情況來看，大部分破壞發生在橋梁的支座處，支座作為主要的傳力構件，支座失效將導致整個橋梁的整體倒塌，造成不可估量的嚴重后果，支座性能的長期穩定性的對于橋梁整體安全性具有重要的意義。
[0004]但就目前來說，還沒有一種可以監測支座健康狀況的設備，或者具有壓力監測功能的支座，也曾有人試圖采用傳感器來檢測支座的受力情況，但是一般的傳感器無法放到支座中，即使可以放至支座中，也會影響支座的受力，產生不良影響。


【發明內容】

[0005]本發明所要解決的技術問題在于，提供一種球型鋼支座，可以實時監測球型鋼支座的受力情況，從而判斷球型鋼支座的健康狀況；具有較好的耐疲勞性能，穩定性高；體積小，對支座的力學性能影響較小。
[0006]為了解決上述技術問題，本發明公開了一種球型鋼支座，包括:頂支座板、底支座板以及可滑動緊固在頂支座板和底支座板之間的球型鋼板，底支座板朝向球型鋼板的一側嵌入不銹鋼膜片，不銹鋼膜片上裝設合金電阻，合金電阻通過分子鍵與不銹鋼膜片連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋的合金薄膜應變單元，其中:外界荷載作用在球型鋼支座上引起合金薄膜應變單元的形變，合金薄膜應變單元將產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號。
[0007]優選的，球型鋼板的底部設為凸出的球型弧面，底支座板的頂部為內凹的球型弧面，與球型鋼板的球型弧面相匹配。
[0008]優選的，球型鋼板的頂側覆蓋有平面滑板，球型鋼板的底側覆蓋有球面滑板，合金薄膜應變單元設在底支座板和球面滑板之間，并可抵頂在球面滑板上。
[0009]優選的，球型鋼板的底部覆蓋球面滑板，球面滑板設在凸出的球型弧面和內凹的球型弧面之間，合金薄膜應變單元嵌裝在底支座板上，與底支座板的內凹的球型弧面保持平齊，并抵頂在球面滑板上。
[0010]優選的，平面滑板和球面滑板使用聚四氟乙烯材料制成。
[0011]優選的,頂支座板和/或底支座板的邊緣分別設有用以限制頂支座板和/或底支座板滑動范圍的導向裝置。
[0012]優選的，頂支座板兩條對邊邊緣向外伸出并向下延伸有外沿部分，導向裝置為設置在外沿部分與底支座板之間的高阻尼橡膠條。
[0013]優選的，頂支座板及底支座板上分別設有用以與構筑物固定安裝的套筒。
[0014]優選的，底支座板設有用以供合金薄膜應變單元具有的高溫屏蔽極細導線引出的微孔。
[0015]為解決上述技術問題，本發明采用的另一種技術方案是:一種球型鋼支座，球型鋼支座包括:頂支座板、底支座板以及可滑動緊固在頂支座板和底支座板之間的球型鋼板，底支座板朝向球型鋼板的一側嵌入合金電阻，合金電阻通過分子鍵與底支座板連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋的合金薄膜應變單元，其中:外界荷載作用在球型鋼支座上引起合金薄膜應變單元的形變，合金薄膜應變單元將產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號；球型鋼板的頂側覆蓋有平面滑板，球型鋼板的底側覆蓋有球面滑板，合金薄膜應變單元設在底支座板和球面滑板之間，并可抵壓在球面滑板上。
[0016]優選的，球型鋼板的底部設為凸出的球型弧面，底支座板的頂部為內凹的球型弧面，與球型鋼板的球型弧面相匹配，球面滑板設在凸出的球型弧面和內凹的球型弧面之間。
[0017]優選的，平面滑板和/或球面滑板使用聚四氟乙烯材料制成。
[0018]本發明所提供的一種球型鋼支座，具有如下有益效果:首先，可以實時監測支座的受力情況，從而判斷支座的健康狀況。并且可以通過對監測數據的后期處理實現預警功能，即當支座應力超過允許值或剛度突然發生變化時，能夠自動報警，避免橋梁等建筑的倒塌，避免慘劇的發生。
[0019]其次，在球型鋼支座中設置合金薄膜應變單元，合金薄膜應變單元與支座的滑動面間設有由低摩擦材料制成的滑板，且連為一個整體；合金薄膜應變單元與整個球型鋼支座融為一體，不影響支座的力學性能，且合金薄膜應變單元體積較小，不影響支座的力學性倉泛。
[0020]再次，本發明中的合金薄膜應變單元具有較好疲勞性能，交變應力循環次數可以在5000萬次以上，能夠長時期在-40?150攝氏度的工作溫度下穩定工作。本發明的一種球型鋼支座，構造簡單，成本低，應用廣泛。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1為本發明球型鋼支座實施例一的裝配剖面結構示意圖。
[0023]圖2為本發明球型鋼支座實施例一中合金薄膜應變單元的剖面示意圖。
[0024]圖3為本發明球型鋼支座實施例二的剖面結構示意圖。

【具體實施方式】
[0025]下面參考附圖對本發明的優選實施例進行描述。
[0026]結合參見圖1-圖2所示，為本發明球型鋼支座的實施例一。
[0027]本實施例中的球型鋼支座，包括:頂支座板21、底支座板22，底支座板22以及可滑動緊固在頂支座板21和底支座板22之間的球型鋼板11，底支座板22朝向球型鋼板11的一側裝設壓力監測結構。該壓力監測結構包括不銹鋼膜片31 (如圖2所示)，以及裝設在不銹鋼膜片31上的合金電阻32，合金電阻32通過分子鍵與不銹鋼膜片31連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋的合金薄膜應變單元3。
[0028]如圖1所示的球型鋼支座，球型鋼板11的底部設為凸出的球型弧面(圖未示)，底支座板22的頂部為內凹的球型弧面222，與球型鋼板11的球型弧面相匹配。凸出的球型弧面與內凹的球型弧面222適配連接形成一滑動面，通過滑動面的滑動釋放梁端彎矩。
[0029]優選的，球型鋼板11的頂面可滑動的適配連接在頂支座板21上。
[0030]可以理解的是，底支座板22和球型鋼板11分別設置內凹的球型弧面222和凸出的球型弧面的位置可進行互轉，即在球型鋼板11上設置內凹的球型弧面，而底支座板設置凸出的球型弧面，使兩支座能夠相適配連接形成滑動面即可，不影響實施。
[0031]如圖2所示，為本實施例中球型鋼支座合金薄膜應變單元的剖面示意圖，底支座板22朝向球型鋼板11的一側潛入不銹鋼膜片31，不銹鋼膜片31上裝設合金電阻32，合金電阻32通過分子鍵與不銹鋼膜片31連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋合金薄膜應變單元3，合金薄膜應變單元3的作用是，當外界荷載作用在頂支座板21或底支座板22上引起合金薄膜應變單元3的形變時，合金薄膜應變單元3將產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號，也就是說，當合金薄膜應變單元3的膜片產生微小的形變時，電橋產生一個與壓力成正比的高度線性、與激勵電壓也成正比的電壓信號，該信號經過處理，便能夠轉變為可讀形式的壓力數據。
[0032]具體實施時，該合金薄膜應變單元3包含有薄膜式壓力傳感器或濺射薄膜壓力傳感器兩種結構中的相應結構件。合金薄膜應變單元3位于底支座板22的弧形表面上，在底支座板上表面設置滑板，從而減小底支座板與球形鋼板直接的摩擦系數。滑板與球型鋼板11的凸出的球型弧面相接觸。滑板優先采用聚四氟乙烯材料制成。
[0033]進一步的,球型鋼板11的頂側覆蓋有平面滑板41,球型鋼板11的底側覆蓋有球面滑板42，合金薄膜應變單元3設在底支座板22和球面滑板42之間，并可抵頂在球面滑板42上。本實施例中的球面滑板42與底支座板22的內凹的球型弧面222具有相同的曲率半徑；嵌裝在底支座板22上的不銹鋼膜片31和合金電阻32與內凹的球型弧面222的弧面保持平齊，并抵頂在球面滑板42上。
[0034]進一步的，本實施例中的球面滑板42由低摩擦材料制成，例如聚四氟乙烯(特氟龍)等低摩擦材料。
[0035]設置球面滑板42的作用是:使球型鋼板11和底支座板22之間可以產生小幅滑動釋放梁端彎矩。
[0036]進一步的，可以在本實施例中的球型鋼板11上設置用以供合金薄膜應變單元3具有的高溫屏蔽極細導線33引出的微孔223。
[0037]進一步的，可以在本實施例中的球型鋼支座上安裝與球型鋼支座相連接的信號處理設備和數據傳輸裝置(圖未示)，實施時可將支座的監測數據傳輸至控制室。具體地，合金薄膜應變單元3產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號，該信號經過通過高溫屏蔽極細導線33傳導至支座外的信號處理設備和數據傳輸裝置，轉變為可讀形式的監測數據傳輸至控制室，進行數據的后期處理，當支座的壓應力值超出允許壓應力值或剛度發生突變時發出安全警報。
[0038]進一步的，球型鋼板11的頂側覆蓋的平面滑板41，其與頂支座板21相接觸。在溫度荷載作用下，頂支座板21與球型鋼板11之間可以相對滑動，釋放橋梁上部結構的溫度應力。
[0039]本實施例中，平面滑板41由聚四氟乙烯(特氟龍)等低摩擦材料，使球型鋼板11和頂支座板21之間在溫度荷載作用下可以產生小幅滑動，來釋放溫度荷載。
[0040]進一步的，本實施例中的頂支座板21及底支座板22上分別設有用以與構筑物固定安裝的套筒6。
[0041]本實施例中的球型鋼支座可以廣泛應用在橋梁中，其具有傳力可靠，轉動靈活的特點。不但具備盆式橡膠支座承載能力大，容許支座位移大等優勢，而且還能較好地適應支座大轉角的需要，球型鋼支座通過球面傳力，不會出現力的徑縮現象。
[0042]球型鋼支座通過球面滑板的滑動來實現支座的轉動過程，轉動力矩小，而且轉動力矩只與支座球面半徑及球面滑板的摩擦系數有關，與支座轉角大小無關，支座各向轉動性能一致；支座不用橡膠承壓，不存在橡膠老化對支座轉動性能的影響，特別適用于低溫地區。
[0043]當結構發生轉角時，球型鋼板11產生轉動，釋放上部結構產生的轉矩。這樣既能保證橋梁上、下結構合理相對位移，又使結構保持統一性。球型鋼支座適用于大跨度空間結構及大跨度橋，特別適用于寬橋、曲線橋、斜橋。
[0044]參見圖3，為本發明球型鋼支座的實施例二。
[0045]本實施例與上述實施例一的不同之處在于，可以在本實施例中的頂支座板21和底支座板22的邊緣分別設有用以限制頂支座板21和底支座板22滑動范圍的導向裝置51。導向裝置51的作用是為了支座在大震作用下，保證球型鋼板11不會從底支座板22的內凹的球型弧面222內滑出去。
[0046]優選的，頂支座板21兩條對邊邊緣向外伸出并向下延伸有外沿部分(圖未不),導向裝置51為設置在外沿部分與底支座板之間的高阻尼橡膠條。高阻尼橡膠條在地震荷載作用下起到減震作用。
[0047]本發明球型鋼支座的其他實施方式中，合金薄膜應變單元3可以不含有不銹鋼膜片31，合金電阻32通過分子鍵直接與頂支座板21或底支座板22連接一體，合金薄膜應變單元3監測球型鋼支座豎向壓力電壓信號的實施方式與上述實施方式相同。此外，該種實施方式中除合金薄膜應變單元3結構外的其他結構可按上述實施例一及實施例二中的實施方式進行變換或組合。
[0048]本發明球型鋼支座的其他實施方式中，合金薄膜應變單元3可以設在滑動連接的頂支座板21和球型鋼板11之間，其安裝方式與上述安裝在底支座板22和球型鋼板11之間的實施方式相同。具體實施時，該合金薄膜應變單元3也包含有薄膜式壓力傳感器或濺射薄膜壓力傳感器兩種結構中的相應結構件。
[0049]實施本發明的球型鋼支座，首先，可以實時監測支座的受力情況，從而判斷支座的健康狀況。并且可以通過對監測數據的后期處理實現預警功能，即當支座應力超過允許值或剛度突然發生變化時，能夠自動報警，避免橋梁等建筑的倒塌，避免慘劇的發生。
[0050]其次，在球型鋼支座中設置合金薄膜應變單元，合金薄膜應變單元與支座的滑動面間設有由低摩擦材料制成的滑板，且連為一個整體；合金薄膜應變單元與整個球型鋼支座融為一體，不影響支座的力學性能，且合金薄膜應變單元體積較小，不影響支座的力學性倉泛。
[0051]再次，本發明中的合金薄膜應變單元具有較好疲勞性能，交變應力循環次數可以在5000萬次以上，能夠長時期在-40?150攝氏度的工作溫度下穩定工作。本發明的一種球型鋼支座，構造簡單，成本低，應用廣泛。
[0052]以上所揭露的僅為本發明較佳實施例而已，當然不能以此來限定本發明之權利范圍，因此等同變化，仍屬本發明所涵蓋的范圍。
【權利要求】
1.一種球型鋼支座，其特征在于，所述球型鋼支座包括:頂支座板、底支座板以及可滑動緊固在所述頂支座板和所述底支座板之間的球型鋼板，所述底支座板朝向所述球型鋼板的一側嵌入不銹鋼膜片，所述不銹鋼膜片上裝設合金電阻，所述合金電阻通過分子鍵與所述不銹鋼膜片連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋的合金薄膜應變單元，其中: 外界荷載作用在所述球型鋼支座上引起所述合金薄膜應變單元的形變，所述合金薄膜應變單元將產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號。
2.如權利要求1所述的球型鋼支座，其特征在于，所述球型鋼板的底部設為凸出的球型弧面，所述底支座板的頂部為內凹的球型弧面，與所述球型鋼板的所述球型弧面相匹配。
3.如權利要求1或2所述的球型鋼支座，其特征在于，所述球型鋼板的頂側覆蓋有平面滑板，所述球型鋼板的底側覆蓋有球面滑板，所述合金薄膜應變單元設在所述底支座板和所述球面滑板之間，并可抵頂在所述球面滑板上。
4.如權利要求2所述的球型鋼支座，其特征在于，所述球型鋼板的底部覆蓋球面滑板，所述球面滑板設在所述凸出的球型弧面和所述內凹的球型弧面之間，所述合金薄膜應變單元嵌裝在所述底支座板上，與所述底支座板的所述內凹的球型弧面保持平齊，并抵頂在所述球面滑板上。
5.如權利要求3所述的球型鋼支座，其特征在于，所述平面滑板和所述球面滑板使用聚四氟乙烯材料制成。
6.根據權利要求1所述的球型鋼支座，其特征在于，所述頂支座板和/或所述底支座板的邊緣分別設有用以限制頂支座板和/或所述底支座板滑動范圍的導向裝置。
7.根據權利要求6所述的球型鋼支座，其特征在于，所述頂支座板兩條對邊邊緣向外伸出并向下延伸有外沿部分，所述導向裝置為設置在所述外沿部分與所述底支座板之間的聞阻尼橡I父條。
8.根據權利要求1所述的球型鋼支座，其特征在于，所述頂支座板及所述底支座板上分別設有用以與構筑物固定安裝的套筒。
9.根據權利要求1所述的球型鋼支座，其特征在于，所述底支座板設有用以供合金薄膜應變單元具有的高溫屏蔽極細導線引出的微孔。
10.一種球型鋼支座，其特征在于，所述球型鋼支座包括:頂支座板、底支座板以及可滑動緊固在所述頂支座板和所述底支座板之間的球型鋼板，所述底支座板朝向所述球型鋼板的一側嵌入合金電阻，所述合金電阻通過分子鍵與所述底支座板連接一體，形成用以感應支座豎向壓力的惠斯登電橋的合金薄膜應變單元，其中: 外界荷載作用在所述球型鋼支座上引起所述合金薄膜應變單元的形變，所述合金薄膜應變單元將產生用以監測球型鋼支座豎向壓力的電壓信號； 所述球型鋼板的頂側覆蓋有平面滑板，所述球型鋼板的底側覆蓋有球面滑板，所述合金薄膜應變單元設在所述底支座板和所述球面滑板之間，并可抵壓在所述球面滑板上。
11.如權利要求10所述的球型鋼支座，其特征在于，所述球型鋼板的底部設為凸出的球型弧面，所述底支座板的頂部為內凹的球型弧面，與所述球型鋼板的所述球型弧面相匹配，所述球面滑板設在所述凸出的球型弧面和所述內凹的球型弧面之間。
12.如權利要求10所述的球型鋼支座，其特征在于，所述平面滑板和/或所述球面滑板使用聚四氟乙烯材料制成。
【文檔編號】E01D19/04GK104343082SQ201310330999
【公開日】2015年2月11日 申請日期:2013年8月1日 優先權日:2013年8月1日
【發明者】姜瑞娟, 于芳, 陳宜言 申請人:深圳市市政設計研究院有限公司