一种竖向测力装置以及测力方法制造方法及图纸

一种竖向测力装置以及测力方法，该装置的波纹板竖向形变与上部加载力呈线性关系，通过测量由波纹板形变引起的上部结构与下部结构之间的竖向位移差或波纹板与底盆之间的距离差或者波纹板的变形量，可反推出竖向承载。通过加载试验标定加载力与测量元件读数之间的关系，实现力‑位移的转化。测量元件可以是满足要求的位移传感器或者应变类传感器，测量元件置于整体结构外周围，损坏后易于拆卸更换。该装置具有简单、测力原理清晰可靠的优点。

A Vertical Force Measuring Device and Method

【技术实现步骤摘要】
一种竖向测力装置以及测力方法
本专利技术涉及测力装置，具体说的是一种应用到桥梁、建筑等领域的竖向测力装置以及测力方法。
技术介绍
对于物体或结构竖向承载力的测量，一般的方法是应用测力传感器，传感器由一个或多个能在受力后产生形变的弹性体和能感应这个形变量的电阻应变片组成的电桥电路组成，输出一个与外力承线性正比变化的信号，此信号由放大电路进行放大，再由转换器进行转换，微处理器进行处理并显示承载力值。该类型的传感器一般体积较大，不能满足桥梁及建筑领域内对于大吨位结构承载的测量需求，并且桥梁建筑领域结构的设计使用寿命一般较长，为几十甚至上百年，而测力传感器的使用寿命较短，在有竖向承载的使用条件下不能做到方便更换。对于桥梁
，随着我国高速公路、铁路桥梁建设逐年增加，桥梁各种荷载包括静、动和冲击荷载等竖向荷载的测试和监测对桥梁的运行具有重要现实意义。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，支座的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。目前具备竖向测力功能的桥梁支座较少，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。
技术实现思路
为解决上述技术问题，本专利技术提供一种竖向测力装置以及测力方法，该装置的波纹板竖向形变与上部加载力呈线性关系，通过测量由波纹板形变引起的上部结构与下部结构之间的竖向位移差或波纹板与底盆之间的距离差或者波纹板的变形量，可反推出竖向承载。通过加载试验标定加载力与测量元件读数之间的关系，实现力-位移的转化。测量元件可以是满足要求的位移传感器或者应变类传感器，测量元件置于整体结构外周围，损坏后易于拆卸更换。该装置具有简单、测力原理清晰可靠的优点。为实现上述技术目的，所采用的技术方案是：一种竖向测力装置，设置在待测力装置下方，包括波纹板、底盆和测量元件，波纹板为高强度高弹性金属材料制成的圆形环状板，波纹板设置在底盆内，波纹板的侧壁与底盆的内侧面之间设有变形间隙，测量元件设置在待测力装置的外圆周上，并测量待测力装置和底盆之间的竖向位移差，或者测量元件设置在底盆的内壁上或波纹板上，并测量波纹板的径向变形量，波纹板的中部中心设有向上凸起或向下凹陷的支撑部，支撑部与待测力装置的顶面或底盆的上表面接触，从波纹板的中部支撑部向外侧交替设有以波纹板中心为圆心的环形凸起部或/和环形凹陷部，使环形凸起部的顶面和待测力装置的顶面环形接触，使环形凹陷部的底面与底盆的上表面环形接触。支撑部的板厚、环形凸起部的板厚和环形凹陷部的板厚不相等。支撑部与环形凸起部或环形凹陷部圆滑过渡，环形凸起部和环形凹陷部圆滑过渡。测量元件为直线位移传感器或拉绳位移传感器。待测力装置为桥梁支座或建筑支座。一种竖向测力装置的测力方法，包括以下步骤：步骤一、采用权利要求1所述的竖向测力装置置于标定加载装置下方；步骤二、对待测力装置加载标定加载力，并对测量元件读数，得到标定加载力与测量元件位移值的关系式；步骤三、将竖向测力装置置于待测力装置下方，根据步骤二得到的标定加载力与测量元件位移值的关系式，通过安装在待测力装置上的测量元件的位移值，反向得出待测力装置上的加载力值。本专利技术有益效果是：1）波纹板采用金属材料，线弹性好，寿命长，不受环境影响，受到的加载力更加准确。2）测量元件测量由波纹板形变引起的上部结构与下部结构之间的竖向位移差或者波纹板的径向变形量，其结构可保证加载力的准确，通过加载试验标定加载力与测量元件读数之间的关系，实现力-位移的转化。3）测量元件安装于整体结构的外周围，实现可拆卸便于更换的目的，力测量功能可以与支撑结构的寿命匹配。4）通过调整波纹板结构尺寸参数，如外径、板厚等，可满足大吨位承载的需求。5）不影响上部结构和下部结构的使用功能，如桥梁支座的竖向承载、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桥梁支座，地震作用下具备减隔震功能。附图说明图1是本专利技术实施例1结构示意图；图2是本专利技术实施例1结构的A-A剖视图；图3是本专利技术实施例2结构示意图；图4是本专利技术实施例2结构的A-A剖视图；图5是本专利技术实施例3结构示意图；图6是本专利技术实施例3结构的A-A剖视图；图7是本专利技术实施例4结构示意图；图8是本专利技术实施例4结构的A-A剖视图；图9是本专利技术实施例5结构示意图；图10是本专利技术实施例5结构的A-A剖视图；图11是本专利技术实施例6结构示意图；图12是本专利技术实施例6结构的A-A剖视图；图13是本专利技术波纹板剖视图（环数n=1）；图14是本专利技术波纹板平面图（环数n=1）；图15是本专利技术波纹板剖视图（环数n=2）；图16是本专利技术实施例7结构示意图；图17是本专利技术实施例8结构示意图；图18是本专利技术实施例8结构的A-A剖视图；图19是本专利技术实施例9结构示意图；图20是本专利技术实施例9结构的A-A剖视图；图21是本专利技术装有拉绳传感器波纹板的剖视图（环数n=2）；图22是本专利技术装有拉绳传感器波纹板的平面图（环数n=2）；图23是本专利技术实施例10结构示意图；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、测量元件，9、波纹板，10、底盆，11、导向不锈钢滑板，12、导向非金属滑板，01、中部支撑部，02、环形凸起部，03、环形凹陷部。具体实施方式一种竖向测力装置，设置在待测力装置下方，待测力装置为桥梁支座或建筑支座，当待测力装置受到加载力时，竖测力装置可实时得到相应的加载力测量结果。如图1-图12所示，一种竖向测力装置，为轴中心对称结构，包括波纹板9、底盆10和测量元件8，波纹板9为高强度高弹性金属材料制成的圆形环状板，波纹板9设置在底盆10内，波纹板9的侧壁与底盆10的内侧面之间设有变形间隙，测量元件8设置在待测力装置的外圆周上，并测量待测力装置和底盆10之间的竖向位移差，或者测量元件8设置在底盆10的内壁上或波纹板10上，并测量波纹板9的径向变形量，设置在底盆10的内壁上时，测量元件测量的是波纹板10的直径变化，设置在波纹板上时，测量的是波纹板压缩的弧度变化，波纹板9的中部中心设有向上凸起或向下凹陷的支撑部01，支撑部01与待测力装置的顶面或底盆10的上表面接触，从波纹板9的中部支撑部01向外侧交替设有以波纹板中心为圆心的环形凸起部02或/和环形凹陷部03，使环形凸起部02的顶面和待测力装置的顶面环形接触，使环形凹陷部03的底面与底盆10的上表面环形接触。支撑部01的板厚、环形凸起部02的板厚和环形凹陷部03的板厚不等，波纹板截面不等厚度设计，以取得较好的力学性能。如图13、图15所示，h1、h2、h3的厚度不等。支撑部01与环形凸起部02或环形凹陷部03圆滑过渡，环形凸起部02和环形凹陷部03圆滑过渡。波纹板材料为高强度高弹性金属材料，例如弹簧钢。如图13、图14、图15所示，波纹板整体为圆环形状，与上部结构的待测力装置和下部结构的接触面为环形，可根据受承载力大小变化整体圆环的外径D，环圈数n，每环直径d1、d2……，各截面板厚h1、h2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种竖向测力装置，设置在待测力装置下方，其特征在于：包括波纹板（9）、底盆（10）和测量元件（8），波纹板（9）为高强度高弹性金属材料制成的圆形环状板，波纹板（9）设置在底盆（10）内，波纹板（9）的侧壁与底盆（10）的内侧面之间设有变形间隙，测量元件（8）设置在待测力装置的外圆周上，并测量待测力装置和底盆（10）之间的竖向位移差，或者测量元件（8）设置在底盆（10）的内壁上或波纹板（10）上，并测量波纹板（9）的径向变形量，波纹板（9）的中部中心设有向上凸起或向下凹陷的支撑部（01），支撑部（01）与待测力装置的顶面或底盆（10）的上表面接触，从波纹板（9）的中部支撑部（01）向外侧交替设有以波纹板中心为圆心的环形凸起部（02）或/和环形凹陷部（03），使环形凸起部（02）的顶面和待测力装置的顶面环形接触，使环形凹陷部（03）的底面与底盆（10）的上表面环形接触。

【技术特征摘要】
1.一种竖向测力装置，设置在待测力装置下方，其特征在于：包括波纹板（9）、底盆（10）和测量元件（8），波纹板（9）为高强度高弹性金属材料制成的圆形环状板，波纹板（9）设置在底盆（10）内，波纹板（9）的侧壁与底盆（10）的内侧面之间设有变形间隙，测量元件（8）设置在待测力装置的外圆周上，并测量待测力装置和底盆（10）之间的竖向位移差，或者测量元件（8）设置在底盆（10）的内壁上或波纹板（10）上，并测量波纹板（9）的径向变形量，波纹板（9）的中部中心设有向上凸起或向下凹陷的支撑部（01），支撑部（01）与待测力装置的顶面或底盆（10）的上表面接触，从波纹板（9）的中部支撑部（01）向外侧交替设有以波纹板中心为圆心的环形凸起部（02）或/和环形凹陷部（03），使环形凸起部（02）的顶面和待测力装置的顶面环形接触，使环形凹陷部（03）的底面与底盆（10）的上表面环形接触。2.如权利要求1所述的一种竖向测力装置，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑娜，曹翁恺，王勇，李栓柱，韩家山，李宗源，
申请(专利权)人：洛阳双瑞特种装备有限公司，
类型：发明
国别省市：河南,41