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某一工程所用大轉(zhuǎn)角網(wǎng)架球鉸支座為例,對照普通球鉸支座,對其性能、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、計(jì)算方法進(jìn)行分析。對所研究的球鉸支座的性能要求承載能力N=10000kN抗拉能力F=2000kN抗剪能力H=3000kN轉(zhuǎn)角θ=0.05rad轉(zhuǎn)動中心設(shè)定在O點(diǎn)處(見圖1)。工況分析球鉸支座在服役期間可能出現(xiàn)的工況:1.球鉸支座在承受壓力的同時發(fā)生轉(zhuǎn)動;2.球鉸支座在承受拉力的同時發(fā)生轉(zhuǎn)動;3.球鉸支座在承受壓力的同時承受剪力和轉(zhuǎn)動;4.球鉸支座在承受拉力的同時承受剪力和轉(zhuǎn)動;以上4種工況中較不利的工況是較后一種。
以下即按這種工況進(jìn)行球鉸支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和計(jì)算。球鉸支座球鉸支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和傳力路徑考慮到對球鉸支座有大轉(zhuǎn)角的要求和有設(shè)定的轉(zhuǎn)動中心的要求,采用球面?zhèn)髁Φ拇筠D(zhuǎn)角網(wǎng)架球鉸支座方案,結(jié)合轉(zhuǎn)動中心和轉(zhuǎn)角確定傳力球面的球心,以適應(yīng)工程要求。球鉸支座傳力路徑:上部結(jié)構(gòu)將荷載傳給上支座板,然后依次通過不銹鋼板、平面耐磨板、球冠板、球面耐磨板和下支座板傳遞給下部結(jié)構(gòu)。
球鉸支座大轉(zhuǎn)角網(wǎng)架球鉸支座與普通球鉸支座結(jié)構(gòu)、性能對照當(dāng)球鉸支座轉(zhuǎn)動后,球鉸支座承受拉力的兩個作用面——上支座板的A面和下支座板的B面之間夾角為0.05rad,支座承受水平力的兩個作用面——上支座板的C面和下支座板的D面之間夾角也為0.05rad,在這種情況下,球鉸支座承受拉力和剪力時皆為線傳力。
甚至造成點(diǎn)傳力。特別是在承受拉力時,受力點(diǎn)偏向一側(cè),破壞了均衡受力狀況,很可能造成構(gòu)件破壞。且如果先有了拉力、剪力,又需支座轉(zhuǎn)動,支座先在拉力、剪力作用下,作用面(都是平面)貼合,支座就再也轉(zhuǎn)不動了,轉(zhuǎn)角釋放不了,有害力矩也釋放不了。球鉸支座大轉(zhuǎn)角網(wǎng)架球鉸支座以O(shè)點(diǎn)為轉(zhuǎn)動中心轉(zhuǎn)動0.05rad且承受拉力、水平剪力時的狀況。
可以看出當(dāng)球鉸支座轉(zhuǎn)動后,球鉸支座承受拉力的兩個作用面(見G處、H處)仍為球面結(jié)合,支座承受水平力的兩個作用面(見G處、H處)也仍為球面結(jié)合,在這種情況下,支座在承受拉力和剪力時皆為球面?zhèn)髁?,不存在偏載或應(yīng)力集中,不破壞原有的傳力狀況,保證結(jié)構(gòu),且仍可繞設(shè)定的轉(zhuǎn)動中心O轉(zhuǎn)動。




球鉸支座的結(jié)構(gòu): 該支座是在滑動鉸支座的基礎(chǔ)上開展而來,構(gòu)造主要由上支座板、聚四氟乙烯板、不銹鋼板、中心球面板、中心主體、箱體、不銹鋼板、聚四氟乙烯平面滑板和下支座板等組成。 球鉸支座的規(guī)范參數(shù): 支座規(guī)范分為22個等級,支座豎向規(guī)劃承載力、規(guī)劃轉(zhuǎn)角、摩擦系數(shù)均按相關(guān)規(guī)范要求規(guī)劃。 注:以上支座的技術(shù)參數(shù):豎向壓力:300KN-10000KN;豎向拉力:90KN-3000KN;水平剪力:60KN-2000KN;轉(zhuǎn)角:0.03rad;X向位移:±60mm和±100mm;Y向位移:±60mm和±100mm。規(guī)劃剛度180KN/m-6000KN/m。 球鉸支座受力情況與力學(xué)計(jì)算假定一致,支座通過球面?zhèn)髁?,作用反力分許均勻,傳力可靠,通過聚四板(PTFE)的滑動實(shí)現(xiàn)支座的轉(zhuǎn)動,可萬向轉(zhuǎn)動,可以實(shí)現(xiàn)支座水平滑動,允許位移值大,能夠有效的釋放結(jié)構(gòu)地震作用變形與溫度應(yīng)力,球鉸支座剛度大,變形小,承載能力高,抗震性能好,無老化問題,耐久性好,適用溫度范圍大。


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