球型支座轉(zhuǎn)動探討

徐 瑞 祥

(豐澤工程橡膠科技開發(fā)股份有限公司，河北 衡水 053000)

球型支座轉(zhuǎn)動探討

徐 瑞 祥

(豐澤工程橡膠科技開發(fā)股份有限公司，河北 衡水 053000)

介紹了橋梁球型支座的豎向轉(zhuǎn)動性能，研究了支座承受水平載荷后的轉(zhuǎn)動機(jī)構(gòu)，并對三種改進(jìn)后的支座結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點進(jìn)行了歸納總結(jié)，指出在實際工程中應(yīng)通過支座所承受的不同水平載荷選擇不同的支座結(jié)構(gòu)，以確保球型支座轉(zhuǎn)動性能的穩(wěn)定。

球型支座，轉(zhuǎn)動性能，載荷

橋梁球型支座的豎向轉(zhuǎn)動采用球鉸結(jié)構(gòu)，其容許轉(zhuǎn)角可達(dá)到0.08 rad甚至更大，在坡橋上安裝，支座頂板可自行緊貼梁底，極大的方便了安裝施工。

1 豎向轉(zhuǎn)動

球型支座安裝到梁底部，一般認(rèn)為支座的轉(zhuǎn)動中心是支座上支座板與梁底接觸的中心，即上支座板中心。球型支座的豎向轉(zhuǎn)動是利用球冠板和曲面PTFE板滑動，支座產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，支座內(nèi)部的球冠板圍繞球心轉(zhuǎn)動，同時支座上支座板與球冠板之間產(chǎn)生平動，解決支座的轉(zhuǎn)動中心與球冠板的轉(zhuǎn)動中心不重合，造成支座無法轉(zhuǎn)動的問題。

GB/T 17955-2009橋梁球型支座中4.1.5條規(guī)定，支座的轉(zhuǎn)動力矩M按下列公式計算：

M=RckμR。

其中，Rck為支座豎向承載力；μ為支座滑動面的摩擦系數(shù)；R為球冠板的摩擦系數(shù)。

上述公式是將球冠板簡化成柱面得出的經(jīng)驗公式。

2 支座承受水平載荷后轉(zhuǎn)動

球型支座在承受豎向載荷的同時還承受水平載荷，支座上支座板做成凹槽狀，下支座板放入上支座板的凹槽中，在凹槽的內(nèi)側(cè)形成平面接觸，實現(xiàn)水平載荷的傳遞。單向球型支座的上支座板和下支座板之間留有間隙，在支座不承受水平載荷時，該間隙提供了支座豎向轉(zhuǎn)動所需的上支座板平動位移量。在承受水平載荷時，上支座板和下支座板接觸處平面緊貼，支座在發(fā)生轉(zhuǎn)動時，將會導(dǎo)致轉(zhuǎn)動受阻，直至材料發(fā)生破壞，見圖1。

而該支座在產(chǎn)生轉(zhuǎn)角以后再承受水平載荷，水平載荷的傳遞已不是平面?zhèn)鬟f，而變?yōu)榫€傳遞，惡化了傳力性能，由于水平載荷很大，造成傳力部位材料屈服甚至破壞，見圖2。這種支座水平載荷一般不超過支座豎向載荷的10%。

為適應(yīng)球型支座的轉(zhuǎn)動需求，支座的上支座板和下支座板接觸處做了結(jié)構(gòu)改進(jìn)，如下：

第一種方式是將下支座板凸緣處加工成圓弧狀，一般凸緣圓弧的中心位于支座中心線上，見圖3。這種改進(jìn)適應(yīng)了支座承受水平力時的轉(zhuǎn)動，避免了因結(jié)構(gòu)造成的轉(zhuǎn)動不良。同時改變了支座的轉(zhuǎn)動中心位置，支座轉(zhuǎn)動中心變?yōu)橥咕増A弧的中心。這種改進(jìn)將支座上支座板和下支座板的接觸變?yōu)橹婧推矫娴木€接觸，也不利于大水平載荷的傳遞，接觸應(yīng)力計算公式為σ=0.418×(PE/(LR1))1/2。其中，σ為接觸應(yīng)力；P為水平載荷；E為鋼材的彈性模量；L為接觸長度；R1為凸緣圓弧半徑。這種支座水平載荷一般不超過支座豎向載荷的20%。

第二種方式是在支座上支座板與下支座板中間增加了柱面導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌利用鋼銷與下支座板裝配到一起，保證了裝配的緊密，見圖4。這種方式與第一種方式是一致的，也不利于大水平載荷的傳遞，其優(yōu)點是方便了加工制造。同時導(dǎo)軌的平面?zhèn)仍黾恿薙F-Ⅰ滑板，其對偶面是不銹鋼板，也減小了支座水平滑動時的摩阻力。

第三種方式在第二種方式的基礎(chǔ)上，增加了柱面導(dǎo)軌的凹面配合件，見圖5。將接觸面由柱面和平面接觸變?yōu)橹娴陌纪姑娼佑|，由于凸面大于凹面，支座轉(zhuǎn)動前和轉(zhuǎn)動后的凹凸接觸面投影面積不變，其承受水平力面積為凹面接觸面的投影，大大改善了支座承受水平載荷的能力，凹凸面的面壓計算公式為：

σ=P/S。

其中，σ為接觸應(yīng)力；P為水平載荷；S為凹面投影面積。

3 結(jié)語

通過對比介紹了球型支座的轉(zhuǎn)動結(jié)構(gòu)設(shè)置，可通過支座所需承受不同水平載荷選擇不同的支座結(jié)構(gòu)。球型支座作為一種成熟的技術(shù)，廣泛應(yīng)用于橋梁建設(shè)。作為一種要長期使用的設(shè)備，球型支座的轉(zhuǎn)動性能，在使用期內(nèi)保持穩(wěn)定應(yīng)當(dāng)是重要的一項指標(biāo)。

[1] 莊軍生.橋梁支座[M].第2版.北京：中國鐵道出版社,2000:187.

Inquiry on spherical bearing rotation

XU Rui-xiang

(FengzeEngineeringRubberScience&TechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Hengshui053000,China)

The paper introduces the vertical rotation performance of spherical bearing of the bridge, studies the horizontal bearing rotation structure, summarizes advantages and disadvantages of three kinds of improved bearing structures, and finally points out that: it should select various bearing structures according to various horizontal load, with a view to ensures the stability of spherical bearing rotation performance.

spherical bearing, rotation performance, load

1009-6825(2014)15-0203-02

2014-03-15

徐瑞祥(1982- )，男，工程師

U443.36

A