某一工程所用大轉角網架球鉸支座為例,對照普通球鉸支座,對其性能、結構設計、計算方法進行分析。
一、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
轉角 θ=0.05rad
轉動中心設定在O點處(見圖1)。
二、工況分析
球鉸支座在服役期間可能出現的工況:
1.球鉸支座在承受壓力的同時發生轉動;
2.球鉸支座在承受拉力的同時發生轉動;
3.球鉸支座在承受壓力的同時承受剪力和轉動;
4.球鉸支座在承受拉力的同時承受剪力和轉動;
以上4種工況中最不利的工況是最后一種,以下即按這種工況進行球鉸支座的結構設計和計算。
三、球鉸支座結構設計和傳力路徑
考慮到對球鉸支座有大轉角的要求和有設定的轉動中心的要求,采用球面傳力的大轉角網架球鉸支座方案,結合轉動中心和轉角確定傳力球面的球心,以適應工程要求。
球鉸支座傳力路徑:
上部結構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構。
四、大轉角網架球鉸支座與普通球鉸支座結構、性能對照
當球鉸支座轉動后,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,甚至造成點傳力。特別是在承受拉力時,受力點偏向一側,破壞了均衡受力狀況,很可能造成構件破壞。且如果先有了拉力、剪力,又需支座轉動,支座先在拉力、剪力作用下,作用面(都是平面)貼合,支座就再也轉不動了,轉角釋放不了,有害力矩也釋放不了。
大轉角網架球鉸支座以O點為轉動中心轉動0.05rad且承受拉力、水平剪力時的狀況。
可以看出當球鉸支座轉動后,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)也仍為球面結合,在這種情況下,支座在承受拉力和剪力時皆為球面傳力,不存在偏載或應力集中,不破壞原有的傳力狀況,保證結構安全,且仍可繞設定的轉動中心O轉動。
通過以上比較可知,大轉角網架球鉸支座不僅具有良好的受力、傳力性能和轉動性能。
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