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针对钢结构工程对支座的高承载、高抗拉、高抗剪、大转角的要求,以承载能力为10000kN的支座为例,研究满足要求的大转角网架球铰支座的结构型式、计算方法,运用有限元分析验证结构设计和计算方法的适宜性,从而获得大转角网架球铰支座的设计方法。球铰支座球铰支座在钢结构工程中,一般用在上部结构与基础结构的结合处。
上部结构的静、动载荷通过支座传递给基础结构,要求支座要有足够的承受竖向载荷的能力;温度变化或地震将使结构产生水平剪力和竖向拉力,这些力的传递也要靠支座来完成,因此还要求支座具有足够的抗水平剪力和抗竖向拉力的能力;结构在长期服役过程中,由于受力件的变形或位移,对于某些节点中心将产生很大的力矩。
对于这些力矩若不采取措施释放掉,必将对建筑结构产生很大的危害,释放有害力矩的措施,一般是在节点处设置铰接结构和对支座释放足够的位移空间,而铰接性能反应到节点处的支座上,就是要求支座具有足够的转动能力。球铰支座从以上分析可以看出,应用于钢结构工程的支座需具备足够的承载能力、抗拉能力、抗剪能力和转动能力。
需要指出的是,钢结构工程要求支座转角要比用于其它(例如桥梁)工程的支座的转角大得多。球铰支座转角的增大,就普通支座而言,破坏了支座的受力状况,面传力变为线传力或点传力,或支座卡死,不能转动,将给工程埋下巨大安全隐患。为了适应工程需要,保证工程安全,我们开发了一种大转角网架球铰支座。



球铰支座设计转角为0.02rad,也可根据实际情况在0.02~0.08rad范围内做相应设计; 位移型支座根据其位移形式不同将其相应位移量设为±60~±100,也可根据实际需求设计; 钢结构球铰支座滑动摩擦系数u≤0.03(-25°C~+60°C)。 球铰支座优点,球铰支座采用防老化橡胶传递力,不仅起到减振的作用,同时能满足弯距产生的转角。可万向承载,即可承受压力,拔力和任意方向的剪力。可万向转动,以释放任意方向的弯距。支座外表面采用耐海洋大气、抗紫外线防腐处理,从而保证了支座在60年内不会影响使用。采用PTEF制品,其摩擦系数很小,不老化,耐低温可达-150℃,保证了支座滑移的灵活性及在寒冷地区的应用。抗震球铰支座反力集中、明确、不随转角而发生变化。




弹性单向滑移球铰支座具有承载力大、位移大拉力大、抗水平剪力、释放一定的弯矩等优点。 支座从竖向承载力、拉力、剪力、转角及支座在复杂受力的工况下,支座的安全许用应力均不大于许用应力满足设计要求,从而保证结构安全。弹性单向滑移球型支座性能指标:竖向抗压承载力:1000KN竖向抗拉承载力:100KN水平抗剪承载力:100KN设计(双向)水平滑移量:正负200mm设计转角:0.02rad。 弹性单向滑移球铰支座的设计参照规范《钢结构设计规范》GB;《建筑抗震设计规范》GB;《隔振设计规范》GB;《建筑钢结构球型支座》GB/T;《桥梁球型支座》GBT。球铰支座现在越来越多的被用在网架工程上,因为它为球型支座设计,没有橡胶部分,可满足大位移,大转角,使用寿命长等特点,逐渐取代了起初的橡胶支座。 网架铸钢成品球铰支座的构造是多种多样的,其具体情况也是比较复杂的,只有加以简化,归纳成几个类型,才便于分析计算。




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