抗拉拔球型支座结构与性能研究.pdf

铁道建筑
Railway Engineering
文章编号:1003-1995(2013)03-0046-03
抗拉拔球型支座结构与性能硏究
罗勇欢,李世珩,夏俊勇,张振兴,郭红锋,陈彦北
(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)
摘要:研究了一种适用于高烈度地震区和爬风较多区城的新型抗拉拔球型支座。抗拉拔球型支座在常
规球型支座结构形式上增加了抗拉拔结构,可承受竖向拉拔力。通过建立抗拉拔球型支座模型,并结合
实际エ況,应用力学校核和有限元方法分析了抗拉拔结构的使用效果。计算结果表明,在不利工况下,
抗拉拔球形支座的承载力、抗拉拔性能、位移和转角均可满足设计要求,表明该抗拉拔球型支座能很好
地满足实际需求
关键词:球型支座螺栓抗拉拔有限元分析
中图分类号:U443.36文献标识码:ADOI:10.3969/j.issn.1003-1995.2013.03.15
在颶风较多的沿海地区以及高烈度地震区建设桥
平面附磨板
梁,桥梁支座除满足承载能力、位移和转动、使用寿命、
上支座板
减隔震、可靠性等方面的要求外,还应满足对竖向抗拉
中座板
拔能力的要求。抗拉拔球型支座是在常规球型支座的
抗拉拔板
基础上发展起来的一种新型桥梁支座,具有竖向抗拉
抗拉拔螺栓
球面磨板
拔能力,本文对其结构与性能进行研究。
下支座板
抗拉拔球型支座的基本结构和工作原理
图1抗拉拔球型支座结构剖面示意
常规球型支座主要由上支座板、下支座板、中座板2抗拉拔球型支座结构设计实例
以及耐磨板组成。上支座板与梁体相连,下支座板与
墩台相接,中座板是球型支座的核心部分,常规球型支
某特大桥主跨径856m,桥梁总长约1194m,桥
座通过平面耐磨板实现平面滑动功能,通过球面耐磨面距离谷底高度约400m,是一座大跨度的悬索桥。
板实现转动功能。
该桥所用支座要求竖向承载力500kN,抗拉拔力100
抗拉拔球型支座是在常规球型支座的基础上,为kN,顺桥向位移50m,转角0.02rad,地震峰值
了抵抗垂直方向的拉拔力而设计的,其整体结构如图
058。本次设计针对该桥受飓风影响而产生的竖向
1所示。这种支座除具备常规球型支座的基本结构拉拔力,因此在常规球型支座的基础上增加了抗拉拔
结构,通过抗拉拔螺栓联结抗拉拔板,与上支座板和下
外,在上下支座板之间增加了抗拉拔结构,包括抗拉拔
支座板构成简单实用的抗拉拔结构。
板和高强度抗拉拔螺栓,以满足竖向抗拉拔要求。抗
2.1支座抗拉拔结构主要材料与力学性能
拉拔球型支座在地震及飓风发生时,能保证桥梁上、下
支座抗拉拔结构主要材料一般是Q345B、ZC270
结构之间合理的相对位移,对高烈度区尤其直下型地500等,本文支座抗拉拔结构力学校核以Q345B为参
震区的工程结构有良好的抗震作用,同时也适用于沿照标准。Q345B的冲击功Au≥34J,断裂伸长率δ≥
海颶风较多地区的桥梁工程和建筑工程等。
19%。
Q345B屈服点、许用应力和许用剪切应力与板厚
的关系如表1所示。
收稿日期:2012-05-18;修回日期:2012-12-15
2.2高强螺栓机械性能
作者简介:罗勇欢(1985-),男,重庆彭水人,助理【程师。
支座抗拉拔螺栓采用10.9级M16x45高强螺
2013年第3期
罗勇欢等:抗拉拔球型支座结构与性能研究
表1Q345B力学性能参数
可见,e,≤L/8,满足要求。
板厚
屈服点/许用应力许用剪切应力
3.2.2中座板球面半径尺寸校核
MP
0/Mpa
TI/Mpa
根据经验,中座板球面半径一般应为球面耐磨板
≤16
≥345
水平投影面直径的B倍
16≥335
223.3
校核公式为
40216.7
125.2
63210.0
121.4
式中,R。为中座板球面半径,mm;B在本文中取值范
围为1.5≤B≤2.8
80≥305
203.3
本设计R、为2
介于1.5L(225mm)和2.8L
100≥285
190.0
(420m)之间,故满足要求。
150≥275
106.0
3.2.3中座板转角校核
注:①安全系数取1.5;②r]=[o]/3。
校核公式为
栓,其机械性能如下
D≥L+2R。
抗拉强度2=100MPa,屈服强度,=900MPa,式中,D为中座板外径,mm;为支座设计转角,ad
许用应力[o。]=450MPa,许用剪应力
=270
由于D为180mm,L+2Rs6=150+2x260X
MPa。
0.02=160.4,故可满足要求。
10.9级高强螺栓的屈强比值为0.9,安全系数为
1.7ー2.2,本文取2.0。剪应力为许用应力的0.6倍。4抗拉拔螺栓校核
3常规关键性能校核
4.1拉应力校核
10.9级高强螺栓有效应力面积为157mm2。支座
3.1耐磨板竖向承压校核
在抗拉拔工况下,按高强螺栓不承受剪力设计。支座
根据欧洲标准EN1337-7的规定,设计圆心角<受竖向抗拉拔力时,仅考虑螺杆受拉力。力矩平衡状
40°时,分布在球面耐磨板上的应力和平面耐磨板上的态下的螺杆拉应力2应满足
应力差可以忽略不计。本文设计圆心角为35°。
FL FI
10x1
X29
耐磨板竖向压应力σ,校核如下
A,12×6x0.5
4.701x157
4F4x500x1000
28.3MPa≤[r
MPa≤[o2]
T
3.14×150
式中,n为抗拉拔螺栓个数;F为螺栓受到的拉力,N;
式中,F为竖向设计承载力,N;と为球面耐磨板水平投F。为抗拉拔板受到的拉拔力,N;x为结合圈数(一般
影直径,mm:[r]为改性超高分子量聚乙烯许用应カ,不超过10);A为螺栓阻抗面积,m2;4为抗拉拔板
取45MPa
的力臂,mm;2为抗拉拔螺栓的力臂,mm;[]为螺
3.2转动能力校核
栓许用抗拉应力,MPa。
球型支座具有一定的转动能力,在设计中需要考
4.2螺纹牙挤压应力校核
虑支座的载荷偏心问题,并需对中座板球面半径与球
螺纹牙挤压应力σ3应满足
面转角进行校核。
3.2.1球面耐磨板戟荷偏心校核
209.4×157
A~mdhz~3.14x14.701×0.541×2x10
根据EN1337-7的规定,球面耐磨板摩擦产生的
偏心e,≤L/8时,球面在工作中オ不会出现分离。
65.8MPa≤[o
L/8=150/8=18.7mm
式中,d2为外螺纹中径,mm;h为螺纹工作高度,mm。
h=0.541p,P为螺纹螺距,mm。
, =umr+um,c+a(r+b)=13.75 mm4.3螺纹牙抗剪强度校核

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