钢结构用大转角网架球型钢支座设计方法探究

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1、钢结构用大转角网架球型钢支座设计方法探究　　摘要：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型钢支座的结构型式、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型钢支座的设计方法。关键词：大转角、结构形式、计算方法、有限元分析。Abstract:Aimingattherequirementsofhighresistanceofload,tension,shearandangleforspac

2、ialstructures,abearingwiththeloadof10000KNistakenforexampletodetermineitsstructuraltypeandthecalculatingmethodthatcanmeettherequirements.FEMisalsousedtoverifythestructuredesignandcalculatingmethod,andthenthedesignofsphericalsteelbearingthatcanresistala

3、rgeangleisgained.Keywords:largeangle,structuraltype,calculatingmethod,FEM.中图分类号：TU391文献标识码：A文章编号：10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

4、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。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。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

5、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型钢支座，已广泛地在一些建筑工程中应用。以下以某一工程所用大转角网架球型钢支座为例，对照普通球型钢支座，对其性能、结构设计、计算方法进行分析。一、对所研究的支座的性能要求承载能力N＝10000kN10抗拉能力F＝2000kN抗剪能力H＝3000kN转角θ＝0.05rad转动中心设定在O点处（见图1）。二、工况分析支座在服役期间可能出现的工况：1.支座在承受压力的同时发生转动；2.支座在承受拉力的同时

6、发生转动；3.支座在承受压力的同时承受剪力和转动；4.支座在承受拉力的同时承受剪力和转动；以上4种工况中最不利的工况是最后一种，以下即按这种工况进行支座的结构设计和计算。三、支座结构设计和传力路径考虑到对支座有大转角的要求和有设定的转动中心的要求，采用球面传力的大转角网架球型钢支座方案，结合转动中心和转角确定传力球面的球心，以适应工程要求。支座结构见图1。图1支座传力路径：上部结构将荷载传给上支座板，然后依次通过不锈钢板、平面耐磨板、球冠板、球面耐磨板和下支座板传递给下部结构。10四、大转角网架球型

7、钢支座与普通球型钢支座结构、性能对照普通球型钢支座结构见图2。图2普通球型钢支座以O点为转动中心转动0.05rad且承受拉力、水平剪力时的状况如图3所示。图3可以看出当支座转动后，支座承受拉力的两个作用面——上支座板的A面和下支座板的B面之间夹角为0.05rad，支座承受水平力的两个作用面——上支座板的C面和下支座板的D面之间夹角也为0.05rad，在这种情况下，支座承受拉力和剪力时皆为线传力，甚至造成点传力。特别是在承受拉力时，受力点偏向一侧，破坏了均衡受力状况，很可能造成构件破坏。且如果先有了拉

8、力、剪力，又需支座转动，支座先在拉力、剪力作用下，作用面（都是平面）贴合，支座就再也转不动了，转角释放不了，有害力矩也释放不了。大转角网架球型钢支座以O点为转动中心转动0.05rad且承受拉力、水平剪力时的状况如图4所示：图410可以看出当支座转动后，支座承受拉力的两个作用面（见G处、H处）仍为球面结合，支座承受水平力的两个作用面（见G处、H处）也仍为球面结合，在这种情况下，支座在承受拉力和剪力时皆为球面传力，不存在偏载或应力集中，不破坏原有的传力状况，保证结构安全，