球型支座理論和設(shè)計

1、球型支座和減隔震球型支座球型支座和減隔震球型支座摘要：球型支座由于優(yōu)點(diǎn)較多而得以在我國進(jìn)行推廣，并由鐵研院編制了相關(guān)的技術(shù)條件規(guī)程。本文試圖通過對支座受力情況以及支座的核心構(gòu)件進(jìn)行闡述，使得讀者對球型支座及其設(shè)計方法有一定的了解。為了適應(yīng)橋梁減隔震設(shè)計理念的推廣，本文還對減隔震球型支座加以闡述。關(guān)鍵詞：球型支座，規(guī)程，PTFE，減震和隔震一、緒論一、緒論大噸位支座（HighLoadBearings）的發(fā)明和使用是隨著橋梁的跨度和承重量的

2、增長而產(chǎn)生的。大噸位支座根據(jù)其組成構(gòu)件的不同而分為板式橡膠支座（StellRainfcedElastomericBearings）、盆式橡膠支座(PotBearings)和球型支座(SphericalPTFEBearings)，以及利用各類型支座的優(yōu)點(diǎn)組合而成的各類支座。參見圖1可知，板式橡膠支座依靠鋼板之間的橡膠豎向和水平變形，支座產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和水平位移。盆式橡膠支座依靠鋼盆內(nèi)的橡膠板豎向變形，支座產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，依靠聚四氟乙烯板（簡稱PTFE

3、板）和中間襯板的水平滑移，支座產(chǎn)生水平位移。球型支座則是利用曲面PTFE板和不銹鋼板之間的滑動，支座產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，利用平面PTFE板和不銹鋼板之間的水平滑動，支座產(chǎn)生水平位移。（a）板式橡膠支座（b）球型支座（c）盆式橡膠支座圖1大噸位支座示意圖與其他大噸位支座比較，球型支座不僅具有承載力大的優(yōu)點(diǎn)，而且由于是通過球面四氟板的滑動來實(shí)現(xiàn)支座的轉(zhuǎn)動過程，具有轉(zhuǎn)角大、不存在橡膠老化等優(yōu)點(diǎn)，自1970年代發(fā)明，以及1980年代末引入我國后，得到了廣

4、泛的應(yīng)用。鐵道部科學(xué)研究院于2000年編制了球型支座的國家標(biāo)準(zhǔn)：GBT179552000《球型支座技術(shù)條件》，就該類型支座的技術(shù)要求和生產(chǎn)使用等方面做出規(guī)范，為在我國推廣使用球型支座提供了條件。由于《球型支座技術(shù)條件》并未對該類支座受力性能作詳細(xì)說明，故希望通過本文介紹各國規(guī)程關(guān)于球型支座的規(guī)定，描述該支座的工作原理、受力狀況、細(xì)部要求，并簡單闡述該支座的設(shè)計方法而使得讀者對球型支座有所了解。本文中采用的規(guī)程包括美國AASHTO的’LR

5、FDBridgeDesignSpecifications，1994’（以下簡稱AASHTO規(guī)程），美國SCEF的’Stard106:HighLoadMultiRotationalBearings’（以下簡稱SCEF規(guī)程），英國EN13377:2000的’StructuralbearingsPart7:SphericalcylindricalPTFEbearings’（以下簡稱EN規(guī)程）。由于減隔震設(shè)計方法在橋梁領(lǐng)域中逐步得到采用，本文還

6、介紹了幾種減隔震的復(fù)合球型支座。二、球型支座二、球型支座2.1球型支座的分類球型支座的分類球型支座，或者稱為球型PTFE支座，其核心部分是由一個具有外凸球面的支座板以及一個具有內(nèi)凹球面的支座板，以及兩者之間的PTFE球面凸板和與之接觸的金屬板球面凹板（通常是不銹鋼板）所形成的滑移曲面組成。球型支座還采用由PTFE平板和不銹鋼板2.2.2球型支座的承載力球型支座的承載能力主要取決于PTFE球面凸板和不銹鋼球面凹板的受力狀況。這屬于兩接觸球

7、體之間受力的一種特殊情況，即凸球面和凹球面的曲率幾乎相等。這種情況并不適用于Hertz解。各規(guī)范均采用等效承載力，即采用投影面面積和強(qiáng)度設(shè)計值的乘積來表示。uDPSVNSf圖3AASHTO承載力示意圖圖4EN規(guī)程承載力示意圖AASHTO關(guān)于豎向承載力設(shè)計值的公式為：（14.7.3.22）2rP4ssD????其中Pr為豎向承載力設(shè)計值，D為球面水平投影半徑，σss為PTFE板的抗壓承載力設(shè)計值（在2.2.3中會有進(jìn)一步解釋），φ為抗力因

8、子，取1.0。EN中與AASHTO不同之處在于它并不單純采用滑移曲面的投影面積，而是引入了等效接觸面積，其公式為：（2）sddrNfA??其中Nsd為豎向承載力設(shè)計值，fd為PTFE板的抗壓強(qiáng)度，Ar為滑移曲面的等效接觸面積，其值為：rAA??其中，λ為經(jīng)驗(yàn)的折算系數(shù)，根據(jù)偏心率（eL）和轉(zhuǎn)角θ不同而定，在0.5～1.0之間，A為滑移曲面的水平投影面積。AASHTO規(guī)范中關(guān)于水平承載力設(shè)計值的規(guī)定如下：（14.7.32）22sin()s