球型支座转动探讨

徐 瑞 祥

(丰泽工程橡胶科技开发股份有限公司，河北 衡水 053000)

球型支座转动探讨

徐 瑞 祥

(丰泽工程橡胶科技开发股份有限公司，河北 衡水 053000)

介绍了桥梁球型支座的竖向转动性能，研究了支座承受水平载荷后的转动机构，并对三种改进后的支座结构的优缺点进行了归纳总结，指出在实际工程中应通过支座所承受的不同水平载荷选择不同的支座结构，以确保球型支座转动性能的稳定。

球型支座，转动性能，载荷

桥梁球型支座的竖向转动采用球铰结构，其容许转角可达到0.08 rad甚至更大，在坡桥上安装，支座顶板可自行紧贴梁底，极大的方便了安装施工。

1 竖向转动

球型支座安装到梁底部，一般认为支座的转动中心是支座上支座板与梁底接触的中心，即上支座板中心。球型支座的竖向转动是利用球冠板和曲面PTFE板滑动，支座产生转动，支座内部的球冠板围绕球心转动，同时支座上支座板与球冠板之间产生平动，解决支座的转动中心与球冠板的转动中心不重合，造成支座无法转动的问题。

GB/T 17955-2009桥梁球型支座中4.1.5条规定，支座的转动力矩M按下列公式计算：

M=RckμR。

其中，Rck为支座竖向承载力；μ为支座滑动面的摩擦系数；R为球冠板的摩擦系数。

上述公式是将球冠板简化成柱面得出的经验公式。

2 支座承受水平载荷后转动

球型支座在承受竖向载荷的同时还承受水平载荷，支座上支座板做成凹槽状，下支座板放入上支座板的凹槽中，在凹槽的内侧形成平面接触，实现水平载荷的传递。单向球型支座的上支座板和下支座板之间留有间隙，在支座不承受水平载荷时，该间隙提供了支座竖向转动所需的上支座板平动位移量。在承受水平载荷时，上支座板和下支座板接触处平面紧贴，支座在发生转动时，将会导致转动受阻，直至材料发生破坏，见图1。

而该支座在产生转角以后再承受水平载荷，水平载荷的传递已不是平面传递，而变为线传递，恶化了传力性能，由于水平载荷很大，造成传力部位材料屈服甚至破坏，见图2。这种支座水平载荷一般不超过支座竖向载荷的10%。

为适应球型支座的转动需求，支座的上支座板和下支座板接触处做了结构改进，如下：

第一种方式是将下支座板凸缘处加工成圆弧状，一般凸缘圆弧的中心位于支座中心线上，见图3。这种改进适应了支座承受水平力时的转动，避免了因结构造成的转动不良。同时改变了支座的转动中心位置，支座转动中心变为凸缘圆弧的中心。这种改进将支座上支座板和下支座板的接触变为柱面和平面的线接触，也不利于大水平载荷的传递，接触应力计算公式为σ=0.418×(PE/(LR1))1/2。其中，σ为接触应力；P为水平载荷；E为钢材的弹性模量；L为接触长度；R1为凸缘圆弧半径。这种支座水平载荷一般不超过支座竖向载荷的20%。

第二种方式是在支座上支座板与下支座板中间增加了柱面导轨，该导轨利用钢销与下支座板装配到一起，保证了装配的紧密，见图4。这种方式与第一种方式是一致的，也不利于大水平载荷的传递，其优点是方便了加工制造。同时导轨的平面侧增加了SF-Ⅰ滑板，其对偶面是不锈钢板，也减小了支座水平滑动时的摩阻力。

第三种方式在第二种方式的基础上，增加了柱面导轨的凹面配合件，见图5。将接触面由柱面和平面接触变为柱面的凹凸面接触，由于凸面大于凹面，支座转动前和转动后的凹凸接触面投影面积不变，其承受水平力面积为凹面接触面的投影，大大改善了支座承受水平载荷的能力，凹凸面的面压计算公式为：

σ=P/S。

其中，σ为接触应力；P为水平载荷；S为凹面投影面积。

3 结语

通过对比介绍了球型支座的转动结构设置，可通过支座所需承受不同水平载荷选择不同的支座结构。球型支座作为一种成熟的技术，广泛应用于桥梁建设。作为一种要长期使用的设备，球型支座的转动性能，在使用期内保持稳定应当是重要的一项指标。

[1] 庄军生.桥梁支座[M].第2版.北京：中国铁道出版社,2000:187.

Inquiry on spherical bearing rotation

XU Rui-xiang

(FengzeEngineeringRubberScience&TechnologyDevelopmentCo.,Ltd,Hengshui053000,China)

The paper introduces the vertical rotation performance of spherical bearing of the bridge, studies the horizontal bearing rotation structure, summarizes advantages and disadvantages of three kinds of improved bearing structures, and finally points out that: it should select various bearing structures according to various horizontal load, with a view to ensures the stability of spherical bearing rotation performance.

spherical bearing, rotation performance, load

1009-6825(2014)15-0203-02

2014-03-15

徐瑞祥(1982- )，男，工程师

U443.36

A