球形支座计算书

WJKGZ-1250GD球型支座设计计算书
编制:
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批准:
设计单位:丰泽工程橡胶科技开发股份有限公司
WJKGZ-1250GD球型支座计算书
1.设计依据
建筑抗震设计规范GB50011-2001;
钢结构设计规范GB50017-2003;
铸钢节点应用技术规程CECS 235:2008;
球型支座技术条件GB/T17955-2000。

2.设计数据输入
支座的性能参数:竖向压力P=1250000N
水平剪力H=1310000N
竖向拉力F=600000N
转角θ=0.02rad
3.材料选择
支座受力件选用铸钢ZG275-485H和ZG270-500;
摩擦件选用聚四氟乙烯(PTFE);
密封材料选用天然橡胶(NR)
4.材料强度设计值
铸钢ZG275-485H的抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2, 铸钢ZG270-500的抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=210N/mm2, 焊缝强度设计值f f w=160
N/mm2,
聚四氟乙烯(PTFE)的强度设计值f s=30 N/mm2。

5.支座的传力路径
外力——上座板——不锈钢板——平面四氟板——球芯——球面四氟板——底座。

6.水平剪力传力路径:
外力——上座板——底座。

7.设计计算(附计算书图)
计算思路:
设计计算首先对支座在给定的单一力学状态(即压、剪)下分别进行强度计算;然后对支座进行折算应力强度计算。

从剪力传力路径可以看出,水平力在支座内是支座上支座板与支座底座相互作用,计算受剪时作用面压应力和上支座板外圆筒臂折算应力,同时计算下座板弯曲应力和焊缝。

7强度计算
7.1 支座承受压力时压应力计算
从压力传力路径可以看出,支座承受压力时整个传力链上最薄弱的件是聚四氟乙烯板,因此、只对聚四氟乙烯板计算。

四氟板在水平面投影直径:D1=260mm
受压面积:S=πD12/4=3.14*2602/4=53066 mm2
压应力:σ=P/S=1250000/53066=23.6N/ mm2
σ=23.6 N/ mm2<f s=30 N/ mm2。

计算结果:符合设计要求。

7. 2 水平力造成的下座板的上凸缘端面压应力计算
作用水平力时作用面长度:B=D2/2=352/2=176 mm
作用面宽度:L1=40 mm
作用面积:S=B. L1=176*40=7040 mm2
压应力:σ=H/S=1310000/7040=186.1N/ mm2
σ=186.1 N/ mm2<f=215N/mm2。

计算结果:符合设计要求。

7. 3 水平力和竖直拉力时上支座板圆筒臂折算应力计算
弯曲应力计算:
水平剪力造成的弯矩:M1=H*L2=1310000*50.1=65631000 N·mm 截面模
数:W1=D3*L32/6=360*852/6=433500 mm3
弯曲应力:σw1=M1/W1=65631000/433500=151.4 N/ mm2
竖直拉力造成的弯矩:M2=F*L4=600000*58=34800000 N·mm 截面模
数:W2=3.14*D3*L32/6=3.14*360*852/6=1361190 mm3
弯曲应力:σw2=M2/W2=34800000/1361190=25.6 N/ mm2
竖直拉力产生的拉应力:
σw3=F/(3.14*D3*L3)=600000/(3.14*360*85)=6.2 N/ mm2
总正应力σW=σw1+σw2+σw3=151.4+25.6+6.2=183.2 N/ mm2剪应力计算: 受剪面积:S=D3*L3=360*85=30600 mm2
剪应力:τ=H/S=1310000/30600=42.8 N/ mm2
折算应力:fτw=(σW2+3τ2)0.5=(183.22+3*42.82)0.5=197.6 N/㎜2
fτw=197.6 N/mm2<f=210 N/mm2
计算结果:符合设计要求。

7.4 底部焊缝强度校核:
剪应力计算:
受剪面积:S=3.14*D5*L5=3.14*375*35=41212.5 mm2
剪应力:τ=H/S=1310000/41212.5=31.8 N/ mm2
拉应力计算:
受拉面积:S=3.14*D5*L5=3.14*375*35=41212.5 mm2
拉应力:σ=F/S=600000/41212.5=14.6 N/ mm2
折算应力:fτw=(σ2+3τ2)0.5=(31.82+3*14.62)0.5=40.7 N/㎜2
fτw=40.7 N/mm2<f f w=160 N/mm2
计算结果:符合设计要求。

7.5 下座板底座应力校核:
弯曲应力计算:
水平剪力造成的弯矩:M=H*L6=1310000*120=157200000 N·mm 截面模数:
W=3.14*(D54-D64) /32/D5=3.14*(3754-3054)/32/375=2911664.7mm3 弯曲应力:σw1=M/W=157200000/2911664.7=54 N/ mm2
拉应力由7.4可知:σw2=14.6 N/ mm2
则σ=σw1+σw2=54+14.6=68.6 N/ mm2
取1mm计算:
焊缝面积:S=1*L5=1*35=35 mm2
则焊缝处的力为:T=σ*S=68.6*35=2401 N
力臂:L6=40 mm
弯矩M=T* L5=2401*40=96040 N·mm
截面模数:W=1*L72/6=1*562/6=522.6 mm3
弯曲应力:σw=M/W=96040/522.6=183.7 N/ mm2
受剪面积:S=1*L6=1*56=56 mm2
剪应力:τ=T/S=2401/56=42.8 N/ mm2
折算应力:fτw=(σW2+3τ2)0.5=(183.72+3*42.82)0.5=198.1 N/㎜2
fτw=198.1 N/mm2<f=215 N/mm2
计算结果:符合设计要求。

7.6 下座板上凸缘应力计算:
弯曲应力计算:
竖直拉力造成的弯矩:M=F*L8=600000*17=10200000 N·mm
截面模数:W=3.14*(D7/2)*L12/6=3.14*(295/2)*402/6=123506.7 mm3 弯曲应力:σw=M/W=10200000/123506.7=82.6 N/ m m2
剪应力计算:
τ=F/(3.14*(D7/2)*L2)=600000/(3.14*(295/2)*40)=32.4 N/ mm2
折算应力:fτw=(σW2+3τ2)0.5=(82.62+3*32.42)0.5=100 N/㎜2 fτw=100 N/mm2<f=215 N/mm2
计算结果:符合设计要求。

7.7 高强度螺栓应力计算,强度至少8.8级。

拉应力:M33小径为28mm,则面积S=3.14*14*14=615.44mm2
σ=F/8/S=600000/8/615.44=121.9MPa < f= 400 MPa
剪应力:A=3.14*33*33/4=854.9 mm2
τ= H/8/S=1310000/8/854.9=191.5 MPa < fτ= 320 MPa
(121.9/400)2+(191.5/320)2=0.45 < 1
压应力:σ= H/8/L9/33=1310000/8/45/33=110.3 MPa < [σ] = 512MPa 验算结果:符合设计要求。

8、转角验算
要求转角:θ=0.02 rad
当支座产生0.02 rad转动时,支座的球芯即绕其球面的球心转动0.02 rad,验算转动了的尺寸D8与尺寸D3是否干扰而影响支座转动。

不锈钢板直径:D3=360 mm
上支座板内径:D8=296 mm
球面半径:SR=500 mm
则SR*0.03*2+D3=500*0.02*2+296=316 mm<D4=360 mm
验算结果:符合设计要求。

当支座产生0.02 rad转动时,支座的球芯即绕其球面的球心转动0.02rad,验算转动了的尺寸D8与四氟板尺寸D1的包容性。

平面四氟板、球面四氟板直径结为D1=260mm
SR*0.03*2+D1=500*0.02*2+260=280 mm<D8=296mm
验算结果:符合设计要求。

(附计算图)。