球形支座计算书

WJKGZ-1250GD球型支座

设计计算书

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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