天津QZ球型橡胶支座转动主要原理及设计参数

天津QZ球型橡胶支座主要由上支座板、下支座板、球冠衬板、平面滑板、球面滑板及密封等结构组成，其示意图如图l所示。QZ球型橡胶支座按其功能不同主要分为固定支座、多向活动支座、横向活动支座和纵向活动支座等四种。对于横向活动支座，在荷载方面主要承受桥梁上部结构的竖向荷载和水平荷载，在支座位移方面，不仅要适应梁体的转角要求，而且要满足桥梁横桥向的位移要求。

QZ球型橡胶支座转动机构的工作机理

传统的QZ球型橡胶支座在上、下支座板上直接安装sF一1和不锈钢滑板，当支座转动时，不锈钢滑板与sF一1板之间产生一个转角，摩擦副由面接触变为线接触，这种情况易造成sF一1板表面的破坏，影响支座的寿命，转动状态如图2所示。

为避免支座转动时，线接触产生的尖角对摩擦副表面的破坏，本设计中为横向支座加设了转动机构，该转动机构在满足位移和转角的同时，能避免支座转动时产生的尖角效应。转动机构的结构形式如图3所示，其转动机理为：支座下支座板的凸缘为圆弧面，在上支座板挡块与下支座板凸缘之间设置转动块，转动块一侧焊接不锈钢板与挡块上的sF一1对摩，实现支座的横向位移。为防止支座有位移时，转动块相对于下支座板滑动，在转动块上设置剪力块，在下支座板上设置剪力槽，剪力块处于剪力槽中，来克服转动块与上支座板间的滑动摩擦力。转动块另一侧与下支座板凸缘的圆弧面接触，实现支座的转动。

QZ球型橡胶支座转动机构的主要计算参数

(1)竖向设计承载力P=5 000 kN。

(2)支座的转角口=O.02 rad。

(3)支座的横向#大位移量e。=±10咖。

(4)支座的设计水平力日=0.15P。

QZ球型橡胶支座转动机构受力分析与计算

1、运动及受力分析

横向活动支座的上支座板挡块主要作用是承受横向水平荷载，为支座的横向滑动提供导向，并且要满足支座的顺桥转动功能。支座转动后的状态如图4所示，其转动机构的受力如图5所示。由支座运动图及转动机构受力图分析知，上支座板挡块和转动块的受力有以下几种工况：

(1)当上支座板处于中位时，下支座板凸缘弧面与转动块的接触位置为转动块的中心点处，此时水平力对于上支座板根部的作用力臂为47.5 mm，sF.1在宽度方向上受力范围为35mm。

(2)当上支座板逆时针转动o.02rad，且支座所受水平力方向向右时，支座右侧转动块上的接触点由原来的中点位置上移2.64 mm，即水平力对于上支座板根部的作用力臂由原来的47.5 mm减小到44.86 mm，此时的SF-l在宽度方向上受力范围为29.73mm。

(3)当上支座板逆时针转动O.02 rad，且支座所受水平力方向向右时，支座左侧转动块上的接触点由原来的中点位置下移2.38 mm，即水平力对于上支座板根部的作用力臂由原来的47.5 mm增大到50.11mm，此时的SF—l在宽度方向上受力范围为30.23mm。

2、由以上工况分析可得出：

(1)挡块受力状况#不利工况。当上支座板逆时针转动0.02 rad，水平力H达到#大，且上支座板滑动(或有滑动趋势)，此时水平力对上支座板根部的作用力臂#大。此种工况下作用于挡块的力主要有：水平力H、由上支座板转动引起的摩擦力F，、由上支座板滑动引起的SF一1与不锈钢板之间的摩擦力R。针对此种工况，应对图5中的A、H、C三点的应力进行计算校核。

(2)sF—l滑板受力#不利工况。当上支座板逆时针转动o.02 rad时，sF-1滑板在宽度方向上的受力面积#小，应校核此工况sF-1滑板的压应力。

挡块的计算

钢与钢之间的摩擦系数取0.15，则由QZ球型橡胶支座上支座板转动产生的摩擦力F1=0.15H=112.5 kN；SF一1滑板与不锈钢板的摩擦系数为0.1，由上支座板滑动产生的sF一1滑板与不锈钢板产生的摩擦力：F：=0.1×H=75 kN。