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发布日期:2021年10月23日

行业资讯

钢结构球型支座KZQZ-1300kN-GD支座设计计算书

点击量:    时间:2019-10-21

钢结构球型支座KZQZ-1300kN-GD支座设计计算书

一、设计依据:

(1)《建筑钢结构球型支座》(GB/T 32836-2016)

(2)《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)

(3)《钢结构设计规范》(GB 50017-2003)

(4)《铸钢节点应用技术规程》(CECS 235-2008)

(5)《焊接结构用铸钢件》(GB/T7659-2010)

二、支座设计数据

2.1  P--竖向压力   F--竖向拉力  H--水平剪力   θ--转角

支座规格

P(kN)

F(kN)

H(kN)

θ(rad)

KZQZ-1300kN-GD

1300

1100

800

0.03

 2.2支座总装图

 

三、支座材质及参数

(1)上支座板: ZG270-480H,抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2,抗剪强度设计值fv=120N/mm2

(2)聚四氟乙烯板:超高分子量聚乙烯版,抗压强度fy=60N/mm2

(3)球面衬板:Q345B, 设计许用应力f=260N/mm2,抗剪许用应力fv=145N/mm2

(4)下支座板:ZG270-480H,抗拉、抗压、抗弯强度设计值f=215N/mm2,抗剪强度设计值fv=120N/mm2

5)焊缝强度设计值 160N/mm2

四、计算思路

1)对支座承受压力时进行验算。

2)对支座承受拉力状态下进行验算。

3)对支座在给定的剪力状态下进行验算。

五、支座的设计计算

     5.1支座竖向压力为1300kN。计算**不利平面,改性超高分子量聚乙烯滑板承压计算。截面尺寸见图:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

依据支座受力分析,支座承受压力**薄弱的环节是聚四氟乙烯滑板,设计时取滑板直径φ=260mm,厚度=7mm。

б=P÷S=(1300×103)÷(3.14×2602/4)=24.5N/mm2fy=60N/mm2

计算结果:符合设计要求。

5.2支座承受竖向拉力时勾爪强度计算:

5.2.1支座承受竖向拉力时,上座板下凸缘与下座板上凸缘接触面压应力计算作用面积S=3.14×D2×(43×4/360)×L1= 3.14×D2×0.478×L1

 

 

支座规格

F(kN)

D2(mm)

L1(mm)

б(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

373

17

115.6

б=F/S=115.6N/mm2f=215 N/mm2

 计算结果:符合设计要求。

5.2.2支座承受竖向拉力时,支座上座板下凸缘的折算应力计算。

 

弯矩M=F×L2

截面模数W=3.14×D3×0.478×L32/6    弯曲应力б=M/W

支座规格

F(kN)

D3(mm)

L2(mm)

L3(mm)

б(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

396

13

38

100

拉应力τ=F/S

承拉面积S=3.14×D3×0.478×L3

支座规格

F(kN)

D3(mm)

L3(mm)

τ(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

396

38

48.7

折算应力fτW=(б2+3τ20.5

支座规格

fτW (N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

130.8

fτW=130.8N/mm2215N/mm2

计算结果:符合设计要求。

 

5.2.3支座承受竖向拉力时,支座下座板上凸缘的折算应力计算。

 

 

弯矩M=F×L4

截面模数W=3.14×D4×0.478×L52/6    弯曲应力б=M/W

支座规格

F(kN)

D4(mm)

L4(mm)

L5(mm)

б(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

350

13

40

102

 

拉应力τ=F/S

承拉面积S=3.14×D4×0.478×L5

支座规格

F(kN)

D4(mm)

L5(mm)

τ(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

350

40

52.3

折算应力fτW=(б2+3τ20.5

支座规格

fτW (N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

136.4

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fτW=136.4N/mm2215N/mm2

计算结果:符合设计要求。

5.3支座承受水平剪力时的强度计算

5.3.1水平力造成的支座下座板上凸缘端面压应力计算

 

下支座板上凸缘在**线上的投影为2×L6=215.6mm

所以作用面积S=215.6×L5

 

 

压应力б=H/S

支座规格

H(kN)

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L6(mm)

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L5(mm)

б(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

800

107.8

40

92.8

б=92.8N/mm2f=215N/mm2

计算结果:符合设计要求。

5.3.2水平力作用下对支座上座板侧壁厚计算

水平力产生的弯曲正应力б1=M/W

弯矩:M=H×L8

截面模数:W=(3.14×D3×L92+L11×252×4)÷2÷6

 

 

支座规格

H(kN)

L8(mm)

L9(mm)

L11(mm)

D3(mm)

б1(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

800

44.1

55

180

396

100.5

 

应力τ=H/S

承拉面积S=(3.14×D3×L9+L11×25×4)÷2

支座规格

H(kN)

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L9(mm)

D3(mm)

L11(mm)

τ(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

800

55

396

180

18.5

折算应力fτW=(б12+3τ20.5

支座规格

fτW (N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

105.5

fτW=105.5N/mm2215N/mm2

计算结果:符合设计要求。

5.4拉剪共同作用下对支座上座板测壁厚计算

5.4.1拉力产生的弯曲正应力б2=M/W

弯矩:M=F×L10

截面模数:W=3.14×D3×L92/6

 

支座规格

F(kN)

L10(mm)

D3(mm)

L9(mm)

б2(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

39

396

55

68.4

5.4.2拉力产生的拉应力б3=F/S

受拉面积:S=3.14×D3×L9

支座规格

F(kN)

D3(mm)

L9(mm)

б3(N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

1100

396

55

16.1

 

5.4.3拉力和剪力同时存在时的合应力б=б1+б2+б3

支座规格

б(N/mm2)

fτW (N/mm2)

KZQZ-1300kN-GD

185

187.7

 

fτW=(б2+3τ20.5=187.7N/mm2215N/mm2

计算结果:符合设计要求。

 

5.5支座下座板焊缝应力计算

     5.5.1在竖向拉力作用下支座板与预埋板焊缝处受力计算

     下支座板的外形尺寸为500×500,下支座板底板打25×45°的坡口用于与预埋钢板的焊接,即下支座板底板与下预埋板采用坡口焊+50的角焊,下支座板底板500×500的周长为2000mm而焊缝的有效厚度为he==32.35mm面积为S=2000×32.35=64700mm2,则在竖向拉力作用下下支座板底板与预埋板焊缝处受到的拉应力为:

σF/S=1100000/64700=17N/㎜2160N/mm2,计算结果:符合设计要求。

     5.5.2在水平剪力作用下下支座板与预埋板焊缝处受力计算

     下支座板的外形尺寸为500×500mm,下支座板底板打25×45°的坡口用于与预埋钢板的焊接,即下支座板底板与下预埋板采用坡口焊+25的角焊。下支座板在水平剪力作用下底部焊缝处受到的弯曲正应力计算

支座水平剪力的为H=800kN,力臂L11=125.9mm,则焊缝处在水平剪力作用下产生的弯曲正应力为:

σ剪弯H /W=800000×125.9/(5003/6-4503/6)17.8N/ mm2160N/ mm2;计算结果:符合设计要求。

     下支座板底板500×500的周长为2000mm而焊缝的有效厚度为he==32.35mm面积为S2000×32.3564700mm2,则在水平剪力作用下底板与预埋板焊缝处受到的剪切应力为:τH/S800000/64700=12.4N/ mm2160N/ mm2计算结果:符合设计要求。

下支座板在水平剪力作用下底部焊缝处受到的弯曲正应力和剪切应力的合力为:F剪弯=σ剪弯220.5=(17.823×12.420.527.9N/21.1×160176N/ mm2,计算结果:符合设计要求。

     5.5.3 拉、剪共同作用下支座底座下盘焊缝计算

     5.5.1支座在竖向拉力作用时对支座下座板焊缝的竖向拉应力计算得出:

σ17N/mm2

5.52 水平力时下座板焊缝处的应力计算得出:

σ剪弯17.8N/mm2

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剪应力τ12.4N/mm2

正应力合力

σH=σ+σ剪弯1717.834.8N/mm2

折算应力

    σzH22]0.5[34.823×12.42]0.540.9N/mm2

验算结果:

σz=40.9N/mm21.1ffw176 N/mm2

符合设计要求。

计算图数据尺寸:

 

5.6 转角验算

要求满足θ=0.03rad,当支座产生转角0.03rad转动时,支座的中间球冠板即绕其球面的球心转动0.03rad,验算转动后球冠衬板直径尺寸D6支座上座板内径尺寸D3是否干扰而影响支座转动。

 

 

R*0.03*2+D6=A<D3

支座规格

D6(mm)

D3(mm)

R(mm)

A(mm)

KZQZ-1300kN-GD

300

396

450

327

 

当支座产生0.03rad转动时,支座的中间球冠板即绕其球面的球心转动0.03rad,验算转动后球冠衬板直径尺寸D6与球面滑板尺寸D7的包容性。

    R*0.03*2+D7=B<D6

 

支座规格

D6(mm)

D7(mm)

R(mm)

B(mm)

KZQZ-1300kN-GD

300

260

450

287

 

计算结果:符合设计要求。

 

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