初探可滑移向心关节轴承节点

摘 要 在传统的建筑钢结构中一般关节轴承节点只具备面内外转动性能，不具备滑移性能，根据某些建筑工程的大滑移量要求，创新地设计出可滑移向心关节轴承节点，满足通过大滑移量方式减少约束力和抵抗水平/地震荷载的集中力，又能在这些荷载消失后使支座节点回复到原来位置上的要求。可滑移向心关节轴承节点展望了我国关节轴承节点技术的发展方向。下面将对可滑移向心关节轴承节点做一简要分析。

关键词向心关节轴承节点；滑移；

中图分类号：Q441文献标识码： A 文章编号：

1.概述

传统的建筑钢结构连接节点可分为刚性连接节点、半钢性连接节点和铰接连接节点，而关节轴承节点做为一种新型的连接体系，近年来频繁地在国内大型建筑钢结构中得到应用，具备面内转动性能与面外转动性能的建筑钢结构设计要求，克服了传统铰节点只能在一个方向上转动而无法在其它方向上自由转动的缺点。同时，在向心关节轴承节点结构形式的基础上，又开发出了角接触关节轴承节点、推力关节轴承节点，从不同的受力大小、方向要求全方位满足了建筑钢结构的特殊设计要求。而在某些建筑工程中，因必土结构产生的不同变形引起的约束力、抵抗水平/地震荷载与震动，因此，对支座的要求就更高了，要求支座既通过大滑移量方式减少约束力和抵抗水平/地震荷载的集中力，又能在这些荷载消失后使支座节点回复到原来的位置上，在钢结构设计工作中，连接节点的设计是一个非常重要的环节，为了简化计算，通常连接节点的设计，一般均按完全刚接或完全铰接的情况来处理。但传统的铰接连接节点一般仅能满足平面内的转动性能，平面外不能发生转动，目前很多建筑的构造比较特别，当结构产生位移时，此类铰接连接节点可能因平面外受力而发生破坏。所以，该节点必须同时具备平面内、外的转动性能。为此，设计产生了另一种新型连接节点――可滑移向心关节轴承节点。

2设计方法

2.1基本参数

工程实例：钢结构设计使用年限为50年，建筑抗震设防类别为乙类，建筑结构安全等级为一级，结构重要性系数为1.1，工程抗震设防烈度为7度，场地类别为Ⅱ类，基本风压按百年一遇取值为0.9KN/m2。支座滑移距离为80～100mm不等.

2.2结构设计与滑移原理

根据支座节点滑移距离较长的要求，设计如图2所示的可滑移向心关节轴承节点。可滑移向心关节轴承节点由向心关节轴承、中耳板、压盖、滑移轴套、滑移铜套、压环、垫圈、外耳板、碟形弹簧片组、滑移芯轴、锁紧螺母等组成。

2.2.1结构特点 向心关节轴承由负荷加载机构、传动机构与摆动机构、支承结构、传感器、加热装置、电器控制及计算机自动采集处理数据系统七大部分组成。向心关节轴承通过压盖固定在中耳板孔径内，中耳板通过向心关节轴承的球形内外圈相互转动而获得面内、外转动性能；外耳板孔径内配装有镶嵌固体自材料的滑移铜套，与滑移轴套（热处理淬硬）组成滑移摩擦副；滑移芯轴穿过向心关节轴承内圈并由两端的滑移轴套轴向方向固定而使中耳板处于两个外耳板的中间位置；在外耳板外侧分别各装一组碟形弹簧片组，并通过压环与锁紧螺母对称锁固使碟形弹簧片组受压产生弹力.

a向心关节轴承节点

向心关节轴承节点主要由转动核心向心关节轴承（包含内、外圈）、单耳板、销轴、销轴压盖、定位套、轴承压盖、双耳板等组成。向心关节轴承节点可承受拉、拔两个方向的荷 Fr 及左右两个方向一定大小的面外剪力 Fa。向心关节轴承节点对结构轴力 Fr 的传递路线：梁中耳板向心关节轴承外圈向心关节轴承内圈销轴外耳板柱向心关节轴承节点对结构面外剪力 Fa 的传递路线：梁中耳板轴承压盖向心关节轴承外圈向心关节轴承内圈定位套外耳板柱由于向心关节轴承节点的万向转动性能，使面外剪力 Fa

在传递过程中由于向心关节轴承的外圈相对于内圈转过一定角度后而消除，并由于向心关节轴承内外圈均为球形表面而始终保证结构轴力 Fr 的传递路线不发生变化。

b推力关节轴承节点对结构轴力Fr的传递路线：

压剪工况时：梁销轴下推力关节轴承内圈下推力关节轴承外圈节点底座柱拉剪工况时：梁销轴上推力关节轴承内圈上推力关节轴承外圈轴承压盖高强螺栓螺母节点底座柱推力关节轴承节点对结构面外剪力 Fa 的传递路线：梁销轴推力关节轴承内圈推力关节轴承外圈节点底座柱由于推力关节轴承的万向转动性能，使面外剪力 Fa 在传递过程中由于销轴绕推力关节轴承球心转过一定角度后而消除，且由于推力关节轴承内外圈均为球形表面而始终保证结构轴力 Fr 的传递路线不发生变化。

1) 负荷加载机构：

负荷加载采用简单实用、加载力恒定的杠杆加载机构，由于载荷大，采用二级杠杆放大的加载机构，杠杆的刀口、刀承及强度按杠秤的要求设计，砝码设计为七种规格，便于载荷的选择。

2）传动机构与摆动机构：

传动机构为获得宽的调速范围，采用变速减速机与链传动相结合；旋转运动采用工作可靠、传动平稳、振动、噪声较小的齿形传动链，此传动链使用寿命长，能在低速下传递大的动力、结构紧凑、传动效率高；摆动机构采用曲柄摇杆四连杆机构，由于一般的四连杆机构都有急回特性，造成来回摆动平均滑动速度不一致性，对试验结果的影响较大，故设计曲柄摇杆四连杆机构考虑这点时，在结构上避免这一特性。

2.2.2滑移原理

当水平荷载产生时，支座节点的轴向力（剪力）传递路线为：中耳板压盖向心关节轴承外圈向心关节轴承内圈滑移轴套带动滑移芯轴一起左移（右移）右（左）碟形弹簧片组受压，左（右）碟形弹簧片组放松右（左）外耳板基础，同时，中耳板随向心关节轴承球形内外圈的转动而将轴向力消减或消除。当水平荷载减弱或消失时，在受压碟形弹簧片组的反力作用下，中耳板向中线回移直到左、右碟形弹簧片组压力平衡，也即中耳板回

复到原位。

2.2.3碟形弹簧片组的设计选型

可滑移向心关节轴承节点的滑移性能取决于碟形弹簧片组的设计，在选定向心关节轴承的结构尺寸后，需重点进行碟形弹簧片组的选型。首先选用有支撑面的碟形弹簧，并根据滑移轴套的外径尺寸来确定碟形弹簧的内径尺寸；其次，根据荷载大小及弹簧变形量大小要

求，依据GB/T1972所列的标准碟形弹簧进行选型，初步确定组合方式与组合片数，计算出安装总高度，根据预紧行程计算出预紧力，再根据支座滑移距离要求计算出滑移极限值的弹弹簧力值与支座节点的最大荷载与滑移距离相比较，若不符合则需要重新选型。（使用带预应力的碟形弹簧结构，这能够提高在所有荷载组合情况下力的传递。如果碟形弹簧不施加预应力，在水平荷载引的移动下，下面的情况就可能发生：滑移芯轴一侧的碟形弹簧受压而另一侧的碟形弹簧则与外耳板间形成一个空隙。若碟形弹簧被施加预应力，则对面的碟形弹簧在形成空隙前首先被卸载。因此，这个情况必须在进行碟形弹簧选型计算考虑。

3结束语

以承受推拉轴力为主、卸除弯矩为辅的新型建筑关节轴承节点提高了连接节点的安全度，其研究成果属于工程结构技术领域，不仅可适用于建筑钢结构领域，也可应用于各种

不同工程结构如桥梁结构、水工结构等。同时在建筑工程中创新地设计出可滑移向心关节轴承节点,满足通过大滑移量方式减少约束力和抵抗力，不仅能够很好的满足工程中的各种需要，还完善了传统关节轴承的不可变换性，为建筑工程迈出了至关重要的一步，引领我国关节轴承节点技术达到一个更高的层次。

参考文献

1《南方电网调度自动化系统不间断电源配置规范》

2《广东电网公司调度自动化管理规定》

3《企业管理》杂志编辑部编：《他们这样管理企业》