CN101560793B - 一种带防松脱限位结构的万向球铰支座 - Google Patents

Abstract

一种带防松脱限位结构的万向球铰支座，包括具有凹球面的主顶座和具有凸球面的主底座构成的主球铰结构件，所述主底座由底座体、至少三个加劲板和钢球组成，所述钢球是位于底座体中的凸球构件，加劲板以钢球的垂直中轴线为中心线径向直立分布在底座体中，每个加劲板均有一个竖向边缘靠近所述的钢球中轴线，以钢球球心为圆心在加劲板靠近所述中轴线部分的上部板上开有用于承托钢球的圆缺凹位，在所述主顶座的下部周边对应于主底座上每相邻的两个加劲板之间的空间设置一凸爪，形成球铰的限位结构。本发明所述的限位结构可起到防止松脱、限制顶座绕轴线转动并承受抗拔力的作用，具有良好的承载性能，它在起抗拔作用的同时球铰部分能够微量转动。

Description

一种带防松脱限位结构的万向球铰支座

技术领域

本发明涉及一种建筑用支座，特别涉及一种带防松脱限位结构的万向球铰支座，其适用于具有大悬臂结构的建筑结构体系中，用于网架与柱墩的连接。

背景技术

在建筑结构中，具有大悬臂或大跨度结构且带悬伸的多个支承支座的网架，因其承受温度荷载、风载或地震荷载的变形需要，需要网架的支承支座能在两个方向上作微量转动而不产生线位移和弯距，一般采用球铰压力支座的连接节点形式，如图1所示的常用球铰压力支座，它由底座、顶座、球铰结构、螺栓和支座上用于分别与网架或者悬臂桅杆连接及与柱墩连接的连接结构组成，其中，球铰结构是：设置在底座上的凸形实心半球30与设置在顶座上的臼式半凹球31相配合，为防止因地震或其它水平力的影响使球铰结构松脱，即凸形实心半球30从臼式半凹球中31脱离，支座四周用锚栓32将底座和顶座连接固定，而且还在锚栓32的上部增设压力弹簧33，以使支座仍能通过球铰结构的配合自由转动而不受锚栓的拉力影响。

但是，现有的球铰压力支座的结构还存在以下缺点：

1、该支座的抗拉、抗剪能力不强，在较强的拉力、剪力的作用下，球铰结构易于松脱，即凸形实心半球易于从臼式半凹球中脱离，因此其承载性能不高、可靠性差；

2、支座不能滑动，无法释放温度应力，因此建筑构件易遭到损坏，从而缩短支座的使用寿命；

3、支座只具有单个球铰结构，因而在整个建筑体系中所考虑的设计因素比较分散，导致一体化整体设计性不强，因此不利于建筑结构的整体性设计和施工。

4、有的支座节点具有下凹面，容易产生积灰、积水等问题，以致影响支座的转动性能，缩短支座的使用寿命。

发明内容

本发明的第一个目的在于提供一种可提高承载力、增强节点可靠性且能够延长支座使用寿命的带防松脱限位结构的万向球铰支座。

本发明的第二个目的在于提供一种在第一目的的基础上具有可滑动以释放温度应力的带防松脱限位结构的万向双铰支座。

本发明的第一个目的是通过以下的技术措施来实现的：一种带防松脱限位结构的万向球铰支座，包括具有凹球面的主顶座和具有凸球面的主底座构成的主球铰结构件，以及支座上用于分别与网架或者悬臂桅杆连接及与柱墩连接的连接结构，其特征在于所述主底座由底座体、至少三个加劲板和钢球组成，其中，所述钢球是位于底座体中的凸球构件，加劲板以钢球的垂直中轴线为中心线径向直立分布在底座体中，每个加劲板均有一个竖向边缘靠近所述的钢球中轴线，同时，以钢球球心为圆心在加劲板靠近所述中轴线部分的上部板上开有用于承托钢球的圆缺凹位，数个加劲板的圆缺凹位共同作用将钢球固定承托在其中；在所述主顶座的下部周边对应于主底座上每相邻的两个加劲板之间的空间设置一凸爪，以便使主顶座与主底座配合时所述凸爪伸入加劲板之间空间，将钢球包裹在数个凸爪围括的空间内，形成球铰的限位结构。

本发明所述的限位结构可起到防止松脱、限制顶座绕轴线转动并承受抗拔力的作用，具有良好的承载性能，它在起抗拔作用的同时球铰部分能够微量转动，钢球与凹球形顶座之间为钢与钢点接触，整个微量转动的过程实际上是滚动，因此转动时约束力较小，由于加劲板对钢棒和钢球相连接部位的受力薄弱处进行了加强，支座的抗压承载力也随之增强；另外，本发明的整个节点无下凹面，避免了积灰、积水问题，因此支座在使用过程中其转动性能不会受到影响，延长了支座的使用寿命；本发明的支座节点外形小巧美观，具有很好的建筑效果，不会破坏建筑整体设计美感。

作为本发明的一种改进，所述凸爪的下部内表面具有与钢球的下部球面相配合的凹球面，用于勾住嵌合于所述主顶座的凹球面内的钢球，每个凸爪的两侧边分别与主顶座、主底座上的相邻两个加劲板的外侧边缘固定连接，主顶座的下部整体形成一倒置的锥台形。

作为本发明的改进，在所述主底座的底座体中轴线处增设一钢棒，用于支撑钢球，以提高支座的竖向承载力。

作为本发明的一种改进，在所述主球铰结构件的下方增设一个下球铰结构件，所述下球铰结构件包括下底座及下顶座，所述下底座用于与柱墩连接，所述下顶座与前述球铰结构件中的主底座的底座体连接，所述下底座的上表面中部具有一凸球面，凸球面的周边设有数个抗剪限位板，该数个抗剪限位板将凸球面围括于其中；所述下顶座的下部具有一凸块，所述凸块的下表面具有与所述下底座的凸球面相适配的凹球面，所述凸块位于所述抗剪限位板的合围空间之中。

本发明所述的下底座及下顶座相配合可承受较大的压力和剪力，承载力较好，两者之间的球铰结构为钢与钢点接触，球铰在微量转动的过程为滚动，转动的约束力很小，抗剪及抗压承载力高。

作为本发明的一种实施方式，所述抗剪限位板由下部的底板与上部的弯折板组成，所述底板设置在下底座上，所述弯折板朝向下底座中部的凸球面弯曲，该弯曲端与底板之间形成钩槽，所述凸块的凹球面的边沿位于所述钩槽内。

本发明所述的主球铰结构件，在作为单球铰式的万向球铰支座的情况下，所述用于与网架或者悬臂桅杆连接的连接结构位于主顶座上，所述用于与柱墩连接的连接结构位于主底座的底座体上。

本发明所述的主球铰结构件在增设下球铰结构件即双球铰结构的情况下，所述主底座的底座体与下球铰结构件的下顶座连接，所述用于与悬臂桅杆连接的连接结构位于主顶座上，所述用于与网架连接的连接结构位于主底座的底座体与下顶座的结合体上，所述用于与柱墩连接的连接结构则位于下底座上，其中，主底座的底座体与下顶座的结合体主要由筒形底座体、钢棒、加劲肋组成，所述加劲肋是所述底座体上的加劲板向下在底座体内的延伸结构，所述加劲肋的内侧边缘与位于底座体中轴线部位的钢棒外壁连接为一体，加劲肋的外侧边缘则与所述底座体的内壁连接为一体，参见图11、12。

所述与网架连接的连接结构包括横隔板和贯通横隔板，所述横隔板和贯通横隔板为设置在所述底座体外壁的环形结构，所述横隔板的设置位置与网格梁体的上翼缘部位相对应；所述贯通横隔板为板面上开有穿孔的板件，所述贯通横隔板贯穿底座体的下部，贯通横隔板的设置位置与网格梁体的下翼缘部位相对应，即网格梁体与支座的连接位置位于横隔板与贯通横隔板之间的底座体上，所述贯通横隔板上的穿孔形状与加劲肋和钢棒的连接体的横截面的外形轮廓相适应，所述加劲肋和钢棒的下端从所述穿孔中伸出，该伸出端连接在所述下顶座上，而贯通横隔板则固定在加劲肋和底座体壁上。

本发明的底座体可承受竖向和侧向的多种压力，网格梁体上、下翼缘部位的多向拉力和压力均可通过贯通横隔板直接承受和传递，不存在二次传力，承载力较强。

本发明为了进一步提高贯通横隔板的承载力和抗弯性能，在所述贯通横隔板与所述下顶座之间设有与数个直立连接板，每个连接板固定在相邻的两个加劲肋之间，，即所述连接板两侧边分别与两相邻的加劲肋的外侧边缘固定连接，所述连接板的上、下两端分别与所述贯通横隔板、下顶座连接。

本发明的第二个目的是在以上的技术措施的基础上做进一步的改进来实现的：所述下顶座增设有滑动机构，使所述主底座的底座体与下顶座的连接是通过底座体与所述滑动机构连接。

本发明的滑动机构能够释放支座内部的温度应力，保护建筑构件不受损坏，延长支座的使用寿命。

作为本发明的一种实施方式，所述滑动机构包括滑动顶盖、钢片及滑动片，所述下顶座的顶面和侧面均装设滑动片，所述滑动顶盖位于下顶座的顶部上，所述滑动顶盖由一顶板及设于顶板边缘竖直向下的抗剪板构成，所述钢片设于所述顶板的下表面及抗剪板的内侧面上，所述底座体的下端位于所述顶板的上表面上，所述顶板下表面的钢片与下顶座顶部的滑动片滑动接触，所述抗剪板内侧面的钢片与下顶座侧面的滑动片之间具有位移间隙。

本发明的位移间隙可做适当的调整，即位移间隙近于零时，使得该下球铰支座成为固定铰支座。

作为本发明的一种改进，所述横隔板所在的平面、所述贯通横隔板所在的平面均与筒体的横截面成一夹角。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)本发明的限位结构限制凹球形顶座绕轴线转动，但可绕钢球自由转动，承受压力、剪力及拉力性能增强；且抗拔时还可以转动，大大满足了温度荷载、风载或地震荷载的变形需要；

(2)本发明的双铰支座结构的上部球铰支座构件抗压承载力较高，还可承受较强的拉力和上拔力；下部球铰支座构件的抗剪承载力较强，抗压承载力高，远远超过现有技术中的球铰压力支座承载能力；

(3)本发明所述滑动机构可以实现支座的单向滑动，用于支座内部的释放温度应力，从而可延长支座的使用寿命；

(4)本发明所述的双球铰结构中球铰配合面之间均为钢与钢点的滚动接触，转动约束力矩很小，有利于支座的灵活微量转动；

(5)本发明的底座体可承受竖向和侧向压力，网格梁体上、下翼缘处的多向拉力和多向压力均通过贯通横隔板直接承受和传递，不存在二次传力，大大增强了节点的可靠性，承载力也能够增强；

(6)本发明采用上、下部均设置球铰支座构件的双铰支座结构，一体化整体设计性较强，有利于建筑结构的整体性设计和施工；

(7)本发明的球铰支座构件节点无下凹面，完全避免了积灰、积水，延长了支座的使用寿命，而且由于前述优点，在相同承载力的情况下，本发明支座节点的体积可以做得比现有技术小很多，因而本发明还具有外形小巧美观的特点，建筑的外观效果较好。

附图说明

以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。

图1是现有的球铰压力支座结构示意图；

图2是本发明的结构示意图；

图3是本发明的结构***示意图；

图4是图3的A局部放大示意图；

图5是主顶座的结构放大示意图；

图6是主球铰结构件的结构剖视图；

图7下球铰结构件的剖视示意图；

图8是图7的B局部放大示意图；

图9是下底座的立体结构示意图；

图10是底座体与下顶座的结合体的装配示意图；

图11是沿图10的a-a线剖视示意图；

图12是沿图10的b-b线剖视示意图；

图13是本发明双球铰的整体结构剖视示意图。

具体实施方式

如图2～6所示，本发明一种带防松脱限位结构的万向球铰支座，包括具有凹球面的主顶座1和具有凸球面的主底座2构成的主球铰结构件，主底座2以及支座上用于分别与网架或者悬臂桅杆3连接及与柱墩4连接的连接结构，主底座2由底座体21、四个加劲板22和钢球24组成，在主底座2的底座体21中轴线处增设一用于支撑钢球24的钢棒23，其中加劲板22、钢棒23、钢球24与底座体21为一体浇铸制成，钢球24接近完整球形，其是主底座2中的凸球构件，加劲板22以钢球24的垂直中轴线为中心线径向直立分布在底座体21中，且每个加劲板22均有一个竖向边缘靠近钢球24中轴线，以钢球24球心为圆心在加劲板22靠近中轴线部分的上部板上开有用于承托钢球24的圆缺凹位，加劲板22的圆缺凹位与钢棒23共同作用将钢球24承托在其中，主顶座1的下部周边对应于主底座2上每相邻的两个加劲板22之间的空间设置一凸爪11，使主顶座1与主底座2配合时凸爪11伸入加劲板22之间空间，凸爪11的下部内表面具有与钢球24的下部球面相配合的凹球面，用于勾住嵌合于主顶座的1凹球面内的钢球24，每个凸爪11的两侧边分别与主顶座1、主底座2上的相邻两个加劲板22的外侧边缘焊接连接，凸爪11将钢球24包裹在四个凸爪11围括的空间内，形成球铰的限位结构，顶座1的下部整体形成一倒置的锥台形。

如图7、图8及图9所示，主球铰结构件的下方增设一个下球铰结构件，下球铰结构件包括下底座5及下顶座6，下底座5用于与柱墩4连接，下顶座6与前述球铰结构件中的主底座2的底座体21连接，下底座5的上表面中部具有一凸球面，凸球面的周边设有4个抗剪限位板52，该抗剪限位板52将凸球面围括于其中；下顶座6的下部具有一凸块61，凸块61的下表面具有与凸球面相适配的凹球面，凸块61位于抗剪限位板52的合围空间之中，抗剪限位板52由下部的底板53与上部的弯折板54组成，底板53设置在下底座5上，弯折板54朝向下底座5中部的凸球面弯曲，该弯曲端与底板53之间形成钩槽，凸块61的凹球面的边沿位于钩槽内。下顶座6增设有滑动机构，使主底座2的底座体21与下顶座6的连接是通过底座体21与滑动机构连接，在本实施例中，滑动机构包括滑动顶盖7、钢片9及滑动片8，下顶座6的顶面和侧面均装设滑动片8，滑动片8采用聚四氟乙烯，滑动顶盖7位于下顶座6的顶部上，滑动顶盖7由一顶板71及设于顶板71边缘竖直向下的抗剪板72构成，钢片9设于顶板71的下表面及抗剪板72的内侧面上，钢片9为不锈钢板，底座体21的下端位于顶板71的上表面上，顶板71下表面的钢片9与下顶座6顶部的滑动片8滑动接触，抗剪板72内侧面的钢片9与下顶座6侧面的滑动片8之间具有位移间隙。该位移间隙可做适当的调整，即位移间隙近于零时，使得该下球铰支座成为固定铰支座。下底座5通过数个锚栓46与柱墩4固定连接。

如图10～图13所示，本发明的主球铰结构件在增设下球铰结构件即双球铰结构的情况下，主底座2的底座体21与下球铰结构件的下顶座6连接，用于与悬臂桅杆3连接的连接结构位于主顶座1上，用于与网架连接的连接结构位于主底座2的底座体21与下顶座6的结合体上，用于与柱墩4连接的连接结构则位于下底座5上，其中，主底座2的底座体21与下顶座6的结合体主要由筒形底座体25、钢棒23、加劲肋26组成，加劲肋26是底座体21上的加劲板22向下在底座体21内的延伸结构，加劲肋26的内侧边缘与位于底座体25中轴线部位的钢棒23外壁连接为一体，构成加劲肋26的十字型结构，加劲肋26的外侧边缘则与底座体25的内壁连接为一体，加劲肋26、钢棒23、底座体21及筒形底座体25为一体浇铸制成。

与网架连接的连接结构包括横隔板27和贯通横隔板28，横隔板27和贯通横隔板28为设置在底座体25外壁的环形结构，横隔板27与底座体25一体浇铸制成，横隔板27的设置位置与网格梁体的上翼缘部位相对应；贯通横隔板28为板面上开有穿孔29的板件，贯通横隔板28采用热轧钢材料，贯通横隔板28贯穿底座体25的下部，贯通横隔板28的设置位置与网格梁体的下翼缘部位相对应，即网格梁体与支座的连接位置位于横隔板27与贯通横隔板28之间的底座体25上，贯通横隔板28上的穿孔29形状为十字型，其与加劲肋26和钢棒23的连接体的横截面的外形轮廓相适应，加劲肋26和钢棒23的下端从穿孔29中伸出，该伸出端连接在下顶座6上，而贯通横隔板28则固定在加劲肋26和底座体25壁上。

在贯通横隔板28与下顶座6之间设有四个直立连接板10，每个连接板10固定在相邻的两个加劲肋26之间，即连接板10两侧边分别与两相邻的加劲肋26的外侧边缘固定连接，增强抗弯性能，在实际操作工艺中，固定连接采用焊接方法，与加劲肋26连接为一体后，连接板10成为一筒体，连接板10的上、下两端分别与贯通横隔板28、下顶座6连接。横隔板27所在的平面、贯通横隔板28所在的平面均与底座体25的横截面成一夹角，网格梁体包括径向主梁91、斜撑92及环向连系梁93(参见图3)，分别与底座体25、横隔板27及贯通横隔板28焊接在一起，以承受竖向和侧向的多种压力，网格梁体上、下翼缘部位的多向拉力和压力均可通过贯通横隔板28直接承受和传递，不存在二次传力，承载力较强。

本发明采用上、下部的双铰支座结构，球铰结构均为钢与钢点的滚动接触，转动约束力矩很小，在受拉和受压时既能满足承载力的要求，又可以保证微量的自由滑动和自由转动。

本发明的实施方式不限于此，根据本发明的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明的滑动机构还可以采用现有的滚轴、链杆等结构，因此所做出的其它多种形式的修改、替换或变更均落在本发明权利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种带防松脱限位结构的万向球铰支座，包括具有凹球面的主顶座和具有凸球面的主底座构成的主球铰结构件，以及支座上用于分别与网架或者悬臂桅杆连接及与柱墩连接的连接结构，其特征在于所述主底座由底座体、至少三个加劲板和钢球组成，其中，所述钢球是位于底座体中的凸球构件，加劲板以钢球的垂直中轴线为中心线径向直立分布在底座体中，每个加劲板均有一个竖向边缘靠近所述的钢球中轴线，同时，以钢球球心为圆心在加劲板靠近所述中轴线部分的上部板上开有用于承托钢球的圆缺凹位，数个加劲板的圆缺凹位共同作用将钢球固定承托在其中；在所述主顶座的下部周边对应于主底座上每相邻的两个加劲板之间的空间设置一凸爪，以便使主顶座与主底座配合时所述凸爪伸入加劲板之间空间，将钢球包裹在数个凸爪围括的空间内，形成球铰的限位结构。

2.根据权利要求1所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：所述凸爪的下部内表面具有与钢球的下部球面相配合的凹球面，用于勾住嵌合于所述主顶座的凹球面内的钢球，每个凸爪的两侧边分别与主顶座、主底座上的相邻两个加劲板的外侧边缘固定连接，主顶座的下部整体形成一倒置的锥台形。

3.根据权利要求2所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：在所述主底座的底座体中轴线处增设一用于支撑钢球的钢棒。

4.根据权利要求3所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：在所述主球铰结构件的下方增设一个下球铰结构件，所述下球铰结构件包括下底座及下顶座，所述下底座用于与柱墩连接，所述下顶座与所述主球铰结构件中的主底座的底座体连接，所述下底座的上表面中部具有一凸球面，凸球面的周边设有数个抗剪限位板，该数个抗剪限位板将凸球面围括于其中；所述下顶座的下部具有一凸块，所述凸块的下表面具有与所述下底座的凸球面相适配的凹球面，所述凸块位于所述抗剪限位板的合围空间之中。

5.根据权利要求4所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：所述抗剪限位板由下部的底板与上部的弯折板组成，所述底板设置在下底座上，所述弯折板朝向下底座中部的凸球面弯曲，形成所述弯折板的弯曲端，所述弯曲端与底板之间形成钩槽，所述凸块的凹球面的边沿位于所述钩槽内。

6.根据权利要求4所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：所述主底座的底座体与下球铰结构件的下顶座连接，所述用于与悬臂桅杆连接的连接结构位于主顶座上，所述用于与网架连接的连接结构位于主底座的底座体与下顶座的结合体上，所述用于与柱墩连接的连接结构则位于下底座上，其中，主底座的底座体与下顶座的结合体主要由筒形底座体、钢棒、加劲肋组成，所述加劲肋是所述底座体上的加劲板向下在底座体内的延伸结构，所述加劲肋的内侧边缘与位于底座体中轴线部位的钢棒外壁连接为一体，加劲肋的外侧边缘则与所述底座体的内壁连接为一体，所述筒形底座体是主底座的底座体向下的延伸结构，所述钢棒是位于底座体上中轴线部位的钢棒在沿筒形底座体内的延伸结构。

7.根据权利要求6所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：所述与网架连接的连接结构包括横隔板和贯通横隔板，所述横隔板和贯通横隔板为设置在所述底座体外壁的环形结构，所述横隔板的设置位置与网格梁体的上翼缘部位相对应；所述贯通横隔板为板面上开有穿孔的板件，所述贯通横隔板贯穿底座体的下部，贯通横隔板的设置位置与网格梁体的下翼缘部位相对应，即网格梁体与支座的连接位置位于横隔板与贯通横隔板之间的底座体上，所述贯通横隔板上的穿孔形状与加劲肋和钢棒的连接体的横截面的外形轮廓相适应，所述加劲肋和钢棒的下端从所述穿孔中伸出，形成所述加劲肋和钢棒的伸出端，所述伸出端连接在所述下顶座上，而贯通横隔板则固定在加劲肋和底座体壁上。

8.根据权利要求7所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：在所述贯通横隔板与所述下顶座之间设有数个直立连接板，每个连接板固定在相邻的两个加劲肋之间，即所述连接板两侧边分别与两相邻的加劲肋的外侧边缘固定连接，所述连接板的上、下两端分别与所述贯通横隔板、下顶座连接。

9.根据权利要求8所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：所述下顶座增设有滑动机构，使所述主底座的底座体与下顶座的连接是通过底座体与所述滑动机构连接。

10.根据权利要求9所述的带防松脱限位结构的万向球铰支座，其特征在于：所述滑动机构包括滑动顶盖、钢片及滑动片，所述下顶座的顶面和侧面均装设滑动片，所述滑动顶盖位于下顶座的顶部上，所述滑动顶盖由一顶板及设于顶板边缘竖直向下的抗剪板构成，所述钢片设于所述顶板的下表面及抗剪板的内侧面上，所述底座体的下端位于所述顶板的上表面上，所述顶板下表面的钢片与下顶座顶部的滑动片滑动接触，所述抗剪板内侧面的钢片与下顶座侧面的滑动片之间具有位移间隙。

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