陳明華 魏林生 劉 玲 李志朝 郭美景

(鐵拓智能裝備有限公司，河北 衡水 053000)

支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)的重要部件，它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形(位移和轉(zhuǎn)角)可靠的傳遞給橋梁的下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)的受力情況與理論計(jì)算圖相符合[1]。作為用于橋梁、建筑、鋼結(jié)構(gòu)中的配件產(chǎn)品，其基本結(jié)構(gòu)為：上支座板、球冠襯板、下支座板、平面及球面滑板材料及不銹鋼板、防塵、錨栓組件、臨時(shí)連接裝置等。

1 支座的臨時(shí)連接裝置設(shè)計(jì)要求

支座的臨時(shí)連接裝置不是支座正常使用時(shí)的支座零部件的一部分，而是在出廠后安裝前這段時(shí)間內(nèi)，為了保證支座內(nèi)部各個(gè)零部件的相對(duì)固定而設(shè)置的一個(gè)工件，待支座安裝結(jié)束后再自行拆除，以便支座的轉(zhuǎn)角、位移等功能的實(shí)現(xiàn)。設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)圖紙時(shí)，有時(shí)會(huì)設(shè)計(jì)出這個(gè)工件，有的要求廠家根據(jù)實(shí)際情況自行設(shè)計(jì)。廠家自行設(shè)計(jì)時(shí)需考慮多方面的因素：1)需能有效的固定支座內(nèi)部構(gòu)件不發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)，保證在起吊搬運(yùn)、儲(chǔ)存、運(yùn)輸過程中支座各部件的相對(duì)固定；2)不能影響或降低支座本體的材質(zhì)性能、強(qiáng)度(如焊接時(shí)需對(duì)支座本體做防護(hù)，焊渣不能噴濺到支座本體上；不能傷及母材。如果是螺栓連接，打孔位置尺寸等不能降低支座本體的母材強(qiáng)度)；3)考慮安裝方便及安裝后的拆卸簡(jiǎn)單易施工。

根據(jù)支座的使用部位，支座和結(jié)構(gòu)有不同的連接方式，支座與橋梁、建筑、鋼構(gòu)的連接方式大體分為兩種：焊接連接和螺栓、螺桿、套筒、螺母、墊圈連接，后者居多。對(duì)于不同的連接方式，連接板的樣式及要求也不同。下面介紹兩種連接方式及利弊：如果支座和結(jié)構(gòu)是焊接連接，連接板也多為焊接。廠家大多是用長(zhǎng)方體板將上支座板和下支座板焊接來固定支座，工藝較為簡(jiǎn)單，只需保證焊接長(zhǎng)度、焊接尺寸和焊接質(zhì)量即可。在支座安裝完畢后，安裝方將長(zhǎng)方體板直接割開，就解除了連接裝置對(duì)支座內(nèi)部零件的約束，支座就可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)和位移了。缺點(diǎn)是：由于長(zhǎng)方體板是和支座本體焊接的，因此不會(huì)把長(zhǎng)方體板完全割去，即割口部位的外觀影響支座以致結(jié)構(gòu)的外觀。

如果支座和結(jié)構(gòu)是由工程上較為常用的螺栓、螺桿、套筒等連接的，那么連接板也多設(shè)置為螺栓連接，這也是相對(duì)來說比較正規(guī)的連接方式，因?yàn)槁菟ㄟB接有它獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)：方便拆卸，能更好的保證支座本體的完整及美觀。常用的螺栓連接裝置方式很多，有角鋼型、L形鋼、Z形鋼等并配相應(yīng)的連接螺栓及螺母、墊圈。由于支座安裝到墊石上，灌漿后漿料表面高出下支座板底面不大于5 mm[2]，即漿料可能會(huì)高出支座下支座板底面一定厚度，若連接螺栓在下支座板底板的側(cè)面的話，在拆除臨時(shí)連接裝置時(shí)會(huì)由于漿料而妨礙了連接螺栓的拆除。因此設(shè)置的連接裝置最好將連接螺栓設(shè)置在下支座板底板的上表面，同樣為了方便安裝拆卸，連接螺栓設(shè)置在上支座板的下表面(見圖1)，因此連接板就成了Z形鋼這種形式(見圖2)，為防止Z形鋼拉伸變形及增加強(qiáng)度，在Z形鋼側(cè)面焊接拉筋；同時(shí)考慮到擰螺栓的空間，僅在連接板的一側(cè)設(shè)置了拉筋。這種方式在支座本體的不影響支座使用的位置打螺紋孔，并且根據(jù)規(guī)格及重量的大小設(shè)計(jì)合適規(guī)格的螺栓尺寸，拆卸時(shí)，用扳手將螺栓擰下即可，滿足連接板設(shè)計(jì)需考慮的因素。

2 Z形鋼臨時(shí)連接裝置的工裝設(shè)計(jì)

Z形鋼一次彎折對(duì)工裝的強(qiáng)度及設(shè)計(jì)要求很高，一次把一個(gè)平的連接板同時(shí)折兩個(gè)彎，對(duì)連接板及工裝都有不同程度的損壞，影響彎折效果；對(duì)Z形鋼，折彎的位置正好相反，設(shè)計(jì)的工裝需要保證兩個(gè)折彎處的受力同時(shí)、均勻，因此需選擇好工裝向下壓的位置以平衡兩處折彎的受力。如圖3所示，折彎后的效果如此，但是壓的過程中對(duì)上模開始接觸連接板時(shí)，需要設(shè)置部件來固定連接板不跑偏，同時(shí)在向下壓的過程中連接板也不能夠脫開下模的三個(gè)方向的限制范圍，設(shè)計(jì)工裝有較大難度。

如果兩次彎折的話就很方便易行。現(xiàn)介紹一種長(zhǎng)方體鋼板彎折兩次而成的Z形鋼，為防止Z形鋼Z形拉直，在Z形鋼外側(cè)貼焊筋板。圖4為彎折Z形鋼的工裝。圖4中，工裝的上、下模分別通過焊接連接板、擰入連接螺栓固定在試驗(yàn)機(jī)上。上模下部為尖狀，通過螺栓擠壓在上模板上，用于沖壓連接板，連接板由平板狀經(jīng)過硫化機(jī)上模板進(jìn)而工裝上模板彎折到工裝下模板的凹槽內(nèi)，呈L形狀。彎折的位置通過工裝下模板左側(cè)的擋板調(diào)節(jié)，擋板上部為帶長(zhǎng)形豁口的孔，可以左右移動(dòng)使得連接板彎折尺寸可調(diào)。工裝下模板為敞口的U形，為了給沖壓下來的連接板以釋放空間，緩沖沖壓力不能釋放導(dǎo)致對(duì)設(shè)備及板的傷害。一次壓成L形，再次壓連接板的另一端，使其成為Z形。工裝上、下模板尺寸可調(diào)、可一次壓4個(gè)～6個(gè)連接板，提高效率；擋板位置及尺寸可調(diào)，適應(yīng)不同的彎折長(zhǎng)度；上模板下降的高度可調(diào)，適應(yīng)不同的彎折角度。面對(duì)眾多根據(jù)支座的規(guī)格及尺寸而設(shè)置的連接板，此工裝較好的實(shí)現(xiàn)了連接板成型。同時(shí)方便利用現(xiàn)有的設(shè)備硫化機(jī)，對(duì)于不同噸位、上下模板的尺寸不同，可以設(shè)置更多種類尺寸的連接板。

需指出的是，工裝的材質(zhì)需為強(qiáng)于連接板材質(zhì)的硬質(zhì)合金鋼或其他代替品，以保證在將工裝定型的過程中不損壞。

3 一種特殊安裝方式

結(jié)構(gòu)中支座形式多種多樣，安裝環(huán)境千差萬別，因此需要將支座合理無誤的安裝就位，才能起到傳遞上部結(jié)構(gòu)反力、變形及轉(zhuǎn)角等給下部結(jié)構(gòu)的作用?，F(xiàn)工程上一種鋼球支座，它的工程需要實(shí)現(xiàn)的轉(zhuǎn)角較大，并且和上部為法蘭連接，和下部螺栓套筒連接。支座在豎直方向和結(jié)構(gòu)有傾角α，加工的產(chǎn)品要適應(yīng)結(jié)構(gòu)的傾角，同時(shí)，支座下部的螺栓連接孔也是有角度β的，這兩種角度分別在兩個(gè)平面內(nèi)。如圖5所示。因此在支座的下部零件打孔時(shí)需格外注意，將支座調(diào)整好安裝角度后保證α，然后在下部的連接孔旋轉(zhuǎn)角度β，這樣支座才能正確的安裝就位。因?yàn)橹ё南虏拷Y(jié)構(gòu)預(yù)留孔的傾角β已經(jīng)打好，因此需配合下部結(jié)構(gòu)的安裝要求。和上部結(jié)構(gòu)的傾角α保證和上部結(jié)構(gòu)的安裝要求。車間加工時(shí)，設(shè)計(jì)一種專門用于指示的指針工裝，如圖6所示。豎直固定在支座上，通過旋轉(zhuǎn)頂部用鉚釘固定在圓鋼上的指針到指定的角度，來確定下支座板的一個(gè)孔的方向，進(jìn)而依據(jù)圖紙圓周均布打孔。打孔之后，需用臨時(shí)連接裝置固定好，以免支座內(nèi)部零件發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。臨時(shí)連接裝置為自行設(shè)置，保證各方向的位置相對(duì)固定，如圖7所示。

4 支座連接板設(shè)計(jì)

支座和結(jié)構(gòu)的連接孔也需要設(shè)計(jì)而定，如GB 20688.3中就提到了一種連接螺栓的設(shè)計(jì)計(jì)算方法[3]，同時(shí)連帶通過連接螺栓的力來校核連接板的強(qiáng)度。列出的是矩形的8個(gè)螺栓，四角上各1個(gè)，然后在連接板的中線部位四角螺栓中間各布置一個(gè)排列。根據(jù)每個(gè)抗拉部位螺栓距離中性軸的遠(yuǎn)近來承受拉力，用以和壓力產(chǎn)生的力矩平衡。然而有時(shí)根據(jù)受力的需要及安裝空間的限制等因素的影響，螺栓排列復(fù)雜一些，如圖8～圖10所示，現(xiàn)就這種情況的計(jì)算圖和大家探討，供參考。

其中，M為螺栓拉力產(chǎn)生的彎矩，N·mm；T為螺栓拉力；c為拉力力臂，mm；tf為連接板厚度，mm；L為連接板受彎部分的有效寬度，mm。

對(duì)于橡膠支座本體為圓形的情況，如圖8所示，由兩個(gè)螺栓孔外沿分別向支座本體引切線，得到A′，B′和C′，D′四個(gè)點(diǎn)，因此L=A′B′=C′D′。由于螺栓孔是對(duì)稱的，因此只需計(jì)算一個(gè)即可，力臂c為螺栓孔至支座本體的法線距離。然而支座在結(jié)構(gòu)中兩個(gè)螺栓孔是同時(shí)受力的，及連接板也同時(shí)受到兩個(gè)螺栓的拉力產(chǎn)生的彎矩，因此為保守起見，將L′選取為四個(gè)切點(diǎn)中距離最近的兩點(diǎn)B′，C′，那么可計(jì)算得到連接板的彎曲應(yīng)力，同樣可計(jì)算剪應(yīng)力，進(jìn)而折算應(yīng)力小于設(shè)計(jì)值，確定連接板的厚度。需要指出的是，因?yàn)榱κ亲饔糜诼菟ㄖ行模虼苏J(rèn)為從螺栓中心向支座本體引切線更為合適，得到A，B和C，D四個(gè)點(diǎn)，按照上述描述，很明顯L′>L。對(duì)于圖8中三個(gè)螺栓的情況，最端部的螺栓可以直接按照規(guī)范附錄G[4]校核，這個(gè)螺栓分擔(dān)的拉力較大，力臂也大，但是向支座本體引的切線，切點(diǎn)距離要小，取L=2c+d(d為螺栓孔距)。故需結(jié)合三個(gè)螺栓計(jì)算得到的板厚，取最厚值。

對(duì)于橡膠支座本體為方形的情況如圖9所示，由支座本體角處向螺栓引切線；對(duì)于支座本體較小的情況如圖10所示，可以將兩個(gè)螺栓的力疊加為合力，合力作用點(diǎn)在兩個(gè)螺栓的中間，這樣的話直接采用規(guī)范的算法也可以得到連接板厚度。

5 結(jié)語

連接裝置雖然是支座的配件，不是支座實(shí)現(xiàn)功能的必要構(gòu)件，但是在支座運(yùn)輸、安裝過程中卻是必不可少的，它的牢固、合理與否直接影響到支座性能的實(shí)現(xiàn)，因此設(shè)計(jì)方面需根據(jù)不同的支座形式，合理設(shè)計(jì)臨時(shí)連接裝置，以滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及安裝、拆卸方便等的各方面的需求。