经过上一章的内容,我们基本了解到了结构简图的基本原则,以及对于杆件和连接的作图方法,本篇内容将继续展开关于“支座”的解释。
1、五花八门的支座现实生活中的支座可谓是五花八门:
上面图片的例子不过是冰山一角。支座作为将上部结构的力传向基础的中间介质,一方面承担着上部结构的荷载(包括自重,外荷载等),另一方面还限制着上部结构的变形。
因此在将支座简化到纸上的时候,我们肯定不可能画出支座的真实外形,所以就需要自然的忽略掉支座的形状、大小等外在特征,只抽象出利于结构分析的功能性特征放在纸上即可,回顾上面刚讲到的支座的两大作用(承重,限制变形),那么作为受力与协调变形功能存在的支座简图就这样被确定下来了。
(1)让我们先来认识第一类支座——铰支座何谓铰?文字描述不如亲眼来感受一下:
是不是现在有了初步的感觉了?这种只允许转动,不允许发生位移的结构类型,我们称之为“铰”。
铰支座自然就是含有铰的这一特性,同时可以承担上部荷载的结构部分,它的结构简图如下所示(其实支座的绘制也是基于上一篇文章中的左图原则绘制的):
上图又被称为固定铰支座,顾名思义,被固定住的铰支座(读者也可以利用三角形最稳定来方便记忆),承担上部荷载,被支承的部分允许转动而不能移动。其受力简图如下(此支座可提供一水平力与一竖向力):
(2)第二种支座——滚轴支座(又称为可动铰支座)这种支座与固定铰支座唯一不同的便是允许水平方向的移动,于是在力学简图上位了表达它具有水平移动这一特性,我们在下面画了一排形象的“轮子”:
所以很自然的我们也知道,这种支座只能提供竖向的力,而不能提供水平向的力(因为只有能提供这个方向的力,才具有限制这个方向移动的能力)。
但是实际绘制中,我们会认为这样的画法还是太麻烦了,于是这样的支座有时我们也画作下面的形式:
用一根链杆来表示,既能体现竖向支承的能力,还能反应其具有使上部结构允许水平移动的能力,此处用杆的转动来代替原支座水平向的移动(因为真实结构不会发生大的位移,微小位移可以用旋转来近似)。
如果此处内容读者理解有困难,你可以这样去理解,假想你拿了一根细长的竹竿深深的插在土里,竹竿随着风来回摆动,竹竿顶点在空中绕着竹竿根部在空中划出了一道圆弧,风越大,摆动的越明显,那么如果风很小,摆动的幅度小的肉眼几乎不可见,那么顶点划出的弧线也几乎可以看作是直线了,那么此时对于因为风而产生的水平方向移动的距离,就可以忽略高度方向位移对水平距离的影响,在微小变形的范畴里,就这样以曲代直了。
所以在建筑领域内支座作这样的简化也是符合一般原则的。
(3)第三种支座——固定支座(固定端支座)这种支座就比较霸道了,不仅不允许上部结构发生水平方向和竖直方向的位移,同时还不允许结构发生转动。
比如悬臂结构,如果我们单纯只对梁体进行力学分析(忽略墙体),那么就可以把墙体抽象成一个固定支座,由于它同时限制住了位移还限制了转动,因此这类支座除了可以提供水平力和竖向力以外,还可以提供一弯矩(限制转动):
(4)第四种支座——定向支座如果我们希望结构在固定支座功能的基础上允许发生某一方向的移动(比如水平向),那么支座该如何表达在纸上呢?比如下面这样:
不允许发生转动和竖直方向的位移,但是可以水平向的位移,力学简图我们表示如下:
读者可以理解为在可动铰支座的基础上多加了一根链杆,允许发生水平微小位移,但是不允许杆件转动。
2、支座的运用列举一个最简单但是又最经典的例子来对上面内容最一个更实际的描述——简支梁。
简支梁是结构中最常见的类型,这种在两个墩柱上放上一片梁或板的结构体系可以说被广泛的应用于房建与桥梁领域。
那么这样的结构体系中的梁我们如何简化到纸上作分析呢?还是不能被外形的复杂程度给搞懵,外形特征是要忽略的。对于一个梁体而言,既然它在结构里“安静得呆着”,那么必然是有其它构件对其产生了约束,承担了该梁体产生或者传递下来的荷载,这样的构件就可以用支座来进行代替。
于是新的问题就是,什么样的支座形式是合适的呢?如果梁体真的不会发生任何位移,两个固定铰支座自然很合适(因为梁是放在下部结构上,所以不是固定端支座),但事实上,在现实生活中,梁体会因为温度原因热胀冷缩,在水平向发生位移,所以我们不能采用两个固定铰支座将其水平向的位移完全“锁死”,于是,一个固定铰支座,一个可动铰支座的搭配就这样产生了:
在这样的简图下,既能表明支座对上部梁体结构的支承关系,还能表达出下部结构对上部梁体的限制作用,以及在温度等因素使梁体产生的自身变形下支座与梁体变形的协调关系。简支梁的简图也是最经典的力学简图之一。
物质所在,几何所在——约翰斯·开普勒
橡胶支座是用来支撑设备重量,并使设备固定在一定位置的支撑部件,并且还要承受操作时的振动与地震载荷,那么你对橡胶支座的分类了解有多少呢,下面四川省振控科技有限公司就带大家了解一下橡胶支座的分类吧!
一般说来,橡胶支座在建筑工程上使用广,其作用是承受操作振动和地震、台风等极端天气下的振动载荷,保证建筑稳定与安全。隔震橡胶支座具有易更换、易维护、结构简单等优势,那橡胶支座分类哪几类,他们的优势又是什么呢?
(1)板式橡胶支座
板式橡胶支座一般用在小型桥梁的使用中,结构简单易安装且成本低隔震效果好,是小型桥梁缓冲隔震的选择。板式橡胶支座下又分为普通橡胶支座、四氟板式支座两大类,还可根据不同应用场景选择矩形、圆形等形状设计。
普通橡胶支座:普通橡胶支座适用于跨度不超过30米且位移要求较小的桥梁,可将上部结构的反作用力传递回平台上,弹性足稳定性强,抗震效果良好。
四氟板式橡胶支座:在普通橡胶支座的表面涂上2-3mm的聚四氟乙烯,可在普通支座的基础上增加竖向的荷载,且能适用小部分梁端转动,可作为跨度大于30米,且要求有一定位移的桥梁中,例如大跨度桥梁、简支梁连续板桥、多跨度连续梁桥等项目中。
(2)盆式橡胶支座
盆式橡胶支座顾名思义是将橡胶密封于钢结构内,通过三维受力来产生相应的反作用力,且能由内置的橡胶块弹性支撑梁端转动,再通过不锈钢板与涂层进行小幅度滑动产生水平位移,从而保证桥梁的稳定与安全。
(3)球形橡胶支座
球形橡胶支座是盆式橡胶支座的改良版,是由上承板、下承板、球面板、聚四氟乙烯滑板(F4,球面聚四氟乙烯板)和橡胶圈组成的特种盆式橡胶支座产品,摩擦系数较小,更容易产生位移和滑动,所以防震和保持稳定效果也增强了。
球形橡胶支座已普遍应用在单柱支承连续弯板结构、单柱支承连续曲线箱梁结构、双柱支承连续T梁结构和大跨度斜拉桥中。
橡胶支座的优势
(1)构造简单
橡胶支座的结构较为简单,不仅便于生产,在安装时也没有复杂的操作步骤,维护起来也很简单。
(2)结实耐用
橡胶支座不易腐蚀,且弹性适中可以很好的传递各方的力,所以能应用在不同的建筑上。
(3)成本低
橡胶支座原材料易合成,所以成本较低,再加上型号种类繁多还结实耐用,已成为建筑材料界不可或缺的一份子。
四川省振控科技有限公司是以隔减震(振)技术及产品研发、销售及技术咨询为核心业务的高科技企业,在工业与民用建筑物、构筑物、桥梁等工程结构隔减震(振)的设计咨询及加固改造方面具有丰富的经验。欢迎大家来电咨询。