CN105155429A - 一种转体施工用球铰及其加工和安装方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种转体施工用球铰，包括球铰上部、球铰下部以及中心转轴；所述球铰采用钢-活性粉末混凝土组合结构形式；所述球铰下部的下方固定连接于旋转部位下方的建筑基础，上表面为凹球面；所述球铰上部的下表面为凸球面，所述凸球面的形状与所述球铰下部的凹球面的形状相适配；所述球铰上部通过其凸球面设置在所述球铰下部的上方；所述球铰上部的上方固定连接于需要进行转体施工的构件；其中，所述球铰上部和球铰下部的中心具有圆形通孔，通孔中设置中心转轴。本发明还提供一种所述球铰的加工和安装方法。

Description

一种转体施工用球铰及其加工和安装方法

技术领域

本发明涉及一种球铰，尤其涉及一种应用于桥梁结构转体施工专用的钢-活性粉末混凝土球铰。

背景技术

桥梁转体技术最早开始应用于拱桥的施工，由于转体施工可以避免对桥下交通的干扰和影响，该工艺很快就推广应用于铁路立交桥和公路立交桥的施工中。近年来，采用平面转体施工方法的桥梁日益增多，特别是跨越运营铁路的立交桥，出于对铁路安全影响和运营干扰的考虑，铁路管理部门大多都提出了采用转体或顶推施工的要求。当桥梁跨越交通繁忙的道路时，采用转体施工可以避免封闭或者改移道路，或由于搭设防护棚架影响车辆的行驶速度和车流量，往往选择转体施工方案更为安全和经济。

球铰是桥梁转体时采用的特殊装置，是转体结构的支撑体系和转动体系的合体。桥梁转体经历了由混凝土球铰-钢球铰的发展过程，由于钢球铰采用数控机床加工球铰曲面，加工精度高，其承载能力及转动摩擦阻力都优于混凝土球铰，而得到较多的工程应用。但现有的钢球铰结构为两个上下放置的弧形配合的钢制球面，配以加固的结构，需要通过现场施工将钢球铰的上下部通过混凝土与转体构件和转体基础浇筑在一起。浇筑前的准备和浇筑后的养护都要耗费大量时间，且严重受制于现场的天气、场地等施工条件。在现场安装过程中为了增大球铰的承载力，会在球铰支撑座中安装钢筋或者其他加固部件，然后浇筑混凝土，增大了现场施工的难度，现场绑扎钢筋以及浇筑混凝土的方式受到现场条件的限制，使得工程质量不易保证。通常，现场浇筑的钢混结构的强度要大大低于预制钢混部件的强度。由于受到球铰下方混凝土承载力以及滑块承载力的限制，普通钢球铰通常尺寸较大，而尺寸越大其球面的加工精度越难保证，这就造成了球铰加工过程复杂，技术含量高，对生产厂家的设备能力和综合技术能力提出了很高的要求。同时也增大了运输和现场安装的难度。以上问题都制约和影响了转体技术在桥梁设计施工中的进一步推广和应用。

另一方面，普通球铰的下球铰的球面上需要安装圆形非金属的滑板，通常滑板呈零散的形状镶嵌在球面上，这种镶嵌的固定滑板方式并不可靠。且滑块与滑块之间具有较大的间隙，使得滑板与上球铰之间接触面积较小，摩擦力大，使球铰转动的可靠性降低。同时，为填补滑板间的空隙需要使用更多的润滑脂，且球铰的承载力受滑板承载力的影响很大。

发明内容

为了克服以上缺陷，本发明提供了一种转体施工用球铰，包括球铰上部、球铰下部以及中心转轴；所述球铰下部的下方固定连接于旋转部位下方的建筑基础，上表面为凹球面；所述球铰上部的下表面为凸球面，所述凸球面的形状与所述球铰下部的凹球面的形状相适配；所述球铰上部通过其凸球面设置在所述球铰上部上；所述球铰上部的上方固定连接于需要进行转体施工的构件；其中，所述球铰上部和球铰下部的中心具有圆形通孔，通孔中设置中心转轴。

优选地，所述球铰下部包括下座板和球铰下盘，所述下座板的下方固定连接于旋转部位下方的建筑基础，上方固定连接所述球铰下盘，所述球铰下盘为上表面为凹球面的圆柱体；所述球铰上部包括球铰上盘和上座板，所述球铰上盘为下表面为凸球面的圆柱体，所述球铰上盘的凸球面的形状与所述球铰下盘的凹球面的形状相适配，所述球铰上盘的上方固定连接所述上座板，所述上座板的上方固定连接于需要进行转体施工的构件；其中，所述球铰的上座板、下座板、球铰上盘和球铰下盘的中心具有圆形通孔，通孔中设置中心转轴。

优选地，所述球铰上盘、球铰下盘、上座板和下座板由钢壳内填充混凝土制成。

优选地，所述混凝土为活性粉末混凝土。

优选地，所述球铰上盘和球铰下盘之间设置有摩擦副，用于减少球铰上盘与球铰下盘之间的摩擦力。

优选地，所述摩擦副由设置在球铰下盘的凹球面上的多个形状为正六边形的滑板组成。

优选地，所述多个滑板中相邻的滑板互相接触，排列成蜂窝状结构。

优选地，所述多个滑板构成的所述蜂窝状结构铺满所述球铰下盘的凹球面。

优选地，所述摩擦副还包括设置在球铰上盘的凸球面上的不锈钢板。

优选地，所述滑板由分子量大于600万的超高分子量聚乙烯制成。

优选地，所述钢壳内部设置有肋板与钢筋组成的加强结构。

优选地，所述肋板与所述钢壳固定连接，所述钢筋从肋板上的开孔中穿过。

优选地，所述下座板上设置若干振捣排气孔。

优选地，所述球铰上盘与上座板之间、球铰下盘与下座板之间采用焊接方式固定。

本发明还提供一种所述的转体施工用球铰的加工方法，包括：转轴制作步骤：用钢材制作中心转轴，其中填充活性粉末混凝土；钢壳制作步骤：用钢材制作球铰上部和球铰下部的外壳；浇筑混凝土步骤：将活性粉末混凝土浇筑于制作的钢壳中振捣密实，进行蒸汽养护。混凝土达到强度后，采用数控立车加工球铰上下盘的球面，使球面度误差不得大于0.5mm；采用龙门铣对球铰上下盘和上下座板的结合面进行机加工，加工的平面误差不得大于0.5mm。

优选地，还包括滑板制作和安装步骤，制作滑板并将其安装到球铰下部的凹球面上。

本发明还提供一种所述的转体施工用球铰的安装方法，包括：球铰下部安装步骤，将球铰下部固定连接在旋转部位下方的建筑基础上；球铰组装步骤，将球铰上部安装到所述球铰上部上，插入中心转轴；旋转构件安装步骤，将需要进行转体施工的构件与球铰上部固定连接。

优选地，所述球铰下部安装步骤，将球铰下部的下座板采用角钢支架支撑，调整下座板的水平度使其顶面标高与待浇筑的基础建筑顶面齐平，并加以固定，然后浇筑基础混凝土；所述球铰组装步骤，依次吊装球铰下盘、球铰上盘和上座板，并校准下座板、球铰下盘、球铰上盘和上座板的中心在一条直线上，插入中心转轴，并在上座板顶面焊接堵头钢板，采用角焊接的形式焊接球铰上盘和上座板、球铰下盘和下座板。

本发明的钢-活性粉末混凝土球铰体积小，使球铰便于布置；并且相较于体积大的球铰来说体积小的球铰易于加工，且加工精度高；球铰上下盘的接触面积减小，转动摩擦力也减小；此外还降低了施工时所需的空间。采用上下座板可以将球铰的集中反力扩散后传至混凝土上下盘，应用于桥梁转体可以有效地减少下部结构的尺寸，达到降低工程投资的目的。钢-活性粉末混凝土球铰与普通钢球铰相比，具有用钢量小，刚度大、承载能力高、转动力矩小等诸多优点，活性粉末混凝土球铰可以大幅度地减小机加工的工序与加工难度，降低球铰的成本。采用钢-活性粉末混凝土球铰可以大幅度降低现场施工难度，钢-活性粉末混凝土下座板刚度大，调平支撑后，下盘普通混凝土的浇筑振捣作业较为方便，球铰的安装精度和质量易于得到保证，可有效地提高施工质量和施工安全。在工厂加工钢-活性粉末混凝土球铰时即可在钢壳内浇筑混凝土，减少了在施工现场的浇筑步骤，并且降低了钢壳在运输中的形变。本发明将原本分别加工的钢球铰和附近的浇筑混凝土结合在一个钢-活性粉末混凝土球铰中，以工厂生产代替了现场浇筑，避免了现场浇筑对混凝土强度的影响，即使使用同样的混凝土也能有效提高球铰的承载力。并且使得整个球铰部位成为一个预制件，便于控制球铰的整体工艺水平，也使施工中的操作更为简便，提高施工的效率。

附图说明

图1为本发明涉及的钢-活性粉末混凝土球铰的结构示意图；

图2为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的结构示意图；

图3为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰下盘结构示意图及其横切剖面图；

图4为发明实施方式所涉及的超高分子量聚乙烯滑板铺设示意图；

图5为发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰上盘结构示意图及其横切剖面图；

图6为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰上座板的结构示意图及其横切剖面图；

图7为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰下座板的结构示意图及其横切剖面图。

具体实施方式

下面根据附图所示实施方式阐述本发明。此次公开的实施方式可以认为在所有方面均为例示，不具限制性。本发明的范围不受以下实施方式的说明所限，仅由权利要求书的范围所示，而且包括与权利要求范围具有同样意思及权利要求范围内的所有变形。

活性粉末混凝土(ReactivePowderConcrete，简称RPC)由1mm粒径以下的胶凝基质（水泥和矿物细掺料）组成的，具体的，所述活性粉末混凝土的原材料包括水泥、细骨料、石英粉、硅灰、粉煤灰和高效减水剂等，具有超高强度、高耐久性与高韧性。

图1为本发明实施方式所涉及的钢-活性粉末混凝土球铰的结构示意图。如图1所示，钢-活性粉末混凝土球铰包括球铰上盘1、球铰下盘2、上座板3、下座板4、中心转轴5。球铰上盘1和上座板3组成球铰上部，球铰下盘2和下座板4组成球铰下部。所述的下座板4埋设于桥梁转体位置的混凝土基础面，球铰自下而上依次为：下座板4、球铰下盘2、球铰上盘1和上座板3，上座板3和待转动的桥梁结构底部使用混凝土浇筑为一体；球铰中心设置有中心转轴5。球铰下盘2和球铰上盘1之间设置有摩擦副。球铰的平面转动和少量的竖向转动均由球铰上下盘之间的球面摩擦副实现。摩擦副由设置在球铰下盘2上的多块超高分子量聚乙烯滑板拼接组成，还可以包括设置在球铰上盘1上的不锈钢板。此外，上述钢-活性粉末混凝土球铰还可以包括连接钢板6、堵头钢板7等，球铰上盘1与上座板3、球铰下盘2与下座板4之间采用连接钢板6焊接固定。

球铰下盘2为具有凹球面的圆柱体，凹球面及外侧面为钢板焊接形成的钢壳，且内部设置与钢壳内壁焊接的肋板，肋板上布置圆孔，穿过的环形钢筋，浇筑活性粉末混凝土，以保证活性粉末混凝土和钢板的整体性和有效传力。球铰上盘1为具有凸球面的圆柱体，能够与球铰下盘2的球面吻合，球铰上盘钢壳内焊接同上述的球铰下盘2内的肋板和钢筋，浇筑活性粉末混凝土。此外，在球铰下盘还可设置若干个振捣孔。球铰下盘2的球面铺满超高分子量聚乙烯滑板，铺设的超高分子量聚乙烯滑板采用正六边形，采用沉头螺钉固定在球铰面钢板上；球铰上盘2球面上还可以铺设镜面不锈钢板，与球面钢板焊接固定；所述的超高分子量聚乙烯滑板与镜面不锈钢板共同组成球铰的摩擦副。球铰上下座板为正方形，用于固定球铰上下盘，并通过座板将竖向力扩散至普通混凝土转体上下盘，座板由钢面板和侧板焊接形成钢壳，钢壳内也设有加劲板，钢壳内填充活性粉末混凝土。在球铰上下盘和球铰上下座板的中心位置处设置转轴套管，插入中心转轴5，中心转轴5采用热轧无缝钢管制成，钢管内填充活性粉末混凝土。

上述的钢板与活性粉末混凝土组成的球铰各部件均在工厂内加工完成。具体的，在进行球铰各部件加工时，将钢板切割下料，球面板采用旋弯机按照涉及的曲率半径（该曲率半径按照球面投影直径的2倍进行成型）压弯成型，按照设计图焊接各部件的钢壳和内部的加劲肋板，焊缝应连续饱满不得有虚焊和夹焊。通常球铰外部结构采用20～24mm厚度的钢板，其他部位的钢板均采用厚度为16mm的钢板。然后对构件进行热处理，以消除焊接残余应力。待球铰各部件的钢壳制造完成后，将按设计配置好的活性粉末混凝土拌合好后注入钢壳内振捣密实，然后静置12小时后，进入80度的蒸养室内养护48小时。同时采用数控立车加工球铰上下盘的球面，使球面度误差不得大于0.5mm；采用龙门铣对球铰上下盘和上下座板的结合面进行机加工，加工的平面误差不得大于0.5mm。当球铰各部件制作完成并检验合格后，运输到施工地点进行施工。

具体施工时，首先将下座板4采用角钢支架制成，使下座板顶面标高与待浇筑的基础顶面平齐，仔细调整下座板的水平度后加以固定，然后浇筑基础混凝土，利用下座板4的预留孔进行辅助振捣和排气，以保证下座板4下方普通混凝土的密实。然后依次吊装球铰下盘2、球铰上盘3和上座板1并进行位置校准；此外在球铰下盘2球面上的超高分子量聚乙烯滑板应保持表面清洁、固定牢固，并涂抹润滑硅脂。待球铰位置准确无误后，插入中心转轴5，焊接上座板3顶面的堵头钢板7，并通过焊接的形式形成连续封闭环，以防止混凝土浇筑时砂浆进入中心转轴套内。将球铰上盘1与上座板3、球铰下盘2与下座板4之间用角焊缝予以周边围焊，并采用连接钢板6加以焊接固定。之后，立模浇筑转体上盘混凝土，使上座板3可靠锚固于转体上盘1混凝土中。至此，钢-活性粉末混凝土球铰的现场调试安装完成，再按照常规的桥梁转体施工步骤及要求进行施工作业。

本发明所述的钢-活性粉末混凝土球铰应用于转体工程时，应根据上部结构的自重载荷合理选择钢-活性粉末混凝土球铰的参数，其承载力应与上部结构自重载荷相匹配。

实施例

下面以25000kN球铰为例具体说明钢-活性粉末混凝土球铰的结构和其施工方法。

图2为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的结构示意图。如图2所示，钢-RPC球铰由下到上依次为下座板4、球铰下盘2、球铰上盘1、上座板3；中心转轴5贯穿上述四个部分，并且在中心转轴两头安装堵头钢板7；连接钢板6分别连接下座板4和球铰下盘2、球铰上盘1和上座板3。其中，上座板3和下座板4高度分别为200mm，且上下座板为正方形，座板边长为1800mm（座板边长=球铰直径+2倍座板厚度）；球铰上盘1去掉球冠部分高度为339mm，球铰下盘2高度为453mm。

图3为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰下盘结构示意图及其横切剖面图。如图3所示，球铰下盘2外径与凹球面投影直径都为1400mm，所以该凹球面曲率半径为2800mm。球铰中心设置转轴套管N4，采用外经为219mm的热轧无缝钢管，该钢管的壁厚度为12mm，实际转轴的直径为195mm。球铰下盘2的钢壳为由弧形钢板N1、纵向钢板N3和转轴套管N4组成具有内孔的槽形钢壳，所述的钢板厚度为20～24mm。球铰钢壳内设置有如图3所示的八道加劲肋板N6，厚度为16mm；加劲肋板N6上按100mm左右的间距布置φ40的圆孔，在该圆孔内穿过φ16的钢筋，使钢筋围绕转轴一圈，从近转轴位置向去转轴位置总共设置四圈，上下设置两行，浇筑120级活性粉末混凝土，记为N5。在球铰下盘2的弧形钢板N1上还铺满超高分子量聚乙烯滑板21，如图4所示。优选地，该超高分子量聚乙烯分子量大于600万。图4为本发明实施方式所涉及的超高分子量聚乙烯滑板铺设示意图。滑板21厚度为5mm～10mm，优选地滑板21的厚度为8mm。滑板21为边长为100mm～120mm的正六边形滑板，优选地滑板边长为100mm。所述滑板的滑动面211上设置存放硅脂的储脂坑23，如图4（b）所示，储脂坑23优选呈梅花形布置，相邻两个储脂坑中心位置的间距为10mm～20mm，优选地间距为20mm；储脂坑23的深度为2mm～5mm，优选地深度为3mm。所述滑板21紧密的铺满于球铰下盘2的弧形钢板N1上（如图4（a）所示），所述滑板21通过多个沉头螺钉22固定于弧形钢板N1上（如图4（b）、（c）所示）。优选地，所述沉头螺钉22的固定孔设置在所述储脂坑所在的位置。所述沉头螺钉22的顶面222与滑板21的滑动面211平行，且所述顶面222比滑动面211略低，具有高度差，优选地该高度差为3mm。如图4（c）所示，沉头螺钉22顶面222与滑板21的滑动面211形成的空间221具有存储硅脂的功能。现有的球铰在涂抹硅脂并合拢上下球铰后，上下球铰之间的空气会被完全挤出，当调试或拆卸中需要分开上下球铰时会出现由于气压的作用难以分离上下球铰的问题。在本例中，在滑板21边缘设置倒棱24，如图4（c）所示，倒棱24深度为3mm～5mm，优选地为4mm；与竖直面的夹角为30～55°，优选为40°或45°。当两块滑板21紧密连接时，倒棱24与滑板21的滑动面211会形成一定的空间，该空间能够储存多余的硅脂，并且在滑板之间留有一定的空气，使得内外气压平衡，因此球铰上盘1和球铰下盘2会比较易于分离。

图5为发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰上盘结构示意图及其横切剖面图。如图4所示，球铰上盘1外径为1400mm，凸球面投影直径也为1400mm，球面曲率半径为2800mm；球冠高度为118mm，球铰上盘的总高度为457mm。球铰中心设置转轴套管M4，采用外径为219mm的热轧无缝钢管，该钢管的壁厚度为12mm，实际转轴套的内直径为195mm。球铰上盘1的钢壳为由弧形钢板M1、纵向钢板M3和转轴套管M4组成具有内孔的槽形钢壳，所述的钢板厚度为20～24mm。球铰钢壳内设置有如图的八道加劲肋板M6，厚度为16mm；加劲肋板M6上按100mm左右的间距布置布置φ40的圆孔，在该圆孔内穿过φ16的钢筋，使钢筋围绕转轴一圈，从近转轴位置向远离转轴位置依次设置四道钢筋，上下设置两行，最后浇筑120级的活性粉末混凝土，记为M5。此外，在球铰上盘的弧形钢板M1上铺设3mm厚的镜面不锈钢板，不锈钢板周边采用亚弧焊与弧形钢板M1焊接固定。

图6和图7分别为本发明实施方式所涉及的25000kN的钢-活性粉末混凝土球铰的球铰上、下座板的结构示意图及其横切剖面图。球铰上下座板均为正方形，边长为1800mm，座板厚度为200mm。上下座板中心设置外径为219mm的转轴套管P4和Q4。球铰上座板3的钢壳为由纵向钢板P3、横向钢板P2和转轴套管P4构成具有内孔的槽形钢壳；球铰下座板4的钢壳为由纵向钢板Q3、横向钢板Q2和转轴套管Q4构成具有内孔的槽形钢壳。在球铰上下座板钢壳内分别设八道加劲肋板P6和Q6，板厚度为16mm，加劲肋板P6和Q6上按100mm左右的间距布置布置φ40的圆孔，在该圆孔内穿过φ16的钢筋，在横向和竖向两个方向分别总共设置10道钢筋；浇筑120级的活性粉末混凝土，记为P5/Q5。此外，在下座板4上设置4个φ75的预留孔Q8，分别位于下座板两条斜对角线的四分之一位置处（如图6所示），该振捣孔可以在浇筑混凝土过程中排气或辅助振捣，使混凝土密实。

中心转轴高度设置为1000mm，采用外径为180mm的热轧无缝钢管，钢管壁厚12mm。钢管下端焊接端板封闭，上端焊接φ20钢筋制成的吊环，钢管内填充C120级的活性粉末混凝土。

具体的，在桥梁转体施工时，按照上述实施例中球铰各部件尺寸及要求在工厂加工钢-活性粉末混凝土球铰各部件，并经过试组装合格后运到施工现场进行安装施工。该球铰具体的工厂各部件加工和安装施工步骤如下所述。

1、按照图2～7所标注的尺寸切割Q235钢板：选用20～24mm厚度的钢板作为球铰外部结构钢壳；16mm厚的钢板作为其他部位的钢板；弧形钢板采用旋弯机压弯2800mm的曲率半径的曲面；按照图2～7所标注的焊接各部件的槽形钢壳和内部的加劲肋板，保证焊缝连续饱满无虚焊和夹焊。然后对构件进行热处理，以消除焊接残余应力。

2、待球铰各部件的槽形钢壳制造完成后，将按设计配置好的活性粉末混凝土拌合好后分别注入球铰上盘和球铰下盘的槽形钢壳内振捣密实，然后静置12小时后，放入80度的蒸养室内养护48小时。

3、采用数控立车加工球铰上下盘的球面，使球面度误差不大于0.5mm；采用龙门铣对球铰上下盘和上下座板的结合面进行机加工，加工的平面误差不大于0.5mm。

4、在球铰下盘2的弧形钢板上紧密铺设正六边形的超高分子量聚乙烯滑板，并用沉头螺钉固定好，并依此检查各个滑板是否牢固。该铺设滑板的步骤可以在出厂前进行，也可以出厂后在施工现场进行。

5、当球铰各部件制作完成后，对球铰各部件之间的牢固性以及指标分别进行检验，当检验合格后，运输到施工地点进行施工。

6、在施工地点组装球铰时，首先将下座板4采用角钢支架支撑，使下座板顶面标高与待浇筑的基础建筑顶面齐平，仔细调整下座板4的水平度后加以固定，然后浇筑基础混凝土，并利用下座板4的预留孔Q8进行辅助振捣和排气，以保证下座板4下方的基础混凝土密实。

7、依次吊装球铰下盘2、球铰上盘1、上座板3；并依次进行位置校准，使下座板4、球铰下盘2、球铰上盘1、上座板3安装中心转轴的位置在一条直线上。在吊装球铰上盘1前，需认真检查球铰下盘2弧形钢板上的超高分子量聚乙烯滑板，要保证滑板表面清洁、固定牢固，在滑板上均匀涂抹润滑硅脂。如果球铰下盘2的弧形钢板上未安装滑板，则在吊装球铰上盘1前，在球铰下盘2的弧形钢板铺设滑板。

8、插入中心转轴5，并焊接上座板顶面的堵头钢板7，焊缝应形成连续封闭环，以防止混凝土浇筑时砂浆进如中心转轴套内，阻碍中心转轴的运动。

9、将球铰上盘和上座板、球铰下盘和下座板之间用角焊接的形式予以周边围焊，并使用连接钢板6加以焊接固定。

10、按设计配置活性粉末混凝土，立模浇筑于待转动的桥梁结构底部，使上座板可靠锚固于待转动的桥梁结构底部的混凝土中。

至此活性粉末混凝土球铰的现场调试安装全部完成，可按照常规桥梁转体施工步骤及要求进行施工。

在本发明中球铰内活性粉末混凝土应力计算时考虑偏心增大系数1.4，并扣除中心转轴所占的面积。则，其中N为竖向荷载，R为球面投影半径，r为转轴套半径。进行混凝土上、下盘应力计算时，不再考虑偏心增大系数，并按照球铰经上下座板按照45°传力角扩散后的面积计算混凝土压应力。，其中R _a 为球铰半径，h为座板厚度。

球铰结构尺寸拟定及球铰中填充的混凝土承受的应力计算结果如表1所示:

表1

由表1可以看出，当球铰规格拟定后，本发明所述的钢-活性粉末混凝土球铰内部活性粉末混凝土的应力均在40Mpa左右，还远没有达到活性粉末混凝土的极限应力80～120Mpa。而当相同尺寸和规格的钢球铰配合浇筑的普通混凝土时，混凝土能够承受的应力一般最大只能够达到16Mpa。所以与本发明所述的钢-活性混凝土球铰同样尺寸的钢球铰配合浇筑普通混凝土时，球铰上下的混凝土会被应力破坏。唯一的解决方法就是增大球铰的尺寸，而这必然带来材料浪费和加工难度的加大、加工精度的下降。

由于活性粉末混凝土的抗压强度远大于现浇混凝土，当球铰承载力规格相同时，本发明所述的钢-活性粉末混凝土球铰尺寸明显小于普通钢球铰的尺寸，其占地面积只是普通钢球铰的1/3～1/8。而转体工程通常在空间有限的地段进行，本发明的球铰由于体积小，部署起来更为方便。上述实施方式中，所述钢-活性粉末混凝土球铰的下座板与上座板的尺寸相等，但不仅限于此。上座板和下座板的尺寸可以根据其接触部位的部件的抗压强度来确定。例如，上座板通常接触转体的预制件结构，其强度较高，因此，上座板尺寸一般不需要太大，而下座板接触的转体基础通常为普通混凝土等结构，强度相对较低，因此下座板尺寸可以相应增大。

Claims (18)

1.一种转体施工用球铰，包括球铰上部、球铰下部以及中心转轴；所述球铰下部的下方固定连接于旋转部位下方的建筑基础，上表面为凹球面；所述球铰上部的下表面为凸球面，所述凸球面的形状与所述球铰下部的凹球面的形状相适配；所述球铰上部通过其凸球面设置在所述球铰下部的上方；所述球铰上部的上方固定连接于需要进行转体施工的构件；其中，所述球铰上部和球铰下部的中心具有圆形通孔，通孔中设置中心转轴。

2.根据权利要求1所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述球铰下部包括下座板和球铰下盘，所述下座板的下方固定连接旋转部位下方的建筑基础，上方固定连接所述球铰下盘，所述球铰下盘为上表面为凹球面的圆柱体；所述球铰上部包括球铰上盘和上座板，所述球铰上盘为下表面为凸球面的圆柱体，所述球铰上盘的凸球面的形状与所述球铰下盘的凹球面的形状相适配，所述球铰上盘的上方固定连接所述上座板，所述上座板的上方固定连接于需要进行转体施工的构件；其中，所述球铰的上座板、下座板、球铰上盘和球铰下盘的中心具有圆形通孔，通孔中设置中心转轴。

3.根据权利要求1所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述球铰上盘、球铰下盘、上座板和下座板由钢壳内填充混凝土制成。

4.根据权利要求3所述的转体施工用球铰，其特征在于：

所述混凝土为活性粉末混凝土。

5.根据权利要求3所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述球铰上盘和球铰下盘之间设置有用于减少球铰上盘与球铰下盘之间的摩擦力的摩擦副。

6.根据权利要求5所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述摩擦副由设置在球铰下盘的凹球面上的多个形状为正六边形的滑板组成。

7.根据权利要求6所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述多个滑板中相邻的滑板互相接触，排列成蜂窝状结构。

8.根据权利要求7所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述多个滑板构成的所述蜂窝状结构铺满所述球铰下盘的凹球面。

9.根据权利要求6所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述摩擦副还包括设置在球铰上盘的凸球面上的不锈钢板。

10.根据权利要求6所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述滑板由分子量大于600万的超高分子量聚乙烯制成。

11.根据权利要求3～10中任意一项所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述钢壳内部设置有肋板与钢筋组成的加强结构。

12.根据权利要求11所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述肋板与所述钢壳固定连接，所述钢筋从肋板上的开孔中穿过。

13.根据权利要求2所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述下座板上设置若干振捣排气孔。

14.根据权利要求2所述的转体施工用球铰，其特征在于：所述球铰上盘与上座板之间、球铰下盘与下座板之间采用焊接方式固定。

15.一种权利要求1～14所述的转体施工用球铰的加工方法，包括：

转轴制作步骤：用钢材制作中心转轴，其中填充活性粉末混凝土；

钢壳制作步骤：用钢材制作球铰上部和球铰下部的外壳；

浇筑混凝土步骤：将活性粉末混凝土浇筑于制作的钢壳中振捣密实，进行蒸汽养护。

16.根据权利要求15所述的转体施工用球铰的加工方法，还包括：

滑板制作和安装步骤，制作滑板并将其安装到球铰下部的凹球面上。

17.一种权利要求1～14所述的转体施工用球铰的安装方法，包括：

球铰下部安装步骤，将球铰下部固定连接在旋转部位下方的建筑基础上；

球铰组装步骤，将球铰上部安装到所述球铰下部的上方，插入中心转轴；

旋转构件安装步骤，将需要进行转体施工的构件与球铰上部固定连接。

18.根据权利要求17所述的转体施工用球铰的安装方法，其特征在于：

所述球铰下部安装步骤，将球铰下部的下座板采用角钢支架支撑，调整下座板的水平度使其顶面标高与待浇筑的基础建筑顶面齐平，并加以固定，然后浇筑基础混凝土；

所述球铰组装步骤，依次吊装球铰下盘、球铰上盘和上座板，并校准下座板、球铰下盘、球铰上盘和上座板的中心在一条直线上，插入中心转轴，并在上座板顶面焊接堵头钢板，采用角焊缝的形式焊接球铰上盘和上座板、球铰下盘和下座板。