CN113026530A

CN113026530A - 一种吊杆与桥梁的连接结构

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Publication number: CN113026530A
Application number: CN202011631463.XA
Authority: CN
Inventors: 万田保; 吴成亮; 刘科峰; 杨光武; 王忠彬; 胡文军; 邹敏勇; 王东绪; 霍学晋; 刘奇顺; 黄细军; 李林; 闫蕾蕾; 邹大双; 胡世杰
Original assignee: WUHAN NEWTERY ENGINEERING TECHNOLOGY CO LTD; China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co Ltd
Current assignee: WUHAN NEWTERY ENGINEERING TECHNOLOGY CO LTD; China Railway Major Bridge Reconnaissance and Design Institute Co Ltd
Priority date: 2020-12-31
Filing date: 2020-12-31
Publication date: 2021-06-25

Abstract

本发明公开了一种吊杆与桥梁的连接结构。它包括吊杆和桥梁，所述吊杆顶端与悬索连接，吊杆底部通过万向耳座与桥梁桥面连接，所述万向耳座包括上耳板、下耳板和主轴，所述上耳板和下耳板分别与主轴两端连接，所述上耳板和下耳板均为板状结构，所述上耳板与吊杆连接，所述下耳板与桥梁桥面连接，所述上耳板与下耳板相互正交布置，所述上耳板所在平面沿横桥向方向或顺桥向方向布置。本发明在悬索桥的吊杆与桥梁之间设置万向耳座，万向耳座的上耳板和下耳板相互正交、十字交叉布置，实现了既能释放顺桥向弯矩又能释放横桥向弯矩的能力，能满足目前对吊杆耳座的所有需求，结构简单，尺寸设计合理，锻造加工，有效利用材料，安装方便，便于维护。

Description

一种吊杆与桥梁的连接结构

技术领域

本发明属于桥梁建筑工程技术领域，具体涉及一种用于悬索桥的吊杆与桥梁的连接结构。

背景技术

在悬索桥中，吊杆耳座会受到顺桥向和横桥向的弯矩。由于热胀冷缩，悬索会转动，较短的悬索刚度较大容易受损，更需要将弯矩释放。目前有三种吊杆耳座结构，分别是固定型、销轴型以及万向轴承型。固定型吊杆耳座无法释放弯矩，因此使用寿命较短。销轴型吊杆耳座只能释放顺桥向弯矩，但是不能释放横桥向的弯矩，功能具有局限性。万向轴承型吊杆耳座可将顺桥向和横桥向的弯矩都释放，为保证转动可靠性，轴承与销轴间通常采用过渡配合，致使现场安装困难，再者轴承价格偏高、疲劳寿命有限，因此该结构不够便捷和经济。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述背景技术存在的不足，提供一种结构简单、安装方便的吊杆与桥梁的连接结构。

本发明采用的技术方案是：一种吊杆与桥梁的连接结构，包括吊杆和桥梁，所述吊杆顶端与悬索连接，吊杆底部通过万向耳座与桥梁桥面连接，所述万向耳座包括上耳板、下耳板和主轴，所述上耳板和下耳板分别与主轴两端连接，所述上耳板和下耳板均为板状结构，所述上耳板与吊杆连接，所述下耳板与桥梁桥面连接，所述上耳板与下耳板相互正交布置，所述上耳板所在平面沿横桥向方向或顺桥向方向布置。

进一步地，所述上耳板、主轴和下耳板一体化连接。

进一步地，所述上耳板上开有连接通孔，上耳板通过穿过连接通孔的销轴与吊杆连接。

进一步地，所述下耳板上开有连接通孔，所述桥梁桥面上固定有安装座，所述下耳板通过穿过连接通孔的销轴与安装座连接。

进一步地，所述上耳板和下耳板远离主轴的侧边为弧形边。

进一步地，所述弧形边所在圆的半径为上耳板厚度的1.6～2.7倍。

进一步地，所述上耳板和下耳板的两侧面与主轴相接的位置为圆滑过渡面。

进一步地，所述上耳板和下耳板的厚度相同。

更进一步地，所述主轴长度为耳板厚度的1.05～2.1倍。

本发明在悬索桥的吊杆与桥梁之间设置万向耳座，万向耳座的上耳板和下耳板相互正交、十字交叉布置，实现了既能释放顺桥向弯矩又能释放横桥向弯矩的功能，能满足目前对吊杆耳座的所有需求，结构简单，尺寸设计合理，材料等截面屈服，生产采用锻造加工，通过优化产品结构尺寸，材料利用率高达95％以上，安装方便，便于维护。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明万向耳座连接处的示意图。

图3为本发明同时释放顺桥向和横桥向位移时的示意图。

图4为本发明万向耳座的立体结构示意图。

图5为本发明万向耳座的主视图。

图6为本发明万向耳座的左视图。

图7为本发明万向耳座的尺寸标注示意图。

图8为本发明坯料加工前后的尺寸变化示意图。

图9为实施例1在不同R/t(耳板弧形边所在圆的半径/耳板厚度) 值下的应力情况。

图10为实施例1在不同L4/t(主轴长度/耳板厚度)值下的应力情况。

图11为实施例2在不同R/t(耳板弧形边所在圆的半径/耳板厚度) 值下的应力情况。

图12为实施例2在不同L4/t(主轴长度/耳板厚度)值下的应力情况。

图13为将本发明万向耳座坯料压实的示意图。

图14为将本发明万向耳座两端压平形成耳板的示意图。

图15为将本发明万向耳座耳板压圆的示意图。

图16为将本发明万向耳座耳板压平的示意图。

图中：1-上耳板；2-下耳板；3-主轴；4-连接通孔；5-销轴；6-万向耳座；7-吊杆；8-桥梁；9-悬索；10-安装座；11-坯料；12-上V砧； 13-下圆砧；14-上平砧；15-下平砧；16-上异型砧；17-下异型砧；18- 压平工装。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以互相结合。

如图1-7所示，本发明提供一种吊杆与桥梁的连接结构，包括吊杆7和桥梁8，所述吊杆7顶端与悬索9连接，吊杆7底部通过万向耳座6与桥梁8桥面连接，所述万向耳座6包括一体化连接的上耳板1、下耳板2和主轴3，主轴3为柱状结构，所述上耳板1和下耳板2分别与主轴3两端连接，所述上耳板1和下耳板2均为板状结构，所述上耳板1与吊杆7连接，所述下耳板2与桥梁8桥面连接，所述上耳板1与下耳板2相互正交布置，上耳板1和下耳板 2均与主轴3端面垂直，所述上耳板1所在平面沿横桥向方向或顺桥向方向布置。

本发明万向耳座6的上耳板1和吊杆7采用销轴5连接，以实现释放顺桥向弯矩的作用，下耳板2和桥梁耳座8采用销轴连接，以实现释放横桥向弯矩的作用。也可以上耳板1和吊杆7释放横桥向弯矩，下耳板2和桥梁耳座8释放顺桥向弯矩。这种安装方式满足了安装方便，整桥安装所需时间短且不需要经常维护。

本发明的万向耳座一体式的结构加工简单、成本低；上耳板1和下耳板2分别通过穿过连接通孔4的销轴5与吊杆7和桥梁耳座8连接，且接触方式为面接触，安装方便，便于维护；上耳板1和下耳板 2相互正交、十字交叉布置，顺桥向弯矩和横桥向弯矩分别由上耳板1和下耳板2释放，即既能释放顺桥向弯矩又能释放横桥向弯矩，功能全面，满足了目前对吊杆耳座的所有需求。

上述方案中，上耳板1远离主轴3的侧边1.1为弧形边，下耳板2 远离主轴的侧边2.1为弧形边，弧形边的设置便于万向耳座相对吊杆和桥梁耳座灵活转动，更及时的释放顺桥向弯矩和横桥向弯矩。上耳板1的两侧面1.2与主轴3相接的位置为圆滑过渡面，下耳板2的两侧面2.2与主轴3相接的位置为圆滑过渡面，圆滑过渡提高了万向耳座的强度，可靠性更高。

本发明上耳板1和下耳板2上的弧形边可以是普通的弧形，也可以是标准的圆弧边。

为达到最优的尺寸匹配，针对本发明进行大量的有限元分析得到理论上最合适的尺寸关系，根据尺寸关系制定试验件的尺寸和数量，准备大量的坯料加工用作试验。如图8所示，坯料加工前后的尺寸变化为两段L1的棒料部分被锻打成半径为R厚度为t的上耳板1和下耳板2，先研究半径R和厚度t成哪种关系时，受力最可靠最经济。

实施例1

将下耳板2固定，对上耳板1施加2000kN拉力，作用在连接通孔4。记录各尺寸的万向耳座的应力情况如何，挑选出最合适的尺寸关系。

我们首先选择一个截面为D×D(单位毫米)长度为L3(单位毫米)的长方体试件，直接在试件上钻直径为d的两个连接通孔视作半径R＝0mm，t＝D的试验件，将外形比例R/t的数值记为0，进行试验记录结果。其他的试验件所用的坯料直径为D长度为L3，后续的试件依次将R值增大，厚度t则随之减小，R/t的值依次增大，并全部进行试验并记录结果。如图9所示，在R/t＝1.7～2时，主轴处的最大应力与耳板处接近，则在耳板屈服时，主轴也会屈服，不会发生耳板屈服时，主轴应力很小的情况，避免了材料的浪费，而且此时耳板应力最小。

下表为实施例1中R/t取不同值时，万向耳座的应力数据。

R/t	耳板应力(Mpa)	主轴应力(Mpa)	应力差值(Mpa)
				0	377.28	129.44	247.84
0＜R/t≤0.5	352.5～362.84	77.14～82.62	269.88～280.3
				0.5＜R/t≤1.4	286.57～341.89	173.63～182.41	104.16～168.26
1.4＜R/t≤1.7	267.72～284.96	199.8～208.09	59.63～85.16
				1.7＜R/t≤2	258.97～260.17	207.84～214.58	44.39～48.33
2＜R/t≤2.4	261.63～270.72	214.88～220.63	49.37～55.84
				2.4＜R/t≤3	284.22～354.67	225.73～248.51	106.15～128.94
3＜R/t≤4	366.54～389.83	249.85～279.3	110.53～139.98

因为主轴处也会产生较大的应力，在选用最优的R/t＝2的比例后，生产不同主轴长度L4的进行试验。首先制造L4＝0的试件，计L4/t＝0，并生产L4依次增大的试件，将试件验全部进行试验并记录结果。如图10所示L4/t＝0.9～1.3或者2.2～2.5时应力差值和最大应力值都很小，但是由于t一定时，L4/t增加会使L4的长度增加从而增加成本，并且 L4/t的值取0.9～1.3后若继续增加，L4/t增加后对应的应力减小量极少，经济效益差，则L4/t＝0.9～1.3是最优的外形尺寸。

下表为实施例1中L4/t取不同值时，万向耳座的应力数据。

L4/t	耳板应力(Mpa)	主轴应力(Mpa)	应力差值(Mpa)
				0	325.59	475.56	149.97
0＜L4/t≤0.6	319.89～324.72	138.08～458.96	181.81～186.64
				0.6＜L4/t≤0.9	294.52～312.75	173.5～126.67	121.02～186.08
0.9＜L4/t≤1.3	284.27～290.71	181.72～206.54	77.73～78.99
				1.3＜L4/t≤1.6	282.82～282.93	196.98～203.45	85.84～85.95
1.6＜L4/t≤1.9	282.73～282.81	195.42～196.9	85.8～86.72
				1.9＜L4/t≤2.2	284.47～284.51	199.71～204.45	80.02～82.88
2.2＜L4/t≤2.5	285.44～285.62	208.69～210.27	75.17～75.72

综上所示，该试验条件下，当R/t＝1.7～2且L4/t＝0.9～1.3时，万向耳座不仅具有良好的性能还具备可观的经济性。

实施例2

将下耳板2固定，对上耳板1施加3000kN拉力，作用在连接通孔4。按照与实施例1相同的方法，首个试件和其余试件的坯料与实施例1相同，使用各种尺寸的试件进行试验并记录试验结果。

如图11所示，在R/t＝2～2.4时，主轴处的最大应力与耳板处接近，则在耳板屈服时，主轴也会屈服，不会发生耳板屈服时，主轴应力很小的情况，避免了材料的浪费，而且此时耳板应力最小。

下表为实施例2中R/t取不同值时，万向耳座的应力数据。

R/t	耳板应力(Mpa)	主轴应力(Mpa)	应力差值(Mpa)
				0	528.15	115.92	412.23
0＜R/t≤0.5	516.27～525.72	115.98～132.84	383.43～390.28
				0.5＜R/t≤1.4	439.01～513.47	142.77～273.62	165.39～222.64
1.4＜R/t≤1.7	419.45～431.56	281.56～299.78	119.67～153.17
				1.7＜R/t≤2	405.54～414.98	297.33～335.21	70.34～102.85
2＜R/t≤2.4	395.37～401.56	336.78～351.98	43.40～55.81
				2.4＜R/t≤3	396.27～507.81	355.81～372.84	44.85～134.97
3＜R/t≤4	508.74～580.68	376.85～392.78	136.86～187.91

在选用最优的R/t＝2.4的比例后，生产不同主轴长度L4的进行试验。如图12所示L4/t＝1.6～1.7时耳板应力和应力差值最小，则 L4/t＝1.6～1.7是最优的外形尺寸。

下表为实施例2中L4/t取不同值时，万向耳座的应力数据。

综上所示，该试验条件下，当R/t＝2～2.4且L4/t＝1.6～1.7时，万向耳座具有良好的性能和经济性。

根据实施例1和实施例2可知当R/t＝1.8～2.6且L4/t＝1.1～1.6时，万向耳座不仅具有良好的性能还具备可观的经济性。完成实施例1和实施例2后，又进行了长时间的模拟计算和实体试验，最终得出结论：本发明万向耳座最优的尺寸匹配为R/t＝1.6～2.7且L4/t＝1.05～2.1。

本发明万向耳座6生产方式为锻造成型，选取合适直径和长度的棒料进行锻造加工。具体过程为：1.切割下料；2.装炉加热；3.加热后在锻造设备上将毛坯的两端锻打，使得毛坯两端材料流动变成耳板状，随后锻打出连接通孔4的雏形，在此过程中材料发生流动形成需要的形状和尺寸；4.对锻件冷却处理；5.切边扩孔和预机加工；6.热处理； 7.精机加工。

具体的锻打成型工艺如下：

选料

若要生产主轴直径为D mm的万向耳座，则选择直径为D+10mm 的坯料11。当D大于200时，坯料直径取1.05Dmm。

压实

大型钢锭存在内部疏松、焊合孔洞、破碎粗晶等缺陷，需要将坯料11压实以解决以上缺陷。如图13所示，上V砧12和下圆砧13压坯料11，压完后翻转90°压第二次，一共翻转10到15次，每次翻转后都压一次。对坯料11截面进行调整，使坯料11重新变为圆形，并且使坯料11直径达D mm。

操作步骤如下：

1)将锻件按照图11位置摆放，对坯料11进行首道次压下，将坯料11截面压至为椭圆。

2)将坯料11翻转90度，进行二道次压下率压下。

3)将步骤2重复9到14次。

4)对坯料11截面和尺寸进行调整，使坯料11截面重新变为圆形，并且使锻件直径达Dmm。

砧压

操作步骤如下：

分别将上平砧14和下平砧15设置在坯料11的端部，将端部的材料压实并压长，压实后端部由圆棒延展成平板。另一个端面做相同处理，其延展成的平板与先前的平板正交。

操作步骤如下：

1)如图14所示，将坯料11端部置于下平砧15上，用上平砧14 进行首道次压下，压实端部将其压制成板状。

2)将坯料11翻转90度，进行二道次压下，将不规则的面尽量压平整，另一个端面做相同处理。

3)将坯料11翻转90度，进行三道次压下，将不平整的面尽量压平整，另一个端面做相同处理。

4)将步骤2和步骤3重复进行6～10次。

挤压成型

如图15、图16所示，将正交的两个平板都用异型砧挤压，上异型砧16、下异型砧17挤压至贴合后，用压平工装18将锻件耳板压平。

整型

采用压机对万向耳座胚料11进行整型，随后进行钻孔和精加工，完成万向耳座成品。

整个过程中，材料的形状改变主要是因为材料流动所以体积几乎不变，加工去除的材料极少，材料利用率是各种加工方法中最大的。通过优化各尺寸关系，使得最终成型产品体积基本等于锻坯体积，提高了材料的利用率。

以上仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims

1.一种吊杆与桥梁的连接结构，包括吊杆(7)和桥梁(8)，所述吊杆顶端与悬索(9)连接，吊杆(7)底部通过万向耳座(6)与桥梁(8)桥面连接，其特征在于：所述万向耳座(6)包括上耳板(1)、下耳板(2)和主轴(3)，所述上耳板(1)和下耳板(2)分别与主轴(3)两端连接，所述上耳板(1)和下耳板(2)均为板状结构，所述上耳板(1)与吊杆(7)连接，所述下耳板(2)与桥梁(8)桥面连接，所述上耳板(1)与下耳板(2)相互正交布置，所述上耳板(1)所在平面沿横桥向方向或顺桥向方向布置。

2.根据权利要求1所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述上耳板(1)、下耳板(2)和主轴(3)一体化连接。

3.根据权利要求1所述的万向耳座，其特征在于：所述上耳板(1)上开有连接通孔(4)，上耳板(1)通过穿过连接通孔(4)的销轴(5)与吊杆(7)连接。

4.根据权利要求1所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述下耳板(2)上开有连接通孔(4)，所述桥梁(8)桥面上固定有安装座(10)，所述下耳板(2)通过穿过连接通孔(4)的销轴(5)与安装座(10)连接。

5.根据权利要求1所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述上耳板(1)和下耳板(2)远离主轴的侧边为弧形边。

6.根据权利要求5所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述弧形边所在圆的半径为上耳板厚度的1.6～2.7倍。

7.根据权利要求1所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述上耳板(1)和下耳板(2)的两侧面与主轴(3)相接的位置为圆滑过渡面。

8.根据权利要求1所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述上耳板(1)和下耳板(2)的厚度相同。

9.根据权利要求1所述的吊杆与桥梁的连接结构，其特征在于：所述主轴(3)长度为上耳板厚度的1.05～2.1倍。