一种滑动铰接节点及滑动铰接结构的制作方法

本发明涉及建筑结构技术领域，尤其是涉及一种滑动铰接节点及设计方法。

背景技术：

一般来说，建筑工程的金属结构中，对于考虑滑动铰接的节点，可以通过滑动轴承节点、摇臂节点或者长圆孔节点。滑动轴承节点对材料硬度要求高，构造复杂，需要精细加工，造价较贵；摇臂节点形式上较为简单，但平面外稳定性不良，且占据空间大，不够美观。传统上实用较多的是长圆孔节点，即将耳板上的圆形销轴孔加长为长圆孔，使节点可以转动的同时有滑移空间，这种做法是最简单经济的。但长圆孔具有一个缺陷，即圆与直线的孔壁之间理论上是无限小的线接触，理想状态下理论上无法传递任何压力。材料中的应力起初是无穷大，压力的传递是通过销轴与孔壁之间发生变形后形成面接触，才得以传递。这种机制使销轴和耳板的接触位置极容易发生塑性变形，发生微量的破坏，当横向压力大的时候，塑性变形可能直接导致节点失去滑移能力；而横向压力小的时候，微量的塑性变形也可能日积月累导致可观的累计变形产生安全隐患。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种滑动铰接节点及其设计方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种滑动铰接节点，用于铰接第一连接件和第二连接件的铰接节点，包括固定在第一连接件上的相互平行的两块耳板，以及固定在第二连接件两侧的轴销，所述两块耳板上分别开设有滑槽，所述轴销在滑槽内滑动。

进一步的，所述轴销的截面为圆角矩形。

进一步的，所述第一连接件和第二连接件分别为梁、柱、支撑或龙骨等建筑部件。

进一步的，所述轴销与滑槽具有相对转动。

进一步的，所述轴销的尺寸满足：

假定接触面平整无凹凸，则计算的正应力为

滑动摩擦力大小为f＝μn

对于金属材料，强度取von-mises应力，考虑切应力与正应力符合作用，

发生滑移前的临界时刻，材料中的剪应力为

与正应力共同复合为von-mises应力，

其中，μ-滑动摩擦因数，n-最大压力，a-轴销截面的长度，r-轴销截面圆角矩形的倒角半径，t-耳板的厚度，fd-金属材料强度设计值。

上式保证了金属不会因为挤压滑移发生破坏。

更进一步的，所述轴销(5)的尺寸满足：

对于极端情况，即挤压、滑移并同时发生转动的情况下，金属也不会进入塑性，则需要保证

这对应挤压力很大，使得销轴与耳板充分接触的情况，也是对金属强度最不利的情况。

进一步的，所述轴销(5)的尺寸满足：

针对可能发生的情况是压力n不是很大，此时销轴与耳板并不会充分接触，但要求的转动空间更大。要保证有充分转动空隙不至于卡住，需要保证

aθ＜b-b

其中：a-轴销截面的长度，b-轴销截面的宽度，b-滑槽的宽度，l-滑槽的长度，θ-轴销在滑槽内的转角。

进一步的，所述轴销(5)的尺寸满足：

保证充足的伸缩滑移量，即满足

a+x++x-≤l

其中：a-轴销截面的长度，b-轴销截面的宽度，b-滑槽的宽度，x+-轴销左侧到滑槽左边缘的距离，x--轴销右侧到滑槽右边缘的距离，l-滑槽的长度，θ-轴销在滑槽内的转角。

一种滑动铰接结构，包括第一连接件、第二连接件和上述滑动铰接节点。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、相比长圆孔销轴节点，本发明销轴及销轴孔壁之间接触应力小，材料性能发挥充分，有更高横向承载力。

2、相比长圆孔销轴节点，本发明更为经久耐用，不易发生塑性变形或破坏。

3、相比滑动轴承节点及摇臂节点，本发明加工简单、经济实用。

4、相比摇臂节点，本发明体积小，不会过分占据建筑空间或影响外观。。

附图说明

图1为本发明一般形式的三维透视图；

图2为本发明非贯通形式节点的第二连接件的示意图；

图3为本发明非贯通形式节点的第一连接件的示意图；

图4为本发明尺寸符号简图；

图5为本发明转动状态的尺寸符号简图；

图6为本发明实用设计方法中的受力计算简图。

图中标号所示：

1、第一连接件，2、耳板，3、滑槽，4、第二连接件，5、轴销。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种滑动铰接节点，如图1-3所示，用于铰接第一连接件1和第二连接件4的铰接节点，包括固定在第一连接件1上的相互平行的两块耳板2，以及固定在第二连接件4两侧的轴销5，耳板2上开设有相互平行的滑槽3，轴销5在滑槽3内滑动。轴销5的截面为圆角矩形。第一连接件1和第二连接件4为梁、柱、支撑或龙骨等建筑部件。轴销5与滑槽3具有相对转动。

如图4-6所示，以一滑程为±100mm，要求转角为0.03rad，铰接节点承受500kn横向力的铰接节点为实施例说明本发明的设计方法。

设计取材料强度不小于270mpa的q345钢材，销轴a＝50mm，倒角半径r＝10mm，孔宽b＝73mm，销轴与孔壁间缝隙3mm，耳板2长孔全长l＝300mm，耳板2厚40mm，钢材之间接触面摩擦系数0.3。以下验算节点设计。

第一，适用性确认。本节点受力明显较大，转角相对滑程较小，适合采用本发明的节点。

第二，挤压应力计算。假定接触面平整无凹凸，则计算的正应力为

第三，滑动摩擦计算。摩擦力为f＝μn＝0.3×500/2＝75kn

第四，强度校核。

满足。

而对于极端情况，即挤压、滑移并同时发生转动的情况下，

满足。

第五，转动能力校核：

aθ＝70×0.03＝2.1mm＜b-b＝3mm

满足。

最后，滑程校核：

a+x++x_＝70+100+100＝270≤l＝300mm

满足。

故设计采用的截面尺寸满足要求。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。