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钢框架半刚性节点发展综述杨子仪发布时间：2021-07-28T11:56:23.137Z 来源：《基层建设》2021年第14期作者：杨子仪[导读] 钢框架梁柱节点受力复杂、变形严重和传力路径不明确等问题。
据震害结果表明，钢框架梁柱节点处是建筑结构的薄弱之处广州大学土木工程学院广东广州 510006摘要：钢框架梁柱节点受力复杂、变形严重和传力路径不明确等问题。
据震害结果表明，钢框架梁柱节点处是建筑结构的薄弱之处，在地震作用下发生重大的破坏。
结合近年来有关钢框架梁柱半刚性节点的研究资料，对钢框架半刚性节点进行总结分析。
关键词：钢框架；半刚性节点；地震作用一、引言地震作为人类面临的最大自然灾害之一，地震灾害具有坏灭性、随机性和不可预测等特点，对人类的生存和经济社会的发展都造成了重大威胁。
在地震作用下，对钢结构而言，梁柱连接节点是结构的易损区域。
钢框架结构梁与柱的节点连接形式通常由栓接连接焊接的形式，曾经被人们一致认为焊接梁柱节点具有良好抗震性能。
然而，在1994年美国的Northridge地震[1-3]与1995年的日本阪神地震中[4]，在震后调查中，发现许多受害严重的建筑结构梁柱节点上存在脆弱性破坏。
特别是梁与柱翼缘连接处的焊缝区，大多节点在很低的塑性水平下出现了脆性断裂，从而揭示了节点的脆性破坏是焊接连接存在的缺陷。
为避免钢框架节点处发生脆性破坏，国内外专家学者提出将梁柱节点的塑性铰移至远离近柱端的粱截面上的设计方法，并设计出一系列的钢框架半刚性连接节点。
此类节点既可以传递弯矩，又能在梁柱之间产生一定的转角，正是处于传统铰接节点与完全刚接节点之间。
通过大量的理论、实验研究，以及相关的实际工程在地震中的效果。
结果表明，此法有效的转移塑性铰的位置，从而保护结构。
近年来，考虑结构的震后可修复性、破坏部件的可更换性，传统的钢框架半刚性节点存在不易更换和修复的问题，新型钢框架梁柱连接节点成为了研究的热点，新型半刚性节点既可以实现转移塑性铰位置，又有利于震后修复和更换的目标。
钢框架结构的优化设计研究一、本文概述随着现代建筑技术的不断发展，钢框架结构作为一种重要的建筑形式，已经广泛应用于各类建筑项目中。
然而，在追求建筑美观和实用性的如何优化钢框架结构的设计，以降低成本、提高结构性能、确保安全稳定，已成为当前建筑领域亟待解决的问题。
本文旨在探讨钢框架结构的优化设计研究，通过对钢框架结构的受力性能、稳定性、经济性等关键因素的分析，寻求最佳的设计方案，以期为钢框架结构的未来发展提供理论支持和实践指导。
具体而言，本文将从以下几个方面展开研究：介绍钢框架结构的基本概念和特点，阐述优化设计的重要性和必要性；分析钢框架结构的受力性能和稳定性，探讨不同设计参数对结构性能的影响；再次，结合经济因素，研究如何在满足结构性能要求的前提下，降低材料消耗和工程造价；通过实际案例分析和模拟计算，验证优化设计的可行性和有效性。
通过本文的研究，期望能够为钢框架结构的优化设计提供一套系统、科学的方法论，为建筑工程师在实际工程中提供有益的参考和借鉴，推动钢框架结构在建筑设计中的广泛应用和优化发展。
二、钢框架结构的优化设计理论钢框架结构作为现代建筑的重要支柱，其优化设计理论在提升结构性能、提高经济效益和满足建筑功能需求等方面具有深远意义。
优化设计理论的核心在于通过合理的设计手段，使钢框架在满足安全、稳定和经济的前提下，实现最佳的性能表现。
在钢框架结构的优化设计中，首要考虑的是结构的承载能力和稳定性。
这要求设计者在结构选型、材料选择、截面尺寸确定等方面进行全面考量。
通过先进的计算方法和设计软件，对结构在各种荷载工况下的受力性能进行精确分析，从而确保结构的安全性和稳定性。
优化设计还需要注重结构的经济性。
在满足结构性能的前提下，通过合理的材料使用、截面优化、节点设计等手段，降低结构成本，提高经济效益。
随着绿色建筑和可持续发展的理念日益深入人心，优化设计还需考虑结构的环保性和可持续性，例如采用可再生材料、优化能源利用等。
装配式斜支撑节点钢框架结构技术规程一、引言装配式斜支撑节点钢框架结构技术规程是规范了斜支撑节点钢框架结构的设计、施工、验收等技术要求。
斜支撑节点钢框架结构作为一种新型的建筑结构体系，具有节能环保、施工便利、抗震性能优越等优点，因此被广泛应用于建筑工程领域。
二、设计要求2.1 结构荷载斜支撑节点钢框架结构设计应满足国家相关标准规范中对荷载的要求。
包括自重荷载、活荷载、风荷载、地震荷载等。
2.2 钢材选择为保证斜支撑节点钢框架结构的安全可靠性，应选用高强度的钢材作为主要构件。
钢材应符合国家相关标准规范的要求，同时应具有良好的耐腐蚀性能，以防止长期暴露在室外环境导致的腐蚀。
2.3 节点设计斜支撑节点是整个钢框架结构中的重要连接部分，其设计应考虑节点的强度、刚度、可靠性等因素。
节点的连接方式可以采用焊接、螺栓连接等方式，连接强度应满足国家相关标准规范的要求。
2.4 防火设计斜支撑节点钢框架结构在设计过程中应考虑材料的防火性能。
钢结构部分可以采用防火涂料等防火处理措施以提高其防火等级。
三、施工要求3.1 施工准备施工前应制定详细的施工方案，包括施工步骤、施工工艺、施工设备等。
施工单位应具备相应的资质，并配备专业的施工人员。
3.2 断面加工钢构件的断面加工应符合设计要求，包括切割、折弯、冲孔等工艺。
断面加工时应严格控制尺寸误差，以保证构件的准确度和连接的质量。
3.3 组装与安装斜支撑节点钢框架结构的组装与安装应按照施工方案进行。
组装时应严格按照设计图纸进行构件的组合，并采取适当的固定措施以保证节点的稳定性。
在安装过程中要注意斜支撑的施工顺序，以确保整个结构的稳定性和安全性。
3.4 防腐和防护斜支撑节点钢框架结构在施工完成后应进行防腐和防护处理。
防腐处理可以采用涂层、喷涂等方式，以提高结构的耐久性和抗腐蚀性能。
防护措施可以包括防水、防尘、防霉等，以确保结构长期使用的安全性和可靠性。
四、验收要求4.1 施工质量验收施工完成后，应进行施工质量验收。
浅析框架结构的楼梯斜撑效应发表时间：2019-05-09T16:11:52.957Z 来源：《防护工程》2019年第2期作者：蒋华1 孙登坤2 刘娅婷1 [导读] 所以有关框架结构考虑楼梯斜撑效应的抗震设计，还有很多方法、措施需要行业人士继续探索、研究。
1.武昌首义学院湖北武汉 430064；2.联创新锐设计顾问（武汉）有限公司湖北武汉 430000摘要：楼梯作为混凝土框架结构重要的逃生通道，在大量的震害统计中，表现出先于框架主体结构的严重破坏，使其丧失应有的作用。
本文针对该现象，通过文献检索对其主要因素“楼梯斜撑效应”进行了分析，并探索了相应的解决措施。
关键词：框架结构；楼梯；斜撑效应；混凝土前言钢筋混凝土框架结构在国内仍被广泛应用，其中的楼梯作为重要的逃生通道，在大量的震害统计中，表现出先于主体结构的严重破坏，使其丧失安全岛的作用。
究其原因，以前的相关研究在肯定楼梯对结构刚度和承载力影响的条件下，旨在通过相应的抗震设计增强楼梯间结构的耗能能力，使其成为第一道抗震防线；抗震设计方案则是将楼梯间与框架结构主体分开计算，结构分析中将楼梯间作开洞处理，将其荷载作为重力荷载代表值的一部分考虑其对框架结构的抗震影响。
传统的设计方法，忽略了楼梯间与框架结构的整体性，忽略了楼梯梯段斜撑作用及其对框架结构整体抗震性能的影响，导致楼梯间与其周边框架结构构件的联系不够紧密，成为地震中的第一道防线优先被破坏。
1楼梯斜撑效应国内关于楼梯斜撑效应的研究可追溯到20世纪80年代。
1986年，设计大师傅学怡[1]在“高层建筑结构正现浇楼梯对抗侧刚度的影响分析”中，提出楼梯斜撑效应及其对框架结构抗侧刚度的影响，并推导了抗侧刚度增大系数。
90年代，曹万林教授等人[2]对混凝土异形柱框架楼梯结构进行试验研究，重点分析了楼梯耗能的原因，并对提高楼梯耗能性能提出建设性意见。
21世纪初，清华大学王奇教授[3]从工程实例出发，分别对框架结构、框架-剪力墙结构、剪力墙结构在考虑楼梯作用下的结构自振特性和受力性能进行分析，结果表明，楼梯的参与对框架结构的自振特性、整体刚度及构件内力影响更为明显。
钢结构水平支撑节点处理概述及说明1. 引言1.1 概述本文旨在对钢结构水平支撑节点处理进行深入探讨和说明。
水平支撑节点作为钢结构中的重要组成部分，承担着稳定结构和抵御水平荷载的关键任务。
合理有效的水平支撑节点处理对于确保钢结构整体性能具有重要意义。
1.2 文章结构文章主要包括引言、钢结构水平支撑节点处理、水平支撑节点的分类与应用场景、节点处理方法综述与比较分析以及结论与展望五个部分。
通过这样的组织结构，我们将全面介绍水平支撑节点的背景和意义，节点设计原则，常见处理方法，分类与应用场景以及不同方法之间的优缺点比较。
1.3 目的本文旨在系统地概述和说明钢结构水平支撑节点处理的相关内容，并对各种处理方法进行评估和比较。
通过深入研究不同应用场景下的节点需求，并总结传统方法和新兴技术在实际应用中的优缺点，我们希望为实际工程提供指导原则和建议，并为未来研究方向展望提供参考。
以上为“1. 引言”部分的概述和说明，详细内容请根据需求进一步展开描述。
2. 钢结构水平支撑节点处理2.1 背景和意义钢结构是一种广泛应用于建筑和桥梁工程领域的重要结构形式。
水平支撑节点在钢结构中具有重要作用，可以有效传递和分散结构的垂直和水平荷载，提高整体刚度和稳定性。
因此，在钢结构设计和施工中，对水平支撑节点的处理至关重要。
2.2 节点设计原则在进行钢结构水平支撑节点的设计时，需要遵循一些基本原则。
首先，节点设计应符合强度、刚度和稳定性等要求，保证节点在承受力的同时不发生过大的变形或破坏。
其次，在设计过程中还需考虑施工可行性、成本效益、维修方便性等因素。
最后，需要根据具体项目需求选择适当的优化方案，使得节点设计既满足功能要求又兼顾经济效益。
2.3 常见节点处理方法针对水平支撑节点的处理，现有的常见方法包括：焊接连接、螺栓连接、榫卯连接等。
焊接连接是一种常用且简便的处理方式，可以通过焊接将节点连接在一起，具有较高的刚性和强度。
螺栓连接则通过螺栓将节点固定在一起，可以方便拆卸和调整。
ＤＯＩ:１０.１９３４４/ｊ.ｃｎｋｉ.ｉｓｓｎ１６７１－５２７６.２０２２.０４.０１４斜撑离合器中斜撑块有效升程的优化与求解算法研究陈志豪１ꎬ卢敏１ꎬ李泽强２ꎬ李伟３(１.南京航空航天大学机电学院ꎬ江苏南京２１００１６ꎻ２.洛阳轴承研究所有限公司ꎬ河南洛阳４７１０３９ꎻ３.中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心ꎬ江苏南京２１１１００)摘㊀要:提出两种用以求解离合器有效升程的算法ꎮ在考察斜撑块运动特征的基础上提出一种有效升程的优化策略ꎬ据此分别提出等行程法和仿凸轮反转法ꎬ用以求解斜撑块的有效升程ꎮ选取若干标准楔块为对象ꎬ分别运用两种方法进行求解与结构优化ꎬ结论为两种结果相近ꎬ与标准楔块的标准升程值对比提升较大ꎬ验证了优化策略与算法的有效性ꎮ关键词:离合器ꎻ有效升程ꎻ斜撑块ꎻ结构优化ꎻ正向设计中图分类号:ＴＨ１２３㊀㊀文献标志码:Ｂ㊀㊀文章编号:１６７１￣５２７６(２０２２)０４￣００５７￣０４ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎａｎｄＳｏｌｖｉｎｇＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｆＥｆｆｅｃｔｉｖｅＬｉｆｔｏｆＢｒａｃｉｎｇＢｌｏｃｋｉｎＢｒａｃｉｎｇＣｌｕｔｃｈＣＨＥＮＺｈｉｈａｏ１ꎬＬＵＭｉｎ１ꎬＬＩＺｅｑｉａｎｇ２ꎬＬＩＷｅｉ３(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＮａｎｊｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＡｅｒｏｎａｕｔｉｃｓａｎｄＡｓｔｒｏｎａｕｔｉｃｓꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１６ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＬｕｏｙａｎｇＢｅａｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＬｕｏｙａｎｇ４７１０３９ꎬＣｈｉｎａꎻ３.ＪｉｎｃｈｅｎｇＮａｎｊｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＨｙｄｒａｕｌｉｃＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒｏｆＡｖｉａｔｉｏｎＩｎｄｕｓｔｒｙＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａꎬＮａｎｊｉｎｇ２１１１００ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｗｏａｌｇｏｒｉｔｈｍｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｓｐｒａｇｒｉｓｅ.Ｂｙａｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅｓｐｒａｇｔｈｅｍｏｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓꎬａｎｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙｉｓｗｏｒｋｅｄｏｕｔꎬｂａｓｅｄｏｎｗｈｉｃｈꎬｔｈｅｍｅｔｈｏｄｓｏｆｅｑｕａｌ－ｓｔｒｏｋｅａｎｄｔｈｅｃａｍ－ｌｉｋｅｉｎｖｅｒｓｉｏｎａｒｅｐｕｔｆｏｒｗａｒｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｓｐｒａｇｒｉｓｅ.Ｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｕｓｅｄｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙｔｏｓｏｌｖｅａｎｄｏｐｔｉｍｉｚｅｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｓｏｍｅｓｅｌｅｃｔｅｄｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｓｐｒａｇｓꎬｗｈｉｃｈｃｏｍｅｓｔｏｔｈｅｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｔｈａｔｔｈｅｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓｈａｖｅｓｉｍｉｌａｒｅｆｆｅｃｔｓａｎｄｈｉｇｈｅｒｒｉｓｅｖａｌｕｅｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｔａｎｄａｒｄｏｎｅｏｆｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄｓｐｒａｇｓꎬｔｈｕｓｖｅｒｉｆｙｉｎｇｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚｅｄｓｔｒａｔｅｇｙａｎｄａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｌｕｔｃｈꎻｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｉｆｔꎻｓｐｒａｇꎻｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎꎻｆｏｒｗａｒｄｄｅｓｉｇｎ０㊀引言直升机的三大运动部件分别是发动机㊁传动系统和旋翼系统ꎮ传动系统连接发动机与旋翼系统ꎬ以实现动力的有效传递ꎮ因此ꎬ传动系统的力学性能与可靠性是直升机整体运行性能的关键点ꎮ斜撑离合器作为传动系统的重要部件之一ꎬ具有质量轻㊁承载能力大㊁离合可靠的特点ꎮ因此大量装载于直升机传动系统中ꎬ实现发动机与主减速器的离合ꎬ起到单向传递转矩的作用ꎮ在斜撑离合器相关的研究方面ꎬ国内外学者作了相关的理论和技术探讨ꎬ研究内容主要集中于结构设计㊁动力学特性㊁摩擦磨损㊁表面涂层等方面ꎮ如ＫＩＳＨＪ[１]在报告中给出了离合器的详细设计理论与计算方法ꎬ并列出了几种常用的斜撑块规格ꎮＺＨＡＮＧＦ等[２]提出了一种渐开线与偏心圆弧相结合的楔形型面ꎬ在增加承载力的同时减少了接触应力ꎮＨＵＡＮＧＣ等[３－４]运用非线性迭代方法计算斜撑块法向接触力ꎬ并以此修正斜撑块几何型面ꎬ达到均衡接触应力的目的ꎮＬＩＵＺＨ等[５]运用行星齿轮模型模拟离合器结构件的运动ꎬ并借助Ｈｕｎｔ－Ｃｒｏｓｓｌｅｙ接触冲击理论计算滚道和斜撑块的接触应力ꎬ据此进行离合器的设计与分析ꎮＱＩＮＧＭＨ等[６－７]通过ＡＤＡＭＳ软件建模仿真ꎬ证实了制造误差将导致离合器承载能力的下降ꎬ并提出了离合器磨损失效的判定标准ꎮＪＩＡＮＧＹＹ等[８]运用化学气相沉积技术提高斜撑块表面的耐磨性ꎬ低循环疲劳寿命测试结果显示ꎬ相比物理气相沉积法ꎬ寿命提高了５倍ꎮ朱楚等[９]分析了楔块与内环滚道表面磨损量对离合器自锁㊁总径向变形㊁楔块的接触角㊁接触应力等力学性能参数的影响ꎮ严宏志等[１０]采用分解法及坐标变换建立了楔块质心位置模型ꎬ采用ＡＤＡＭＳ软件建立了斜撑离合器动力学模型ꎬ研究了不同质心位置的楔块对接触力及离合器接合㊁脱开性能的影响规律ꎮ韩红雨等[１１]根据离合器的设计需求ꎬ研制了测试离合器单项静态性能的试验机ꎬ能够进行离合器承载能力和滑溜角的测量ꎮ上述前人的研究工作ꎬ对离合器的设计制造具有良好的参考作用ꎬ但在一些重要的基础性细节方面ꎬ如斜撑块的有效升程方面缺乏相应的讨论和研究ꎮ因此ꎬ专业人员第一作者简介:陈志豪(１９９５ )ꎬ男ꎬ江苏淮安人ꎬ硕士研究生ꎬ研究方向为超越离合器传动及摩擦磨损技术ꎮ在进行离合器的相关设计与计算时ꎬ大多直接参考标准斜撑块的推荐值ꎬ以此作为设计依据和校核标准ꎮ事实上ꎬ斜撑块有效升程会随着离合器的结构差异而不同ꎬ若采用统一的推荐数据来校核新设计的离合器结构ꎬ其结果是不准确的ꎮ以常用的圆弧型斜撑块为研究对象ꎬ考察其运动特征ꎬ得出有效升程的优化策略ꎮ在此基础上ꎬ借鉴轴承运动学原理和凸轮轮廓设计中的反转法ꎬ分别提出相应的求解算法计算离合器的有效升程ꎮ最后ꎬ选取若干标准楔块为对象ꎬ对本文的优化策略和算法进行相互验证与对比ꎮ可以预见ꎬ有效升程的优化与准确计算ꎬ是离合器正向设计的重要组成部分ꎬ对估算离合器的极限载荷也有重要的意义ꎮ１㊀斜撑块升程分析与算法推导圆弧型面的斜撑块ꎬ其与滚道接触的上下两个弧面ꎬ是由两个偏心圆弧组成ꎬ如图１(ａ)所示ꎮ随着发动机转矩载荷的施加ꎬ斜撑块从Ｑ点和Ｃ点开始楔入传动ꎮ若不断增大载荷ꎬ则斜撑块逐渐翻转至最大升程ꎬ即图１(ｂ)中的Ｑᶄ和Ｃᶄ边界点ꎬ直至翻越失效ꎮ此时斜撑块翻转达到的最大高度与初始楔合高度之间的差值ꎬ被称为斜撑块的升程[１]ꎮ(说明:图１(ｂ)中的虚线为内外滚道受斜撑块挤压变形前的初始位置)H nomQ′QQCb bC C′H maxa 'b *5D'图１㊀斜撑块的升程有效升程关系式为Ｓｒ＝Ｈｍａｘ－Ｈｎｏｍ(１)进一步可得ꎬ在给定斜撑块宽度ｂ的条件下ꎬ斜撑块在临界翻转时ꎬ若斜撑块内外圆弧的边界点分别与内轴和外套同时接触(图１(ｂ)中所示状态)ꎬ则斜撑块的升程将取得最大值ꎮ此时斜撑块内外圆弧的分布必须是均衡的ꎬ若任意圆弧提前达到翻转极限ꎬ则不能取得升程最大值ꎮ下面以此论断作为斜撑块有效升程的优化策略与依据ꎬ提出两种方法从理论上求解离合器斜撑块的有效升程ꎮ１.１㊀等行程算法如图２所示ꎬ随着转矩载荷的施加ꎬ斜撑块从Ｑ点和Ｃ点开始楔入传动ꎮ若不断增大载荷ꎬ则斜撑块在内外滚道之间逐渐滚动翻转ꎮ离合器部件一般由内外滚道㊁斜撑块㊁保持架㊁阻尼弹簧等结构件组成ꎮ因此ꎬ在运动特征和结构特征两方面ꎬ斜撑离合器与滚动轴承都具有较强的相似性ꎬ进而可参照轴承的运动学原理[１２]ꎬ得出斜撑块运动规律:在斜撑块楔入滚道传动至临界翻转的过程中ꎬ斜撑块相对于内轴的滚动行程与斜撑块相对于外套的滚动行程相等ꎬ即存在弧长ＣＣᶄ＝ＱＱᶄꎬ可改写为运动学关系式ｒｉｉ(２)图２㊀斜撑块的结构与参数在图２中ꎬｒｉ㊁ｒ０㊁α㊁ｂ㊁Ｚ５个参数与Ｊ０相匹配ꎬ作为斜撑块的规格常数ꎮ其中ｒｉ㊁ｒ０为斜撑块的内外圆弧型面的半径ꎻα㊁ｂ和Ｚ分别为斜撑块的中心角㊁宽度和圆心距ꎻＪ０为斜撑块的规格参数ꎮ设Ａ㊁Ｂ和Ｏ分别为斜撑块内外圆弧和滚道的中心ꎻＤｉ㊁Ｄ０为内外圆弧中心分别向斜撑块边线作垂线的垂足点ꎻＱᶄ㊁Ｃᶄ分别为内㊁外圆弧与滚道的翻转接触边界点ꎮ进一步地ꎬ设Ｒｉ㊁Ｒ０为内轴㊁外套的半径ꎻ设Ｌ０Ｄ为斜撑块外圆弧圆心至边线的垂直距离ꎮ设φ分别为两圆弧中心Ａ㊁Ｂ与滚道中心Ｏ连线之间的夹角ꎻ设Ω为斜撑块的转角ꎮ此外ꎬ设θｉ㊁θ０为斜撑块翻转至边界点时的转角ꎻ设βｉ㊁β０为斜撑块内外圆弧边界点所在半径与斜撑块宽度方向的夹角ꎮ下面推导上述参数之间的关系ꎮ考察斜撑块的结构与楔合特点ꎬ在ΔＯＡＢ中存在余弦关系式ｃｏｓ(øＯＢＡ)＝Ｚ２＋(Ｒｉ＋ｒｉ)２－(Ｒ０－ｒ０)２２Ｚ(Ｒｉ＋ｒｉ)(３)和正弦关系式ｓｉｎ(øＯＡＢ)Ｒｉ＋ｒｉ＝ｓｉｎ(øＯＢＡ)Ｒ０－ｒ０(４)另外ꎬ容易得出:Ω＝øＯＡＢ－π/２－α(５)式(３)－式(５)表达了斜撑块结构参数及相关变量之间的数量关系ꎮ在此基础上ꎬ可进一步得到βｉ＝π－øＯＢＡ－α－θｉβ０＝π/２＋Ω－θ０{(６)和宽度ｂ关系式ｂ＝ｒｉｃｏｓβｉ＋Ｚｃｏｓα＋ｒ０ｃｏｓβ０(７)由式(２)－式(７)可求得转角θｉ㊁θ０ꎬ进一步得到边距Ｌ０Ｄꎮ可以得出ꎬ参数Ｌ０Ｄ的意义在于:选定斜撑块规格参数和内外滚道半径后ꎬ可运用等行程法求得边距参数Ｌ０Ｄꎬ使得离合器的有效升程取得优化值ꎮ由前文可知ꎬ斜撑块的最大升程由Ｑᶄ㊁Ｃᶄ两点的距离与Ｑ㊁Ｃ两点的距离差值所确定ꎬ下面对此进行研究ꎮ根据转角θｉ和θ０ꎬ可以确定Ｑᶄ和Ｃᶄ的位置ꎬ结合等行程法特点ꎬ在两圆弧圆心分别建立局部坐标ꎬ并以中心Ｏ为坐标原点进行平移和旋转[１３]ꎬ得到各自的新坐标值ꎮ据此可以求得Ｑᶄ㊁Ｃᶄ两点之间的距离ꎬ设为ＱᶄＣᶄꎮ另外ꎬ在ΔＯＡＢ中存在余弦关系式ｃｏｓφ＝(Ｒｉ＋ｒｉ)２＋(Ｒ０－ｒ０)２－Ｚ２２(Ｒｉ＋ｒｉ)(Ｒ０－ｒ０)(８)由此可以得到Ｑ㊁Ｃ两点距离ＱＣ＝Ｒ２ｉ＋Ｒ２０－２ＲｉＲ０ｃｏｓφ(９)最终ꎬ根据式(１)可得结构优化后的斜撑块最大升程值:Ｓｒｙ１＝ＱᶄＣᶄ－ＱＣ(１０)式中Ｓｒｙ１为等行程法所得斜撑块有效升程ꎮ１.２㊀仿凸轮反转算法在用作图法设计凸轮轮廓曲线时[１４]ꎬ常采用反转法设计凸轮的轮廓曲线ꎬ其基本原理是假设凸轮相对静止不动ꎬ而顶杆绕凸轮中心作等角速度旋转运动ꎮ由于顶杆的尖顶始终与凸轮轮廓曲线接触ꎬ因此尖顶的运动轨迹就是凸轮的轮廓曲线ꎮ斜撑块与凸轮都类属于偏心旋转结构ꎬ且在运动过程中始终与相邻结构件存在边缘接触行为ꎮ因此ꎬ离合器的正向设计与研究ꎬ可借鉴凸轮的相关理论与方法ꎮ假设斜撑块静止不动ꎬ同样从Ｑ点和Ｃ点开始楔入传动ꎬ如图３所示ꎮ此时令内轴和外套绕斜撑块的外圆弧中心Ａ点反向旋转ꎬ设中心Ｏ旋转至Ｏᶄ处时ꎬ斜撑块达到最大有效升程ꎬ依据上文的优化策略ꎬ此时内外圆弧上的Ｑᶄ㊁Ｃᶄ点将同时成为翻转接触点ꎮ类似于反转法ꎬ将斜撑块当作凸轮刚体ꎬ则内轴成为从动件被推动挤压ꎬ设变形后的内轴半径为Ｒᶄｉꎮ图３中的虚线所示为斜撑块的外套图３㊀仿凸轮反转算法在图３中ꎬφᶄ为旋转后圆心连线的新夹角ꎻｔ为内圆弧圆心至斜撑块对应边缘的距离ꎻ类似地ꎬＬ０Ｔ为斜撑块外圆弧圆心至边线的垂直距离ꎬ其他参数的意义与图２相同ꎮ在ΔＱᶄＢＤｉ中ꎬ存在关系式ｃｏｓ(øＱᶄＢＤｉ)＝ｔｒｉ(１１)和关系式øＡＢＯᶄ＝π－øＱᶄＢＤｉ－αꎻ在ΔＯᶄＡＢ中ꎬ存在关系式ｓｉｎφᶄＺ＝ｓｉｎ(øＡＢＯᶄ)Ｒ０－ｒ０＝ｓｉｎ(øＢＡＯᶄ)Ｒᶄｉ＋ｒｉ(１２)根据变量ｔ可求得φᶄ和Ｒᶄｉꎬ其中øＢＡＯᶄ＝π－φᶄ－øＡＢＯᶄꎮ此外ꎬ存在关系式øＤ０ＣᶄＡ＝π/２－(øＢＡＯᶄ－α)ꎬ且存在Ｌ０Ｔ＝ｒ０ｓｉｎ(øＤ０ＣᶄＡ)ꎬ由此可得ｂ＝Ｌ０Ｔ＋Ｚｃｏｓα＋ｔ(１３)由式(１１)－式(１３)及关系式可最终得到φᶄ和Ｒᶄｉꎬ进一步得到边距Ｌ０Ｔꎮ类似地ꎬ此时有㊀ＱᶄＣᶄ＝Ｒᶄ２ｉ＋Ｒ２０－２ＲᶄｉＲ０ｃｏｓφᶄ(１４)同理ꎬ根据式(１)与式(１０)可得结构优化后的斜撑块最大升程值ꎬ设为Ｓｒｙ２ꎮ显然ꎬＳｒｙ２为仿凸轮反转法计算所得的斜撑块有效升程ꎮ２㊀斜撑块有效升程的计算结果与分析文献[２]中的斜撑块规格与参数ꎬ是当前离合器设计与制造的主要参考对象ꎬ其相关原始数据如表１所示ꎮ考察本文关于有效升程的两种算法ꎬ需增设内外滚道的半径参数Ｒｉ和Ｒ０ꎬ并据此分别求得边距Ｌ０Ｄ和Ｌ０Ｔꎬ最终得到有效升程Ｓｒｙ１和Ｓｒｙ２ꎮ将以上参数与结果数据合并列于表２中ꎮ表１㊁表２中的基本斜撑块规格Ｊ０分成Ａ㊁Ｂ㊁Ｃ三种ꎬ分别为Ａ＝６.３０００ｍｍꎻＢ＝８.３３１０ｍｍꎻＣ＝１２.７０００ｍｍꎮ表１㊀常用斜撑块参数参数名称基本斜撑块规格Ｊ０ＡＢＣ斜撑块宽度ｂ/ｍｍ３.７３３４４.９２７６７.３１５２内侧型面半径ｒｉ/ｍｍ３.２５１２４.４９５８６.７３１０外侧型面半径ｒ０/ｍｍ３.３５２８４.５２１２７.０６１２中心距Ｚ/ｍｍ０.４１６６０.７４６８１.２０６５中心角α/(ʎ)３１.２６４０４９.８２１０４９.２６８０有效斜撑块升程Ｓｒ/ｍｍ０.２２８６０.３３０２０.５５８８表２㊀实例新增参数与有效升程参数名称基本斜撑块规格Ｊ０ＡＢＣ内轴外半径Ｒｉ/ｍｍ１２.５０００２２.２２５０６２.５０００外套内半径ｒｉ/ｍｍ１８.８０００３０.５５６２７５.２０００边距Ｌ０Ｄ/ｍｍ１.７０５４２.２４２５３.２６１７边距Ｌ０Ｔ/ｍｍ１.７５２９２.２８１７３.３９２１续表２参数名称基本斜撑块规格Ｊ０ＡＢＣ有效升程Ｓｒｙ１/ｍｍ(增长率Ｇｒｙ１/％)０.３０７２(３４.３８)０.４４９８(３６.２２)０.６７５７(２０.９２)有效升程Ｓｒｙ２/ｍｍ(增长率Ｇｒｙ２/％)０.３０６７(３４.１６)０.４４９０(３５.９８)０.６９４０(２４.１９)３㊀结果的分析与讨论分析表１和表２数据以及文中的分析与推导ꎬ可以得出以下几点:１)斜撑块的结构参数需进行适当调整ꎮ在表１的原始参数中ꎬ应增设边距参数ꎬ同时求解有效升程ꎮ其原因在于:宽度参数与边距参数结合ꎬ才能使得斜撑块的结构完全定形ꎬ这对于正向设计是非常重要的ꎻ两种求解算法表明ꎬ有效升程与内外滚道半径也是密切相关的ꎮ因此它本质上是一个变量ꎬ表１中的有效升程应归类为推荐值ꎮ２)斜撑块的结构优化策略是有效的ꎮ在不改变原始结构参数的条件下ꎬ仅在宽度方向增设边距参数ꎬ使斜撑块内外圆弧面与对应滚道的有效楔合弧长合理分配ꎬ当斜撑块受载翻转时内外圆弧边界点同为翻转接触点ꎬ从而获得最大升程ꎮ表２中的结果验证了此优化策略的有效性:相比表１中的推荐值ꎬ两者的平均增长率分别达到了３４.２７４％㊁３６.０９９％和２２.５５７％ꎮ在前人的文献中对此结构细节的研究较少ꎬ但对离合器的整体性能来说ꎬ却是非常重要的ꎮ３)等行程算法与仿凸轮反转算法相互验证ꎬ结果表明两种算法是可行的ꎮ基于文中的优化策略ꎬ借鉴轴承及凸轮的运动学原理和设计方法ꎬ分别对斜撑块结构特征进行解析ꎬ推导出有效升程的计算方法和新的边距参数ꎮ将表２中两种算法得到的升程进行对比ꎬ相对偏差只有０.０８１％㊁０.０８９％和１.３３６％ꎮ即两种算法所得结果非常接近ꎬ离散性很小ꎬ因此它们是有效且相对准确的ꎮ４)文中的两种算法是有一定误差的ꎮ首先ꎬ等行程算法基于滚动轴承中圆球形滚子的运动特征ꎬ但斜撑块的结构是基于两个偏心的圆弧ꎬ楔合翻转过程中的内外滚道和斜撑块本身都发生挤压变形ꎬ以致离合器的各结构参数发生变化ꎬ因此计算结果也相应存在误差ꎮ这里参考形位公差中圆度的确定方法ꎬ来进行斜撑块误差的度量ꎬ可表示为关系式ε＝ＳｒＪ０(１５)式中ε为斜撑块的圆度误差ꎮ下面将优化后的３种标准斜撑块的ε值列于表３中ꎮ表３㊀斜撑块的圆度误差规格Ｊ０/ｍｍＡＢＣ圆度误差ε/％４.８７６２５.３９９１５.３２０５㊀㊀可见ꎬ斜撑块的圆度误差在５％左右ꎬ这是导致有效升程的求解结果具有一定误差的原因ꎮ其次ꎬ仿凸轮反转算法将斜撑块视为刚体ꎬ以致变形集中发生于内轴ꎬ故据此求解的结果与实际变形也存在差异ꎬ因此也是有一定误差的ꎮ４㊀结语本文提出的关于斜撑离合器有效升程的优化策略及求解算法ꎬ是以圆弧型面的离合器为研究对象的ꎮ但鉴于摩擦式离合器工作原理的相似性ꎬ本文所涉及的原理和算法可以覆盖强制约束和全相位两种类型的离合器结构ꎬ也可以覆盖诸如阿基米德螺线型面和对数螺线型面等其他结构形式的离合器ꎮ参考文献:[１]ＫＩＳＨＪ.Ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒｆｒｅｅｗｈｅｅｌｕｎｉｔｄｅｓｉｇｎｇｕｉｄｅ[Ｒ].[Ｓ.Ｉ.]:ＤｅｆｅｎｓｅＴｅｃｈｎｉｃａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒꎬ１９７７.[２]ＺＨＡＮＧＦꎬＧＡＯＺＦꎬＬＵＷＨ.Ｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｄｅｓｉｇｎｏｆａｎｅｗｔｙｐｅｗｅｄｇｅｓｕｒｆａｃｅｓｏｆｓｐｒａｇｏｖｅｒｒｕｎｎｉｎｇｃｌｕｔｃｈ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１３ꎬ８２３:４３￣４６..[３]ＨＵＡＮＧＣꎬＺＨＡＯＹＱꎬＬＩＵＭ.Ａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃｓｐｒａｇｃｌｕｔｃｈｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｐｒｏｆｉｌｅｍｏｄｉｆｉｃａｔｉｏｎ[Ｊ].ＳｈｏｃｋａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎꎬ２０１８ꎬ２０１８:１￣１３. [４]ＨＵＡＮＧＣꎬＬＩＵＭꎬＺＨＡＯＹＱ.Ａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｍｕｌｔｉａｒｃｓｐｒａｇｃｌｕｔｃｈｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｇｅｏｍｅｔｒｙａｎｄｉｎｔｅｒｎａｌｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｄｕｒｉｎｇｅｎｇａｇｅｍｅｎｔ[Ｊ].ＳｈｏｃｋａｎｄＶｉｂｒａｔｉｏｎꎬ２０１７ꎬ２０１７:１￣１３. [５]ＬＩＵＺＨꎬＹＡＮＨＺꎬＣＡＯＹＭ.Ｄｅｓｉｇｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｌｏｇａｒｉｔｈｍｉｃｓｐｉｒａｌｔｙｐｅｓｐｒａｇｏｎｅ－ｗａｙｃｌｕｔｃｈ[Ｊ].ＪｏｕｒｎａｌｏｆＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬ２０１５ꎬ２２(１２):４５９７￣４６０７.[６]ＱＩＮＧＭＨꎬＹＡＮＨＺꎬＴＡＮＷＺ.Ｔｈｅｅｆｆｅｃｔｓｏｆｔｈｅｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇｅｒｒｏｒｓｏｆａｇｒｏｕｐｏｆｓｐｒａｇｓｏｎｔｈｅｅｎｇａｇｅｍｅｎｔｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｓｐｒａｇｃｌｕｔｃｈ[Ｊ].ＡｄｖａｎｃｅｄＭａｔｅｒｉａｌｓＲｅｓｅａｒｃｈꎬ２０１３ꎬ７４４:１８￣２２.[７]ＱＩＮＧＭＨꎬＹＡＮＨＺꎬＴＡＮＷＺ.Ｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｊｕｄｇｍｅｎｔｏｆｓｐｒａｇｃｌｕｔｃｈｂａｓｅｄｏｎｗｅａｒｌｏｓｓ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１３ꎬ３７８:３２９￣３３４.[８]ＪＩＡＮＧＹＹꎬＹＡＮＧＺＲꎬＳＨＩＫＨ.Ｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｗｅａｒｒｅｓｉｓｔａｎｔｌｉｆｅｏｆｔｈｅｓｐｒａｇｃｌｕｔｃｈｂｙｕｓｅｄｔｈｅｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ[Ｊ].ＡｐｐｌｉｅｄＭｅｃｈａｎｉｃｓａｎｄＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１１ꎬ８６:２６０￣２６２.[９]朱楚ꎬ朱如鹏ꎬ靳广虎.对斜撑超越离合器力学性能的影响分析[Ｊ].机械制造与自动化ꎬ２０１２ꎬ４１(５):１１￣１３ꎬ２０. [１０]严宏志ꎬ王志标ꎬ朱楚ꎬ等.楔块重心位置对斜撑离合器性能的影响[Ｊ].中国机械工程ꎬ２０２１ꎬ３２(３):２５３￣２６０. [１１]韩红雨ꎬ宗晓明ꎬ张作超ꎬ等.斜撑式超越离合器静态试验机[Ｊ].轴承ꎬ２０２０(８):５２￣５５.[１２]冈本纯三.球轴承的设计计算[Ｍ].黄志强ꎬ译.北京:机械工业出版社ꎬ２００３.[１３]ＦＡＲＩＤＡ.计算机辅助设计与制造[Ｍ].２版.北京:清华大学出版社ꎬ２０１６.[１４]郑树琴.机械原理[Ｍ].北京:国防工业出版社ꎬ２０１６.收稿日期:２０２１０１２５。
钢结构斜撑接点设计及其重要性一、引言在现代建筑工程中，钢结构已成为主要的结构形式之一。
钢结构具有强度高、自重轻、施工速度快等优点，因此广泛应用于厂房、仓库、桥梁、高层建筑等各类建筑。
在钢结构设计中，斜撑作为一种重要的构件，对于提高结构的整体稳定性和抗震性能具有关键作用。
本文将围绕钢结构斜撑接点进行详细探讨，分析其设计要点和重要性。
二、钢结构斜撑的基本概念与作用斜撑是一种连接钢结构柱和梁的构件，其主要作用是增加结构的整体稳定性，抵抗水平荷载和地震作用。
斜撑通过将柱与梁之间的力传递路径改变为斜向，使结构在水平荷载作用下能够更好地分散和传递内力，从而降低结构的变形和破坏风险。
此外，斜撑还能有效提高结构的整体刚度和承载能力，对于改善结构的抗震性能具有重要意义。
三、斜撑接点的设计要点1. 接点类型的选择：斜撑接点的类型主要有焊接接点、螺栓接点和混合接点等。
在选择接点类型时，需综合考虑结构的安全性、施工便捷性和经济性。
焊接接点具有较高的刚度和承载能力，但施工质量和工艺要求较高；螺栓接点施工方便，易于调整和更换，但成本较高。
因此，在实际工程中应根据具体情况进行权衡和选择。
2. 接点位置的确定：斜撑接点的位置应根据结构的整体布局和受力特点来确定。
一般来说，接点应设置在柱与梁的交点处或附近，以便有效地传递内力。
同时，接点的位置还应考虑施工方便和结构美观等因素。
3. 接点细节设计：斜撑接点的细节设计包括焊缝尺寸、螺栓规格、连接板厚度等方面的确定。
这些细节设计应根据接点的受力特点和设计要求进行计算和校核，确保接点的安全性和可靠性。
此外，还应考虑接点的防腐、防火等处理措施，以提高其耐久性和使用寿命。
四、斜撑接点的重要性1. 提高结构整体稳定性：斜撑接点的合理设计可以有效地提高钢结构的整体稳定性，使结构在承受水平荷载和地震作用时能够保持较好的整体性能，降低结构失稳和破坏的风险。
2. 改善结构抗震性能：斜撑作为一种有效的抗震构件，通过其合理的布置和设计，可以有效地提高钢结构的抗震性能。
