橋梁支座選型分析

1、橋梁支座的主要功能是將上部結構反力可靠地傳遞給墩臺，并同時完成梁體結 構受力所需的變形(水平位移及轉(zhuǎn)角)。與其它類型的橋梁支座相比較，橡膠支 座具有構造簡單、加工容易、用鋼量少、造價低、安裝方便、吸震效果好、工 作性能可靠等諸多優(yōu)點。中小跨徑公路橋梁一般采用板式橡膠支座，板式橡膠 支座制作材料不同、規(guī)格多樣、功能各異。板式支座常規(guī)型板式阻尼橡膠支座適用于抗震設防烈度為 6度及以下地區(qū)的橋梁，抗震 型板式阻尼橡膠支座適用于抗震設防烈度為 7度地區(qū)的橋梁；根據(jù)位移功能分 為固定型、滑動型兩種結構，滑動型通常設置在邊墩或橋臺上。調(diào)坡型板式阻尼橡膠支座適用于匝道、彎道及坡度較大的橋梁，要求該橋梁的 所

2、有支座均為調(diào)坡型。濟及固定型i.GCBZ-GD)常規(guī)滑鈉型GCBZ-HD)抗震固建型GCBZ(KZhGD)橋梁設計者如果選型不當，將會帶來諸多問題，如支座承載力不夠或富余太多、 支座太厚或太薄導致變形量太大或不足、選材不當引起橡膠過早老化等。這些 問題將直接導致各種橋梁病害的發(fā)生，使支座過早破壞而不得不提前更換，其 帶來的高額維修費用和不良社會影響不言而喻。所以，從數(shù)以千計的規(guī)格型號 中選擇合適的橋梁板式橡膠支座是設計支座的關鍵。支座布置原則支座的布置合理與否將直接影響到支座的受力狀況，通常本系列支座的布置應 考慮以下基本原則： 支座必須能可靠地傳遞梁體的垂直和水平反力，又要使由于梁體變形所產(chǎn)

3、生的 縱、橫向位移及縱、橫向轉(zhuǎn)角（或平面轉(zhuǎn)動）不受約束；簡支梁所有支座均采用固定型支座；多跨連續(xù)梁中墩設置固定型支座、邊墩或橋臺設置滑動型支座，對于聯(lián)長較大 的可將距橋梁中心較遠的中墩設置滑動型支座；大坡度橋梁設置自調(diào)坡型支座，要求同一橋梁支座均為自調(diào)坡型支座，不得與 其它類型支座混合使用；簡支梁支座布置方式如卜用示點;簡支T梁板式阻尼橡膠支座布置示意00o0簡支箱梁板工叫尼曝收支座布置示意常理過淙梁支用布置仃式如下圖示意，t* G * Gh . 0* （）連續(xù)T梁板式口 舊橡膠支座布置示意/OOC*O0o旌續(xù)箱梁板式印尼橡咬支座布置示意圖例：0表示固定支座（GD）中 表示滑動中支用（HD）各

4、種橡膠材料特性常用的橡膠材料有：天然橡膠（NR）、氯丁橡膠（CR）和三元乙丙橡膠。三種材料 各有優(yōu)缺點和適用范圍。天然橡膠：具有較高的拉伸強度、優(yōu)異的彈性、良好的耐磨耗性和耐低溫性等 多項優(yōu)良性能，是綜合性能較好的膠種。但它的耐老化性能，特別是耐臭氧老 化及抗紫外線老化性能較差。氯丁橡膠：具有優(yōu)良的耐天候老化和良好的耐臭氧老化性 （抗臭氧老化性能比大 然橡膠高12倍以上），拉伸強度較高，彈性良好，抗腐蝕性良好，并且具有一 定的耐油性。是國內(nèi)外橋梁橡膠支座普遍采用的主體材料，但其耐低溫性能較 差，這限制了其在北方寒冷地區(qū)的使用。三元乙丙橡膠：是一種高分子材料，具有優(yōu)異的耐老化及耐高、低溫性能，在

5、55c下仍有屈撓性，在 100c下能長期工作。止匕外，其抗沖擊性好，吸水性小， 耐酸堿化學腐蝕性好。主要缺點是與金屬粘結性能較低，但這一缺點正在逐步 得到改善。結合上述三種橡膠材料的主要優(yōu)缺點，選用橡膠支座材料時，主要應考慮橋位所在地區(qū)的氣溫條件。一般來說，氣溫在 -25+60C地區(qū)可選用氯丁橡膠支座， 我國長江以南廣大地區(qū)普遍適合這種情況；-40+60C地區(qū)可選用三元乙丙橡膠 支座或天然橡膠支座。止匕外，對于高緯度、高海拔地區(qū)，如當?shù)刈贤饩€輻射強 烈或空氣中臭氧含量較高時，應避免選用天然橡膠支座。BOBO選定支座外觀形狀橋梁板式橡膠支座按形狀可分為矩形板式橡膠支座、圓形板式橡膠支座、球冠 圓

6、板式橡膠支座、坡形橡膠支座等。由于圓形橡膠支座機械性能在平面上的各 向同性，更適用于彎、坡、斜、寬橋梁及其它多向變位的橋梁；矩形橡膠支座 長短邊抗剪剛度的大小差別決定其更適用于以縱橋向變位為主的單向變位橋梁， 此時，應將支座短邊順橋向擺放，以盡量減小支座對橋梁縱向變位的約束，將 梁體變位對墩臺產(chǎn)生的水平力減至最小。球冠圓板橡膠支座是在圓形板式橡膠支座的基礎上變化而成，其中間層橡膠和 鋼板布置與圓形板式橡膠支座完全相同，而在支座頂面用純橡膠制成球形表面， 球面中心橡膠最大厚度為413mm球面邊緣15mm以適應3%到5%縱橫坡下, 梁與支座接觸面的中心趨于圓形板式橡膠支座的中心。梁端反力通過球面表

7、面 橡膠逐漸擴散傳至下面幾層鋼板和橡膠層。實際采用時，也可根據(jù)不同坡度需 要調(diào)整球冠半徑。由于其能適應較大的橋梁坡度，不用專門設置梁靴，極大地 方便了設計和施工，一度被認為是圓形板式橡膠支座的成功改進，在各種布置 復雜、縱橫坡較大的立交橋及高架橋上多有采用。坡形板式橡膠支座球寇圓板式橡膠支座坡形板式橡膠支座球寇圓板式橡膠支座聚四氟乙稀球寇圓板式橡膠支座與圓形板式支座到球冠圓板式橡膠支座的改進嘗試一樣，矩形板式橡膠支座也 作了許多改進嘗試，以期能適應各種橋梁縱坡的情形，坡形板式橡膠支座就是 在這種情形下產(chǎn)生的。其斜坡的角度依據(jù)橋梁的縱橫坡而制造，安裝時無須準 備楔塊或?qū)α旱鬃鱿鄳幚恚奖懔藰蛄?/p>

8、的設計與施工。但是，隨著球冠及坡形支座越來越多地被采用，其在實用中暴露出來的缺陷也 日益明顯。新橋梁通用規(guī)范中明確指出，公路橋涵中不宜使用帶球冠的板式 橡膠支座或坡形的板式橡膠支座。所以，在設計中對這兩種支座應慎用。公路橋涵板式橡膠支座中還規(guī)定，支座的四氟滑板不得設置在支座底面, 與四氟滑板接確的不銹鋼板也不能設置在橋梁墩、臺墊石上，這也就徹底否 定了聚四氟乙稀球冠板式橡膠支座的設計理念。合理安排各墩臺橡膠支座厚度對于多跨連續(xù)梁橋，為簡化設計和施工，各墩臺可選用相等厚度的支座。當一 聯(lián)中跨數(shù)較多時，上述作法并不可取。因為一聯(lián)橋長較長時，所選支座必然較 厚。橋梁上部結構在承受汽車制動力時，支座越

9、厚，則產(chǎn)生的縱橋向變形量也會越大，這就使梁體的下滑變位趨勢更加明顯，尤其當橋梁縱坡較大時，加上 汽車沖擊震動的影響，梁體變位可能會超出橡膠支座允許的變形量，造成支座 被剪壞。如支座老化較嚴重，這種大的梁體變位還可能造成支座永久性塑性變 形，致使支座變形功能失效。大的梁體變位還會對橋梁伸縮縫產(chǎn)生更大的壓力為避免上述情形發(fā)生，可在一聯(lián)中居中的若干橋跨內(nèi)選用較薄的橡膠支座，形 成支座不等厚設計。這樣雖然會增加設計和施工的麻煩，但中跨薄支座相對起 到了固定支座的作用，能有效地減少梁體下滑變位作用。對于高墩或大縱坡的 梁式橋，最好能有23個墩與梁周結，以避免連續(xù)梁體下滑（實橋觀測表明，上 述情形下不采取

10、切實措施，梁體下滑不可避免 ）。當然，在特殊情形下，還可以利用上述分析，有意加厚或減薄某些墩、臺上橡膠支座的厚度，以控制墩、臺水平力分配。實例分析：某特大橋的引橋，上部結構為4-30米先簡支后連續(xù)預應力鋼筋碎小 箱梁，采用薄壁墩，肋臺，鉆孔灌注樁基礎，引橋自成一聯(lián)，橋型圖如圖所示。汽車荷載采用公路I級，按最大升溫25 ,最大降溫+ 硅收縮及徐變合計40。計算溫度力。一車道制動力Fk=165kn。采用彈性基礎-m法求得墩臺及基礎的抗 彎剛度后，按墩臺與支座組合剛度進行水平力分配，結果如下表所示：墩臺號3#體6件7#支師型號(每域臺單痞L0 ”GYZHi2S0X65GYZ675X66GY2*375

11、X55GYZ*37SX gGYZl?4250X65?林點屋用號it th)209444001)4r12440011域右蛻推剛度(kwtti)14463114745000000支座與塔臺組合執(zhí)推 剛度加m)MS12946111731084J豪人文契摩阿力(Lu.263 R占S7&9213J.9升溫度力(kn)100.933-電1-305.9降海嚏力(kn)447.?161.455-1U,O-48.4華電制動力*01122.2+ 105 5102 300需要說明的是，由于3#墩和7#臺承受的溫度力大于最大支座摩阻力，四氟滑板 支座將發(fā)生滑動，故汽車制動力將進行重分配，造成制動力全部由4、5、6#%

12、承擔，3#墩和7#臺分配到的制動力均為00從計算結果可以看出，作為中間墩的 5#墩，承受的溫度力幾為0,如減薄5#% 上的支座厚度，可增大其組合剛度，從而分配到更多的制動力，為其它墩減負， 使得各墩承擔的水平力更加均衡。故在任何橋長情況下，采用各墩臺支座不等 厚設計均是經(jīng)濟、合理的作法。橡膠支座計算中應注意問題.支座有效承壓面積A計算支座壓應力時，應采用支座有效承壓面積(即承壓加勁鋼板面積)。同樣， 計算支座形狀系數(shù)時，亦應采用加勁鋼板尺寸進行計算。老橋規(guī)是以支座外觀 尺寸代入計算的，應注意調(diào)整我們的計算習慣。.剪變模量G常溫下橡膠支座的剪變模量 G=1.0MPa實際設計時，G值應注意按橋位所

13、在地區(qū)氣溫條件進行調(diào)整。當累年最冷月平均溫度的平均值為0-10C時，G值應增大20%當?shù)陀?10C時，G值應增大50%當?shù)陀?25 C時，G值采用2.0MPa.支座橡膠層總厚度te進行橡膠支座厚度計算時，容易將te誤認為是支座的總厚度t,實際上te應為 支座橡膠層總厚度，即te=t-nt 0o其中n為支座中加勁鋼板的層數(shù)；3為每層 加勁鋼板的厚度。在一些支座參考資料(特別是一些老的參考資料)中，并沒有直接列出每種規(guī)格支座的te值，設計選型時多有不便。這時就需要根據(jù)支座形狀系數(shù)S (資料中均會給出)的計算公式矩形支座上 S- p圓形支座t 與二d./ 坦形支座加勁鋼板框邊尺寸 Itef 拒形支座

14、加勁鋼板長邊尺寸4_圖形支座加勁綱板直徑一支空中間單層糠膠片厚叟.常用的力值有5、g. 11和15rmi四種 反算出H.再根據(jù)公式f =彳一4 + fliti n 作+ fii-1/tj + riioy_四贏滑板厚度.九或力4500mm時*y2mm,杳則3mmU上. 下保護脫層厚度.一皆為Umm用_每層加勁鋼板的厚度. %或乩500mm時*，片2mm.杏則跖芬2 5mm. 一般為3nlm成算出n及&(#：!層，3型號支座M值可能會與以上列出的營用道有出入，所以需試算卜1.形狀系數(shù)S取值在實際選型時會發(fā)現(xiàn)，同種平面尺寸的橡膠支座一般會有幾種支座形狀系數(shù) 可供選擇。這是因為同種平面尺寸支座一般會采

15、用幾種不同的中間單層橡膠 片厚度t1來生產(chǎn)，實際上這是不同型號的支座，具加勁鋼板的層數(shù)往往會 相差13層。S值小則t1相對較厚，其允許轉(zhuǎn)角正切值相應較大，比較適合 大跨徑橋梁或梁端撓曲變形較大的情形，設計時可根據(jù)實際情況選用。還有，新橋規(guī)規(guī)定支座形狀系數(shù)應在5 S 12范圍內(nèi)取用，這就使得一些按老的公路橋涵板式橡膠支座規(guī)范制造的橡膠支座S值可能會超出這一范圍。選用時應注意核實，避免選用到不合要求的支座型號，造成日后變更 設計。及時更新手頭的橡膠支座參考資料能有效避免上述情形發(fā)生。.四氟滑板支座尺寸及厚度計算橋規(guī)中僅對四氟滑板支座的摩擦力提出了要求，并未直接說明該如何確定四 氟滑板支座的平面尺寸

16、和橡膠層厚度。很多時候，設計人員會將四氟滑板支 座的平面尺寸和厚度取得與相鄰墩的普通板式橡膠支座等厚或干脆偏大取值， 這都是不嚴謹?shù)淖龇ā嶋H上，通過逐一分析普通板式橡膠支座的計算公式， 就能發(fā)現(xiàn)除摩擦力要求外，四氟滑板支座還需要驗算以下項目：支座有效承壓面積計算公式Ar電G艮上支座壓力標準值，汽車荷載應計入沖擊系數(shù)b一支唾使用階段平均壓應力限值,取1O.0MP苜該式對四氟滑板支座何樣適用，可用于確定四氟滑板支座的平面尺寸.豎向平均壓縮變形條件 _ 貝戌- R/e0占5 (0.07/叫4瓦NZ2 w .區(qū)支座豎向平均壓縮變形上部結杓撓曲在支座頂面引起的便角.以及支里直接設置于不大于1%縱坡 的

17、梁底面下.在支座頂面引起的縱坡坡角(rad)。實測密料顯示，物口8值對于混凝土 橋L3O0：里僑己1/500.實際日值應根據(jù)梁的撓度進行計算, 及支座抗壓彈性模量，5.4 400X55GYZ*4Q0 ： 66CYZTG” XS全部支座剛度fkn加2W44 s5235361T4552320944中臺抗擅剛胤(kri m)1444511913314645148745DOOOOOT號與常含妲合抗疳(氯kn m1S295IM： 311503112112CT8升指置力(kh)279 4104 73 1-SL 0CM 1隆溫度力(kn)447 1167.65.0-129.6-490 1二車滋制動力00 122 9+ 104 9t IK工。0分析上表計算結果可知，全橋橋墩整體支座大小變化對汽車制動的分配結果影 響不大(最大1.2%),但對由溫度變化產(chǎn)生的水平力的影響不可忽視。支座增