第八章-橋梁支座

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BridgeEngineering2024/1/281

橋梁工程教學(xué)內(nèi)容：

第8章橋梁支座

8.1概述

8.2橋梁支座的類型和構(gòu)造

8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算2024/1/282

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§8.1概述

8.1橋梁支座概述

支座的作用傳遞上部結(jié)構(gòu)的各種荷載適應(yīng)溫度、收縮徐變等因素產(chǎn)生的位移

橋梁的支座：橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件。它能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形（位移和轉(zhuǎn)角）可靠的傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)，從而使結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與計(jì)算的理論圖式相符合。2024/1/283

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§8.1概述

支座布置簡支梁橋一般一端采用固定支座,一端采用活動(dòng)支座。連續(xù)梁一般每一聯(lián)中的一個(gè)橋墩設(shè)固定支座.支座的設(shè)置應(yīng)有利于墩臺(tái)傳遞水平力。

按受力特性分為固定支座活動(dòng)支座：豎向力

水平力豎向力2024/1/284

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§8.2支座的類型和構(gòu)造支座通常用鋼，橡膠等材料來制造主要類型：簡易墊層支座板式橡膠支座盆式橡膠支座鋼支座橡膠支座鋼筋混凝土支座拉力支座2024/1/285

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的跨徑、支點(diǎn)反力的大小、梁體的變形程度等因素來選取支座類型。橋梁支座的選取中小跨度公路橋一般采用板式橡膠支座大跨度連續(xù)梁橋一般采用盆式橡膠支座鐵路橋采用鋼支座2024/1/286

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§8.2支座的類型和構(gòu)造一、簡易墊層支座采用幾層油毛氈或石棉制成，壓實(shí)后的厚度不小于1cm，可用于跨徑小于10m的板梁橋。2024/1/287

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§8.2支座的類型和構(gòu)造二、鋼支座1、弧形鋼支座適用范圍：跨徑1020m構(gòu)造特點(diǎn)：由上下墊板所組成，下墊板頂面切剝成圓柱體。固定支座需在上墊板上做齒槽（或銷孔），在下墊板上焊以齒板（或銷釘），安裝后使齒板嵌入齒槽(或銷釘伸入銷孔)，以保證上下墊板之間不發(fā)生相對水平位移2024/1/288

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§8.2支座的類型和構(gòu)造2、輥軸支座2024/1/289由上擺、鉸軸、下擺，輥軸及其連接件、底板等部件組成，材料一般為鋼材。輥軸支座即為活動(dòng)鉸支座，是實(shí)現(xiàn)支座移動(dòng)功能的部件，為防止其傾倒，在兩輥軸上設(shè)有牙板，插入下擺和底板的槽口內(nèi)，可隨輥軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。詳細(xì)構(gòu)造如下圖所示：

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§8.2支座的類型和構(gòu)造輥軸支座的優(yōu)缺點(diǎn)2024/1/2810優(yōu)點(diǎn)：輥軸支座的作用是釋放水平約束，主要用于結(jié)構(gòu)水平推力的釋放，包括溫度應(yīng)力和結(jié)構(gòu)拱效應(yīng)產(chǎn)生的推力。

在橋梁結(jié)構(gòu)等大跨度結(jié)構(gòu)中輥軸支座的應(yīng)用廣泛，尤其是按照簡支梁設(shè)計(jì)的時(shí)候，設(shè)置輥軸支座可以釋放掉傳到橋墩或者支架的水平力，降低結(jié)構(gòu)造價(jià)。鐵路橋梁要釋放溫度應(yīng)力，允許桁架梁自由伸縮，主要是考慮限制溫度變形可能會(huì)引起鐵軌變形。

缺點(diǎn)：a.下擺牙板槽口易切入牙板邊，導(dǎo)致牙板破損而不能實(shí)現(xiàn)輥軸的轉(zhuǎn)動(dòng)；

b.輥軸不均勻滾動(dòng)，連接件承受較大的附加力，可能導(dǎo)致螺釘發(fā)生變形-彎曲-頸縮-折斷，螺釘折斷后會(huì)導(dǎo)致輥軸發(fā)生嚴(yán)重傾斜。

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§8.2支座的類型和構(gòu)造2024/1/28113、鋼筋混凝土支座鋼筋混凝土支座分為擺柱式支座，混凝土鉸。（1）擺柱式支座：活動(dòng)部分由鋼筋混凝土擺柱構(gòu)成的活動(dòng)支座。外形和活動(dòng)機(jī)理與割邊的單輥軸支座鋼支座相同，但在構(gòu)造上則用矩形截面的鋼筋混凝土短柱來代替輥軸的中間部分，輥軸的頂部和底部為弧形鋼板，常用于跨徑大于20m的鋼筋混凝土或預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋。（2）混凝土鉸：通過縮小混凝土截面來降低截面剛度，因此能產(chǎn)生少量轉(zhuǎn)動(dòng)而能承受足夠的軸力的一種簡化支座。鋼筋混凝土支座

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

板式橡膠支座有矩形和圓形。支座的橡膠材料以氯丁橡膠為主，也可采用天然橡膠。氯丁橡膠一般用于最低氣溫不超過-250C的地區(qū)，天然橡膠用于-300C

-400C的地區(qū)。三、橡膠支座1、板式橡膠支座2024/1/2812

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

根據(jù)試驗(yàn)分析，橡膠壓縮彈性模量E、容許壓應(yīng)力[

]和容許剪切角[tgr]的數(shù)值，均與支座的形狀系數(shù)S有關(guān)。形狀系數(shù)為橡膠支座的承壓面積與自由表面積之比，矩形支座為：式中：a

順橋方向橡膠支座的長度；

b

橫橋方向橡膠支座的寬度；

t

中間橡膠層的厚度。2024/1/2813

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

為滿足橡膠的容許壓應(yīng)力和使支座能適應(yīng)梁端轉(zhuǎn)動(dòng)的要求，支座的長度a與寬度b之比取決于主梁下的有效寬度及所需的剪切角

。一般應(yīng)充分利用有效寬度b，而盡可能減小a的尺寸，以降低轉(zhuǎn)動(dòng)阻抗力矩（它與a5成正比）。根據(jù)支座穩(wěn)定的要求，支座的總厚度不得大于平面最小尺寸的30%。2024/1/2814

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§8.2支座的類型和構(gòu)造形狀系數(shù)2024/1/2815

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§8.2支座的類型和構(gòu)造構(gòu)造特點(diǎn)：常用的板式橡膠支座采用薄鋼板或鋼絲網(wǎng)作為加勁層以提高支座的豎向承載能力。變形機(jī)理：（1）不均勻彈性壓縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；（2）剪切變形實(shí)現(xiàn)水平位移；（3）無固定和活動(dòng)支座之分。性能指標(biāo)：（1）容許應(yīng)力；（2）彈性模量和剪切模量（3）容許剪切的正切值。適用范圍：支座反力為70－3600kN的公路、城市橋梁。局限性：易老化。2024/1/2816

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§8.2支座的類型和構(gòu)造2、四氟滑板式橡膠支座2024/1/2817

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§8.2支座的類型和構(gòu)造坡型板式橡膠支座2024/1/2818

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§8.2支座的類型和構(gòu)造鉛芯橡膠支座2024/1/2819

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§8.2支座的類型和構(gòu)造4、橋梁盆式橡膠支座

盆式橡膠支座是鋼構(gòu)件與橡膠組合而成的新型橋梁支座。具有承載能力大、水平位移量大、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，適用于支座承載力為1000KN以上的大跨徑橋梁。盆式橡膠支座分固定支座與活動(dòng)支座?；顒?dòng)盆式橡膠支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承壓橡膠塊、橡膠密封圈、中間支座板、鋼緊箍圈、下支座板以及上下支座連接板組成。組合上、中支座板構(gòu)造或利用上下支座連接板即可形成固定支座。2024/1/2820

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§8.2支座的類型和構(gòu)造盆式橡膠支座2024/1/2821

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§8.2支座的類型和構(gòu)造盆式橡膠支座構(gòu)構(gòu)造要點(diǎn)1.鋼盆2.承壓橡膠板3.鋼襯板4.聚四氟乙烯板5.上支座板6.不銹鋼滑板7.鋼緊箍圈8.密封膠圈2024/1/2822

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§8.2支座的類型和構(gòu)造2024/1/2823

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

固定與滑動(dòng)盆式橡膠支座多向活動(dòng)支座2024/1/2824

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§8.2支座的類型和構(gòu)造縱向活動(dòng)支座2024/1/2825

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§8.2支座的類型和構(gòu)造5、其它支座

QGZ球型鋼支座2024/1/2826

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§8.2支座的類型和構(gòu)造QGZ球型鋼支座2024/1/2827

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

四、成品盆式橡膠支座的選配１、成品盆式橡膠支座的系成品盆式橡膠支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我國交通部中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座；TPZ-1則表示我國鐵道部科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座。另外，還有其它科研院所設(shè)計(jì)的類同系列的盆式橡膠支座。這些系列支座，適用于各類橋梁及類似受力與變形特性的工程結(jié)構(gòu)，并非有明確的公路、鐵路或其它工程結(jié)構(gòu)之分。各種系列的盆式橡膠支座噸位一般從1000起至50000，最多分為近40個(gè)級(jí)；并以DX、SX、GD分別表示單向、雙向活動(dòng)支座及固定支座，而GDZ則為抗震型固定支座的代號(hào)。

2024/1/2828

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§8.2支座的類型和構(gòu)造２、成品盆式橡膠支座的地區(qū)適用性

成品盆式橡膠支座的適用地區(qū)應(yīng)考慮溫度和地震兩個(gè)因素。以確定適配常溫型或耐寒型支座和采用何種震型支座或抗震措施。2024/1/2829

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

3、各種類型成品盆式橡膠支座的合理選配

盆式橡膠支座能否適用于所設(shè)計(jì)的橋梁，當(dāng)然首先考慮的是其容許轉(zhuǎn)角及水平能承受的推力能否滿足要求。一般來說，GPZ、TPZ-1（抗震型固定支座）等系列的支座對這兩個(gè)要求均能滿足。若轉(zhuǎn)角和水平推力超出容許范圍，則需要改變支座的設(shè)計(jì)。轉(zhuǎn)角特大，可采用球型支座。

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

關(guān)于在橋梁設(shè)計(jì)中支座如何合理選用問題，即究竟選用何種類型的支座，則需根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)圖式的要求決定。當(dāng)然，在一般情況下，固定端選用固定支座，活動(dòng)端選用活動(dòng)支座。但若橫橋向伸縮值不容忽視的時(shí)候，結(jié)構(gòu)圖式的固定端就不能單一采用GD（固定支座）類型的支座。這是由于現(xiàn)代橋梁的橋面越來越寬，超過20米已屢見不鮮，這時(shí)由溫度等因素引起的橫橋向伸、縮量便不可忽略了，有的可達(dá)到中等跨徑橋梁縱向的伸縮量。為保證梁不發(fā)生縱向位移，又能滿足多梁式寬橋的橫橋向位移，這時(shí)可將單方向活動(dòng)支座轉(zhuǎn)過90°橫置梁下(如圖2-7-9)，使其順橋向起固定支座的作用下，而橫橋向則起活動(dòng)支座的作用。2024/1/2831

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

4、成品盆式橡膠支座承載能力的合理選擇

支座承載力大小的選擇，應(yīng)根據(jù)橋梁恒載、活載的支點(diǎn)反力之和及墩臺(tái)上設(shè)置的支座數(shù)目來計(jì)算。合適的支座一般為：最大反力不超過支座容許承載力的5%，最小反力不低于容許承載力的80%。規(guī)定最小反力的目的是保證支座具有良好的滑移性能，因?yàn)榫鬯姆蚁┌宓哪ゲ料禂?shù)與壓力成反比，如果低于規(guī)定的數(shù)值，則磨擦系數(shù)將會(huì)增大。2024/1/2832

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§8.2支座的類型和構(gòu)造

支座選配時(shí)，一般不必過多擔(dān)心支座的安全儲(chǔ)備，比如計(jì)算得到一個(gè)支座的最大反力為4100，最小反力為3700，那就選用承載力為4000的支座，這是因?yàn)?000支座的允許支反力變化范圍是3200～4200，不要從更安全的角度考慮加大支座的承載力而選用5000的支座。因?yàn)?000支座最低合適的承載力是4000，而最小支反力3700已小于此值，故不適宜選用。雖然我們規(guī)定最大反力，不超過容許承載力的5%，但支座實(shí)際的安全系數(shù)一般在5以上。2024/1/2833

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

一、支座受力特點(diǎn)作用在支座上的豎向力有結(jié)構(gòu)自重的反力。在計(jì)算汽車荷載支座反力時(shí)，應(yīng)計(jì)入沖擊影響力。當(dāng)支座可能出現(xiàn)上拔力時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算支座的最大豎向力和最大上拔力。直線橋梁的支座，一般僅需計(jì)入縱向水平力。斜橋和彎橋的支座，還需要考慮由于汽車荷載的離心力或其它原因如風(fēng)力等產(chǎn)生的橫向水平力。2024/1/2834

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力，應(yīng)按照公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范要求，根據(jù)車道數(shù)確定。剛性墩臺(tái)各種支座傳遞的制動(dòng)力，按規(guī)范中的規(guī)定采用。其中，規(guī)定每個(gè)活動(dòng)支座傳遞的制動(dòng)力不得大于其摩阻力；當(dāng)采用厚度相等的板式橡膠支座時(shí)，制動(dòng)力可平均分配至各支座。對于梁橋，地震地區(qū)橋梁支座的外力計(jì)算，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的地震烈度，按<<公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范>>的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和組合。2024/1/2835

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

二、板式橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算

根據(jù)橡膠支座和支承墊石混凝土的壓應(yīng)力不超過它們相應(yīng)容許承壓應(yīng)力的要求，確定支座平面面積。在一般情況下，面積由橡膠支座控制設(shè)計(jì)：

支座平面尺寸對于橡膠板對于混凝土2024/1/2836

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

支座高度

梁式橋的主梁由溫度變化等因素在支座處產(chǎn)生的縱向水平位移，依靠全部橡膠片的剪切變形

t來實(shí)現(xiàn),

與t的關(guān)系為：由

有2024/1/2837

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

--由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、橋面縱坡等因素，引起支座頂面相對于底面的水平位移。當(dāng)跨徑為L的簡支梁橋兩端采用等厚橡膠支座時(shí)，因溫度變化每個(gè)支座承擔(dān)的水平位移可取簡支梁向溫變變形的一半，--橡膠片容許剪切角的正切，可取用0.5～0.7，不計(jì)活載制動(dòng)力時(shí)用0.5；計(jì)及活載制動(dòng)力時(shí)取用0.7，則上式可寫成：2024/1/2838

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

--活載制動(dòng)力在一個(gè)支座上的水平力；--由制動(dòng)力引起在支座頂面相對于底面的水平位移，可按下式計(jì)算A

--橡膠支座的面積。G--橡膠的剪切模量，《橋規(guī)》規(guī)定：2024/1/2839

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

（二）支座偏轉(zhuǎn)與平均壓縮變形驗(yàn)算

主梁受荷撓曲時(shí)，梁端將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)角為(如下圖)，但不允許其與支座間產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。梁端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支座就受到一個(gè)偏心豎向力的作用，表面將產(chǎn)生不均勻的壓縮變形，一端為另一端為，其平均壓縮變形。N

h式中：E--橡膠支座的彈性模量。當(dāng)無試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可查閱<<公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范>>JTJ023-85，其值與支座的形狀系數(shù)有關(guān)，也可按下式計(jì)算2024/1/2840

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§8.3橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算

所以

《橋規(guī)》規(guī)定：

2024