淺談公路橋梁橡膠支座的設(shè)計(jì)與安裝

摘要:文章主要從橋梁支座的作用和種類、公路橋梁橡膠支座的種類、優(yōu)點(diǎn)及使用、橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算及安裝進(jìn)行闡述。

關(guān)鍵詞:橋梁;橡膠支座;設(shè)計(jì);安裝

中圖分類號(hào):U448.14 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1006-8937(2009)12-0021-02

1橋梁支座的作用和種類

支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支撐部分，其設(shè)置在梁板式體系中主梁與墩臺(tái)之間，作用是將橋跨結(jié)構(gòu)的荷載反力傳遞到墩臺(tái)上，并將集中反力擴(kuò)散到一個(gè)足夠大的面積上，以保證墩臺(tái)工作的安全可靠;是保證橋跨結(jié)構(gòu)在荷載、溫度變化、混凝土收縮等因素作用下能自由地變形，使結(jié)構(gòu)實(shí)際受力時(shí)情況與結(jié)構(gòu)的受力模型相符;是保證橋跨結(jié)構(gòu)在墩臺(tái)上的位置充分固定，使其不至滑落。支座按其作用可分為固定支座和活動(dòng)支座兩大類。固定支座的作用是將橋梁結(jié)構(gòu)固定在墩臺(tái)上并傳遞豎向應(yīng)力和水平力，允許橋梁結(jié)構(gòu)在沿著線路的豎直平面內(nèi)自由地轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能移動(dòng);活動(dòng)支座除了能自由地轉(zhuǎn)動(dòng)外，還應(yīng)允許在活、溫度變化及混凝土收縮的作用下，梁端可縱向水平移動(dòng)。

2公路橋梁橡膠支座的優(yōu)點(diǎn)及類型

2.1優(yōu)點(diǎn)

橡膠支座之所以被廣泛采用，是因?yàn)橄鹉z支座具有:構(gòu)造簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、加工制作容易、可定型生產(chǎn);用鋼量少、成本低;其橡膠彈性能消減上下部結(jié)構(gòu)所受的動(dòng)力，吸收部分振動(dòng)，可減振、抗震;可改善墩臺(tái)受力情況;能有效地分布水平力，適用于任意方向變形(寬橋、曲線橋、斜橋);安裝及更換方便等優(yōu)點(diǎn)。

2.2結(jié)構(gòu)

公路橋梁橡膠支座，主要可以分為板式橡膠支座和盆式橡膠支座。

①板式橡膠支座。板式橡膠支座的工作原理是以橡膠的不均勻彈性壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)梁的豎向轉(zhuǎn)動(dòng)，以橡膠塊的剪切變形來(lái)實(shí)現(xiàn)梁的水平位移。因而其無(wú)固定支座和活動(dòng)支座之分，所有縱向力和水平力由各個(gè)支座均勻分配，有加筋層的(橡膠板內(nèi)含有幾層一定厚度的不銹鋼板)可提高支座的抗壓強(qiáng)度和抗壓剛度，適用于中等跨徑的橋梁;無(wú)加筋層的僅適用于小跨徑的橋梁。標(biāo)準(zhǔn)跨徑1<40 m以內(nèi)的橋梁，一般可采用板式橡膠支座。板式橡膠支座有矩形和圓形兩種，一般當(dāng)斜度大于10°時(shí)采用圓板形支座，否則采用矩形支座?？筛鶕?jù)實(shí)際的位移量及支座反力大小來(lái)確定板式橡膠支座的型號(hào)、高度。

②盆式橡膠支座。盆式橡膠支座是一種新型支座，將承壓的橡膠塊嵌入鋼制的凹形金屬盆中，使橡膠處于有側(cè)限的受壓狀態(tài)，其活動(dòng)機(jī)理是利用填充的聚四氟乙烯板與不銹鋼板相對(duì)摩擦系數(shù)小的特點(diǎn)實(shí)現(xiàn)水平位移，通過(guò)盆內(nèi)橡膠的不均勻壓縮來(lái)實(shí)現(xiàn)梁體的大轉(zhuǎn)角，大大提高了支座的承載能力。由于其自身具有結(jié)構(gòu)緊湊、摩擦系數(shù)小、承載力大、重量輕、結(jié)構(gòu)高度小、轉(zhuǎn)動(dòng)、滑動(dòng)靈活、成本低等優(yōu)點(diǎn)，通常適用于大跨度、大噸位、支座反力大的箱梁橋、斜拉橋和懸索橋。

3橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算

在橋梁支座的設(shè)計(jì)與計(jì)算時(shí)，應(yīng)主要考慮支座的受力情況及變位分析。在求得支座上所承受的豎向力和水平力、位移和轉(zhuǎn)角后，選定支座各部位尺寸并進(jìn)行強(qiáng)度、穩(wěn)定性等理論計(jì)算。在一般情況下，橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算根據(jù)其自身的特點(diǎn)是不同的，其中板式橡膠支座通常需要進(jìn)行承壓面積計(jì)算、支座厚度、豎向平均壓縮變形、加勁鋼板及抗滑穩(wěn)定等計(jì)算。

3.1板式橡膠支座

3.1.1設(shè)計(jì)計(jì)算

①確定承壓面積:Ae=Rck/σe;式中，Ae為加勁鋼板的有效承壓面積;Rck為支座壓力，汽車何載應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù)。

式中te為支座橡膠層總厚度，公路規(guī)范要求其不能大大于支座短邊長(zhǎng)度的0.2;△l為由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、混凝土收縮和徐變等作用引起的剪切變形和縱向力(當(dāng)計(jì)入制動(dòng)力包括制動(dòng)力)產(chǎn)生的支座剪切變形，以及支座直接設(shè)置于不大于1%縱坡的梁底面下，在支座頂面由支座承壓力順縱坡方向分力產(chǎn)生的剪切變形;△t為支座在橫橋向平行于不大于2%的墩臺(tái)帽橫坡或蓋梁橫坡上設(shè)置，由支座承壓力平行于橫坡方向分力產(chǎn)生的剪切變形。

③確定豎向平均壓縮變形。板式橡膠支座主梁受荷載撓曲等因素的影響，表面將產(chǎn)生不均勻壓縮變形，則其平均壓縮變形。

δE+m=RCK te/teEe+RCK te/teEb

根據(jù)下式計(jì)算:δE+m=Nmax te/EA

式中:δE+m為支座豎向平均壓縮變形;Nmax 為支座的最大設(shè)計(jì)范例彈模;E為橡膠支座的彈性模量，其值與支座的形狀系數(shù)有關(guān)。

④確定加勁鋼板:ts=Kp RCK(tes，u+tes，l)/Ae σs;式中ts為支座加勁鋼板厚度;Kp為應(yīng)力校正系數(shù)，取1.3;tes，u、tes，l為一塊加勁鋼板上、下橡膠層厚度;σs為加勁鋼板軸向拉應(yīng)里限值。

3.1.2抗滑穩(wěn)定

橡膠支座一般直接設(shè)置在墩臺(tái)和梁底之間，在其受到梁體傳來(lái)的水平力后，則支座與下面的墊石及上面的梁底間要有足夠大的摩擦力，以保證支座不滑走，即:

無(wú)活載作用時(shí)，應(yīng)滿足:?滋RGK≥1.4GeAg △t/te

有活載作用時(shí)，應(yīng)滿足:?滋RCK ≥1.4GeAg △t/te+ Fbk

式中，?滋為摩擦系數(shù)，橡膠支座與砼表面的摩阻系數(shù)取0.3，與鋼板的摩阻系數(shù)取0.2;RGK為由結(jié)構(gòu)自重引起的支座反力;RCK為由結(jié)構(gòu)自重和汽車活載(計(jì)入沖擊系數(shù))引起的最小支座反力;GeAg △t/te為溫度變化等因素因?yàn)橹ё畲蠹羟凶冃螘r(shí)的相應(yīng)水平力;Fbk為由活載引起的制動(dòng)力分在一個(gè)支座上的水平力; Ag為支座平面毛面積。就抗滑而言，橡膠支座與砼表面的摩阻系數(shù)大于它與鋼板間的摩阻系數(shù)，則橡膠支座不設(shè)鋼板，其抗滑穩(wěn)定性會(huì)更好;就局部抗壓而言，梁體混凝土的強(qiáng)度大于橡膠支座的抗壓強(qiáng)度，無(wú)須再在墊石或梁底面埋設(shè)鋼板。

3.2聚四氟乙烯滑板式橡膠支座的摩擦力

不計(jì)制動(dòng)力，應(yīng)滿足:?滋tRGK≤GeAg tana

計(jì)制動(dòng)力，應(yīng)滿足:?滋tReK≤GeAg tana

式中，?滋t為摩擦系數(shù);tana為橡膠支座容許剪切角的正切值，根據(jù)是否計(jì)入制動(dòng)力而取不同值;ReK為由結(jié)構(gòu)自重和汽車活載(計(jì)入沖擊系數(shù))引起的最小支座反力;Ag為支座平面毛面積

3.3盆式橡膠支座

①按豎向何載(汽車應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù))標(biāo)準(zhǔn)值組合計(jì)算支座承壓力②固定支座在各方向和單向活動(dòng)支座非滑移方向的水平力標(biāo)準(zhǔn)值，不得大于該標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)承載力的10%。③計(jì)算的支座轉(zhuǎn)動(dòng)角度不得大于0.02 rad。

4橡膠支座的安裝

4.1板式橡膠支座

4.1.1安裝準(zhǔn)備

①板式橡膠支座安裝處宜設(shè)置支承墊石，要求梁體底面和墩臺(tái)上的支承墊后頂面具有較高的平整度;一般要求墊石長(zhǎng)度、寬度應(yīng)比支座相應(yīng)的尺寸大50 mm左右，支承墊石頂面相對(duì)水平誤差不大于1 mm，相鄰兩墩臺(tái)上支承墊石頂面相對(duì)水平誤差不大于3 mm。②支坐墊石的混凝土強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于C30;在安裝前，橋梁墩、臺(tái)內(nèi)應(yīng)有豎向鋼筋延伸至支坐墊石內(nèi);在支坐墊石內(nèi)應(yīng)布置鋼筋網(wǎng)，鋼筋直徑為8 mm時(shí)，間距宜為50 mm×50 mm。③支座安裝前應(yīng)將墩、臺(tái)支座支墊處和梁底面清理干凈;應(yīng)先檢查支座的中心位置、支坐墊石頂面標(biāo)高是否準(zhǔn)確。

4.1.2支座安裝

①支座進(jìn)場(chǎng)之后，應(yīng)先檢查其是否有制造商的商標(biāo)或永久性標(biāo)記;其次應(yīng)按照設(shè)計(jì)圖紙的要求進(jìn)行安裝;應(yīng)保證支座在墩、臺(tái)上的位置要準(zhǔn)確。②支座安裝時(shí)，應(yīng)防止支座出現(xiàn)偏壓或產(chǎn)生過(guò)大的初始剪切變形。安裝完成后，必須保證橡膠板上下表面與墩臺(tái)支撐墊石、梁板底面平整緊貼無(wú)縫隙，更不能出現(xiàn)偏心受壓、脫空和不均勻受力形象?；顒?dòng)支座應(yīng)設(shè)防塵罩。對(duì)未形成整體的梁板結(jié)構(gòu)，應(yīng)避免重型車輛通過(guò)。③在設(shè)有橡膠支座的墩、臺(tái)上，應(yīng)預(yù)留更換支座所需要的位置，而且應(yīng)注意在同一根大梁上橫向避免設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上的支座，防止橋梁支座受力不均。不同規(guī)格的支座不應(yīng)并排安裝。④支座安裝后，應(yīng)對(duì)支座是否漏放、支座安裝方向、支座型式、臨時(shí)固定設(shè)施拆除與否等進(jìn)行檢查，并對(duì)安裝后所出現(xiàn)的偏差進(jìn)行記錄，以確保支座安裝后的正常工作。

4.2盆式橡膠支座

4.2.1安裝準(zhǔn)備

①盆式支座下面建議設(shè)置支承墊石，并按支座底板地腳螺栓間距與底柱規(guī)格預(yù)留螺栓孔位置，要求支承墊石表面平整，施工時(shí)支承墊石頂面的標(biāo)高要注意預(yù)留支座底板下環(huán)氧砂漿墊層厚度，支座底板以外墊石做成坡面，以防積水。②支座安裝前方可開箱，并檢查支座各部件及裝箱清單，支座安裝前不得隨意拆卸支座。

4.2.2支座安裝

①在支座設(shè)計(jì)位置處劃出中心線，同時(shí)在支座頂，底板上也標(biāo)出中心線。 ②將地腳螺栓穿入底板(頂板)地腳螺栓孔并旋入底柱內(nèi)，底板和底柱之間墊以直徑略大于底柱直徑的橡膠墊圈。③支座就位對(duì)中并調(diào)整水平后，用環(huán)氧砂漿或高標(biāo)號(hào)砂漿灌注地腳螺栓孔及支座底板墊層。待砂漿硬化后拆除調(diào)整支座水平用的墊塊，并用環(huán)氧砂漿填滿墊塊位置，環(huán)氧砂漿要求灌注密實(shí)。④當(dāng)支座采用焊接連接時(shí)，在支座頂，底板相應(yīng)位置處預(yù)埋鋼板，支座就位后用對(duì)稱斷續(xù)方式焊接。焊接時(shí)注意防止溫度過(guò)高時(shí)對(duì)橡膠板，聚四氟乙烯板的影響。焊接后要在焊接部位做放銹處理。⑤如T梁采用盆式支座，施工安裝時(shí)在梁端應(yīng)采取臨時(shí)支撐措施，以防T梁側(cè)傾。待兩片T梁間橫隔板焊成整體后，方可拆卸臨時(shí)支撐。⑥活動(dòng)支座開箱后要注意對(duì)聚四氟乙烯板和不銹鋼滑板的保護(hù)，防止劃傷和贓物粘附于不銹鋼滑板與聚四氟乙烯滑板表面，并注意檢查5201-2硅脂是否注滿。⑦支座中心線與主梁中心線應(yīng)重合或平行，單向活動(dòng)支座安裝時(shí)，上、下導(dǎo)向塊必須保持平行，交叉角不得大于5。

綜上所述，基于橡膠支座在公路橋梁的廣泛使用，為了確保其使用質(zhì)量和穩(wěn)定性，橡膠支座的設(shè)計(jì)必須按照設(shè)計(jì)規(guī)范嚴(yán)格計(jì)算，并在安裝時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行正確安裝，使支座整個(gè)平面均勻承壓，橡膠支座與上下結(jié)構(gòu)之間接觸緊密，從而實(shí)現(xiàn)延長(zhǎng)公路橋梁的使用壽命。

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