橋梁支座力學(xué)性能檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題

□文/蔣雙喜 趙德臣

□趙德臣/天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站。

橋梁支座力學(xué)性能檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)的問題

□文/蔣雙喜 趙德臣

文章從橋梁支座的功能和要求的角度，介紹支座力學(xué)性能檢驗(yàn)對(duì)于保障橋梁的使用性能和使用壽命的意義。

橋梁；支座；功能；檢驗(yàn)

橋梁支座是橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要連接部件，雖然在整個(gè)橋梁工程中支座費(fèi)用僅占總造價(jià)的2%～3%，但它的功能關(guān)系到橋梁使用壽命和安全。

近年來，隨著公路和城市道路建設(shè)的發(fā)展，橋梁（包括跨河橋、立交橋和高架橋等）在道路建設(shè)中占的比重越來越大，特別是在高速公路和城市快速路建設(shè)中，橋梁所占的比例更高，無疑對(duì)支座的需求量也是越來越大。JTJ041-2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中指出：“支座在安裝前應(yīng)對(duì)其進(jìn)行全面檢查和力學(xué)性能檢驗(yàn)，如不符合設(shè)計(jì)要求時(shí)，不得使用?！?/p>

1 橋梁支座的功能

橋梁支座的主要功能是將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力可靠地傳遞給墩臺(tái)，同時(shí)能夠適應(yīng)橋梁結(jié)構(gòu)的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)變形。具體要求如下。

1）必須能支承從上部結(jié)構(gòu)傳遞的橋梁自重、行車等垂直荷載和地震、風(fēng)等橫向荷載并安全可靠地傳遞給下部結(jié)構(gòu)的墩臺(tái)。

2）必須適應(yīng)由行車（活動(dòng)荷載）和溫度變化產(chǎn)生的上部結(jié)構(gòu)水平位移和由撓度產(chǎn)生的支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)變位。

3）為了提高在地震時(shí)整座橋梁的抗震性能，支座應(yīng)具有吸收地震產(chǎn)生的震動(dòng)能量，降低作用在結(jié)構(gòu)體系上的地震力影響的減震和隔震性能，即在地震和風(fēng)力（如臺(tái)風(fēng)）作用下，具有適應(yīng)瞬時(shí)大變位的作用。保證橋梁在地震時(shí)達(dá)到“小震不壞、中震可修、大震不倒”。

4）為了適應(yīng)橋梁耐久性設(shè)計(jì)的要求，支座應(yīng)由耐候性能好的材料制成，應(yīng)具有耐腐蝕、耐疲勞、防老化等耐久性。防止支座長期使用過程中由于鋼材腐蝕、橡膠老化的問題降低使用性能，從而造成橋梁結(jié)構(gòu)體系的變化，甚至產(chǎn)生整個(gè)橋梁機(jī)能損壞的危險(xiǎn)。

5）橋梁耐久性設(shè)計(jì)壽命為50～100a，支座的正常使用壽命如橡膠支座為35a，因此支座必須做到可檢查、可維修、可更換。

6）城市橋梁在車輛行駛作用下，支座具有緩沖作用，減輕由于振動(dòng)產(chǎn)生的噪音。

2 支座的種類和形式

2.1 種類

1）橡膠支座。包括板式、減振與隔振支座和帶狀、高阻尼橡膠支座。目前使用較多的板式橡膠支座，通常分為加勁支座和非加勁支座，為了既能承受較大垂直荷載，又能滿足水平位移量的需求，橋梁上一般都采用加勁板式橡膠支座，加勁材料為鋼板。

2）鋼支座。包括盆式（橡膠）支座，球形、球面、圓柱形、鋼平板等面接觸支座；搖軸鋼支座、輥軸鋼支座等線接觸支座；弧形鋼支座等點(diǎn)接觸支座以及特種鋼支座。

3）其他形式支座。混凝土鉸支座（交叉鋼筋鉸）、拉壓支座及其他新型支座。

在各種支座中，一般城市橋梁和公路橋梁多采用普通橡膠支座。

2.2 支座的形式

按橋梁支座適應(yīng)的變形來看，可分為固定支座、雙向活動(dòng)支座、單向活動(dòng)支座、抗（減）震型固定支座等。

支座的選擇形式與橋梁結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，應(yīng)考慮：豎向作用、水平作用、位移要求、轉(zhuǎn)動(dòng)要求、地基條件和沉降的可能性，同時(shí)還要考慮橋梁的結(jié)構(gòu)形式和構(gòu)造尺寸。

3 橋梁支座的成品力學(xué)性能檢驗(yàn)及存在的問題

目前我國市政公路行業(yè)對(duì)橋梁支座的成品力學(xué)性能檢驗(yàn)主要參照公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國家標(biāo)準(zhǔn)，包括：JT/T 4—2004《公路橋梁板式橡膠支座》、JT/T391—2009《公路橋梁盆式支座》、GB20688.1—2007《橡膠支座第1部分:隔震橡膠支座試驗(yàn)方法》、GB20688.2—2006《橡膠支座第2部分:橋梁隔震橡膠支座》、GB20688.3—2006《橡膠支座第3部分:建筑隔震橡膠支座》、GB 20688.4—2007《橡膠支座第4部分:普通橡膠支座》、GB/T17955—2009《橋梁球型支座》。

3.1 板式橡膠支座

1）檢驗(yàn)

目前到場檢驗(yàn)的矩形、圓形板式橡膠支座常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：支座極限抗壓強(qiáng)度、支座抗壓彈性模量、支座抗剪彈性模量、支座允許轉(zhuǎn)角，對(duì)四氟滑板式支座還應(yīng)進(jìn)行摩擦系數(shù)指標(biāo)的檢驗(yàn)。

對(duì)比國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，國標(biāo)中對(duì)板式橡膠支座的成品力學(xué)性能檢驗(yàn)指標(biāo)要求較為寬松。天津市公路橋梁支座檢驗(yàn)執(zhí)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；市政橋梁檢驗(yàn)?zāi)壳耙勒諊覙?biāo)準(zhǔn)。只有經(jīng)檢驗(yàn)合格的支座，才能夠保證在長期使用過程中，其內(nèi)在質(zhì)量可靠、力學(xué)性能滿足設(shè)計(jì)要求，保證橋梁使用壽命和安全。

2）存在問題

目前我國對(duì)板式橡膠支座的使用最為普遍，生產(chǎn)廠家眾多、生產(chǎn)規(guī)模差距較大、質(zhì)量良莠不齊，在支座成品力學(xué)性能檢驗(yàn)中，影響質(zhì)量的主要因素是加勁鋼板本身強(qiáng)度、支座中間層橡膠片厚度和鋼板與橡膠片粘結(jié)力等。四氟滑板式橡膠支座還受滑板本身的強(qiáng)度、硬度和四氟滑板與橡膠片粘結(jié)強(qiáng)度等因素影響。對(duì)板式橡膠支座檢驗(yàn)中可能出現(xiàn)以下的問題應(yīng)該引起注意。

（1）鋼板質(zhì)量差

支座的極限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)屬破壞試驗(yàn)，一般情況支座破壞應(yīng)該是加勁鋼板嚴(yán)重變形或斷裂引起破壞，此時(shí)破壞的強(qiáng)度安全系數(shù)比較高。

板式橡膠支座在極限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)中，受豎向壓力作用。有的支座在試驗(yàn)中未達(dá)到規(guī)定壓力時(shí)，即發(fā)生支座破損。經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，支座內(nèi)鋼板厚度未達(dá)到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、鋼板表面嚴(yán)重銹蝕已無法與橡膠層粘結(jié)。

（2）四氟滑板與橡膠層粘結(jié)不牢固

板式橡膠支座經(jīng)極限抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后，其強(qiáng)度雖然滿足要求，但四氟滑板與橡膠層嚴(yán)重起鼓，變形無法恢復(fù)。見圖1。

（3）內(nèi)部結(jié)構(gòu)不符合要求

有的板式橡膠支座經(jīng)力學(xué)性能檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)，由于支座制造時(shí)橡膠層厚度不均勻或者內(nèi)部鋼板布置偏位，致使支座受力不均勻。經(jīng)力學(xué)性能檢驗(yàn)后，其彈性模量數(shù)值離散性偏大，支座容易發(fā)生局部異常外鼓或整體外鼓，嚴(yán)重的會(huì)發(fā)生扭曲變形，多呈弓形，甚至局部出現(xiàn)破損。見圖2和圖3。

（4）橡膠質(zhì)量的影響

板式橡膠支座的主要材料是橡膠，目前常用的橡膠中，天然橡膠和氯丁橡膠的抗壓彈性模量基本一致，而三元乙丙橡膠相對(duì)較低。有的支座在試驗(yàn)中發(fā)生因脫膠或橡膠撕裂導(dǎo)致破壞。

在板式橡膠支座（成品）力學(xué)性能試驗(yàn)中，橡膠材料的選擇和膠料配方的設(shè)計(jì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果起到了至關(guān)重要的作用，規(guī)范中將（23±5）℃作為試驗(yàn)溫度，要達(dá)到規(guī)范中要求的各項(xiàng)彈性模量指標(biāo)，橡膠材料的質(zhì)量至關(guān)重要。

（5）四氟板質(zhì)量的影響

保證四氟滑板式支座的力學(xué)性能指標(biāo)，四氟板的質(zhì)量是保證支座受力滑移需要的關(guān)鍵，支座檢驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)以普通聚四氟乙烯板材生產(chǎn)的支座，不能完全滿足橋梁工程受力特點(diǎn)的需要，有的支座在試驗(yàn)中四氟板破壞、脫膠，也使支座失去工作機(jī)能而破壞。

3.2 盆式橡膠支座

1）檢驗(yàn)

目前到場檢驗(yàn)的盆式橡膠支座常規(guī)檢驗(yàn)項(xiàng)目包括：豎向承載力（豎向壓縮變形、鋼盆盆環(huán)上口徑向變形、殘余變形），水平承載力（非抗震型、抗震型），轉(zhuǎn)角，摩擦系數(shù)。公路行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)較國標(biāo)對(duì)盆式支座的成品力學(xué)性能檢驗(yàn)指標(biāo)要求更加嚴(yán)格。

2）存在問題

（1）橡膠（膠料）

盆式支座用橡膠板一般采用氯丁橡膠、天然橡膠和三元乙丙橡膠為原料，而嚴(yán)禁使用再生的或加工研碎的硫化橡膠。

（2）聚四氟乙烯板

盆式支座對(duì)使用的聚四氟乙烯板材要求比較嚴(yán)格，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定應(yīng)用新鮮純料模壓而成，不應(yīng)使用車削板、再生料等模壓加工的板材。

（3）不銹鋼板

不銹鋼板作為雙向（或多向）和單向活動(dòng)支座滑板及單向活動(dòng)支座的側(cè)向滑條使用，保證在長期使用過程中，其化學(xué)成分及力學(xué)性能應(yīng)符合GB/T3280—2007《不銹鋼冷軋鋼板和鋼帶》的有關(guān)規(guī)定。

（4）硅脂

作為活動(dòng)支座使用的聚四氟乙烯板，通常采用5201-2硅脂進(jìn)行潤滑。硅脂應(yīng)保證在支座使用溫度范圍內(nèi)不會(huì)干涸，對(duì)滑移面材料不得有害，具有良好的抗臭氧、耐腐蝕及防水性能。其物理化學(xué)性能指標(biāo)應(yīng)符合HG/T2502—1993《5201硅脂》的有關(guān)規(guī)定。

（5）黃銅

黃銅是盆式支座組件中密封圈使用的原材料。黃銅密封圈是由2～3層開口環(huán)組成并按鋼盆的內(nèi)徑成型，銅環(huán)按45°角切口，切口兩端之間的最大間隙≯0.5mm，各銅環(huán)的切口部位在組裝時(shí)應(yīng)沿支座鋼盆周邊均勻錯(cuò)開布置。其化學(xué)成分和機(jī)械性能應(yīng)符合GB/T 2040—2008《銅及銅合金板材》的規(guī)定。

（6）鋼件

該部件在使用前應(yīng)進(jìn)行外觀尺寸檢驗(yàn)，支座上下表面凹凸不平的情況時(shí)有發(fā)生，其后果直接影響盆式支座檢驗(yàn)結(jié)果，嚴(yán)重的甚至?xí)?dǎo)致由于支座受力不均勻而影響橋梁使用安全。

4 結(jié)語

橋梁支座的質(zhì)量直接影響著橋梁的使用壽命和安全，而成品支座的內(nèi)在質(zhì)量是否滿足設(shè)計(jì)要求唯有通過力學(xué)性能檢驗(yàn)才能得到。切實(shí)將支座的每一項(xiàng)成品力學(xué)性能檢驗(yàn)做到實(shí)處，才能最大限度地保證橋梁的安全和延長使用壽命。

[1]李楊海.公路橋梁支座實(shí)用手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2009.

U444

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1008-3197（2011）02-49-03

2011-03-16

蔣雙喜/男，1975年出生，助理工程師，天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站，從事試驗(yàn)檢測工作。

□趙德臣/天津市市政公路工程質(zhì)量監(jiān)督站。