既有鐵路橋梁支座病害調(diào)查及原因分析

張 勇，侯廣偉，莊軍生

(1.中國鐵道科學(xué)研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.西安鐵路局，陜西 西安 710054)

2008年汶川地震后，隴海線、寶成線及陽安線部分橋梁支座存在不同程度的病害，其中隴海線下行關(guān)莊渭河大橋支座病害較嚴(yán)重，地震致使隴海線下行方向出現(xiàn)停運情況，后經(jīng)緊急搶修才恢復(fù)了線路運行。病害較輕的支座則仍投入正常運營中，運營一段時間后部分支座病害才陸續(xù)進(jìn)行了處理。為了查清地震對橋梁支座的損壞情況，對上述三條線路的部分典型支座病害進(jìn)行了調(diào)查。調(diào)查結(jié)果表明，部分支座出現(xiàn)了地震或活載引起的病害，部分支座存在維修養(yǎng)護(hù)不及時引起的病害。

1 既有線橋梁支座概況

三條既有線橋梁支座均采用鑄鋼支座。鑄鋼支座的特點是承載能力強(qiáng)，能適應(yīng)橋梁的位移和轉(zhuǎn)動的需要。20世紀(jì)80年代以前，鑄鋼支座普遍應(yīng)用于我國鐵路橋梁上，近年來逐漸被板式橡膠支座、盆式橡膠支座、柱面和球面支座所代替。本次檢查涉及到的支座類型共有4種:平板支座、弧形支座、搖軸支座和鉸軸支座。

1.1 平板支座

平板支座是橋梁支座最早，也是最簡單的一種支座形式。它由平面鋼板組成，其位移量是有限的，而且梁的支承端也不能完全自由轉(zhuǎn)動，所以平板支座一般用于小跨度橋梁，在鐵路橋上可用到8 m跨度，在公路橋上常用到12～15 m跨度。目前平板支座已被板式橡膠支座所取代。

1.2 弧形支座

弧形支座有上、下支座板和銷釘組成。下支座板的頂面是一個曲率很大的弧面，上支座板底面是一個平面，上、下支座板之間在銷釘孔處設(shè)有銷釘。固定支座的上、下支座板之間的銷釘孔為圓孔，由銷釘承受水平力，約束支座的各向位移;活動支座的銷釘孔為長圓孔，以使支座沿順橋向可做少量的滑移。

弧形支座一般分為大弧形和小弧形兩種，每孔梁需設(shè)置4套大弧形支座(活動支座和固定支座各2套)或8套小弧形支座(活動支座和固定支座各4套，用于П型梁)，前者每個支座采用8個錨栓與梁體及墊石連接，后者每個支座采用4個錨栓與梁體及墊石連接，弧形支座運輸時一般采用φ8 mm鋼筋將上下支座板臨時焊接?；⌒沃ё话阌糜?6 m以下的鐵路橋上，目前大部分橋梁的弧形支座已被板式橡膠支座、盆式橡膠支座或柱面支座所代替。弧形支座構(gòu)造如圖1所示。

1.3 搖軸支座

搖軸支座有固定支座和活動支座之分?；顒又ё傻装?、下擺(搖軸)和直接與梁底相連的上擺組成，下擺的頂面和底面均做成圓曲面形，能自由轉(zhuǎn)動，并由下擺轉(zhuǎn)動后頂、底面的位移差，來適應(yīng)梁體位移的需要。固定支座由上、下擺組成，下擺頂面為一個大曲率半徑的柱面，以滿足支座的轉(zhuǎn)動要求，下擺的底面為平面，直接與墩臺固接，支座只能轉(zhuǎn)動，不能位移。鐵路橋梁跨度在20～32 m之間時，一般均采用鑄鋼搖軸支座。搖軸支座構(gòu)造如圖2所示。

1.4 鉸軸支座

鉸接搖軸支座(鉸軸支座)是搖軸支座的一種改進(jìn)形式，其優(yōu)點在于支座轉(zhuǎn)動發(fā)生在鉸軸處，支座轉(zhuǎn)動靈活。但當(dāng)相鄰兩個鉸軸支座的安裝軸線不重合時，也會影響支座的正常轉(zhuǎn)動?；顒又ё奈灰迫砸揽肯聰[的轉(zhuǎn)動來實現(xiàn)。鐵路橋梁跨度在20～32 m之間時，一般可采用鑄鋼鉸軸支座。鉸軸支座構(gòu)造如圖3所示。

2 支座病害

本次調(diào)查共檢查了8個平板支座、240個弧形支座、40個搖軸支座及138個鉸軸支座，根據(jù)檢查結(jié)果，上述四種類型支座的主要病害如下:

圖1 弧形支座構(gòu)造示意

圖2 搖軸支座構(gòu)造示意

圖3 鉸軸支座構(gòu)造示意

1)平板支座病害有:①支座安裝施工質(zhì)量較差，錨栓螺母未擰緊，支座存在橫向位移;②支座銹蝕嚴(yán)重。

2)弧形支座病害有:①活動支座往跨中方向或相鄰跨跨中方向縱向錯位，最大錯位量3 cm;部分支座存在少量橫向錯位;②梁底預(yù)埋鋼板與支座上座板脫開;③支座輕微銹蝕;④部分支座上、下座板錨固螺栓斷裂。

3)搖軸支座病害有:①支座錨固螺栓缺失螺母;②支座上下擺連接板螺栓松動;③支座防護(hù)罩螺栓缺失;④支座輕微銹蝕。

4)鉸軸支座病害有:①鉸軸防護(hù)封條脫落，鉸軸外露;②支座防護(hù)罩銹蝕脫落，部分支座出現(xiàn)銹蝕，跨越旱地橋梁支座輕微銹蝕，跨越水庫橋梁支座銹蝕嚴(yán)重;③支座上凸字形擋板安裝反向、外偏、突出、脫落，螺栓缺失或斷裂，下半圓形擋板外凸、脫落，螺栓松動或斷裂脫落;④支座上下擺連接板缺失螺栓;⑤支座錨固螺栓缺失螺母，錨栓松動;⑥活動支座朝跨中方向轉(zhuǎn)動后無法復(fù)位。

3 病害原因分析

從以上分析可以看出，施工質(zhì)量缺陷、地震、溫度和活載作用是病害產(chǎn)生的原因。部分典型病害產(chǎn)生原因分析如下:

1)平板支座在檢查的結(jié)構(gòu)物中僅一座橋梁使用，其病害主要是施工缺陷引起，同時后期養(yǎng)護(hù)不及時加速了病害的發(fā)展。

2)弧形支座在使用過程中經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)動不靈活、錨栓剪斷及上下座板之間縱向錯位超限的現(xiàn)象(銷子可能已經(jīng)剪斷)。轉(zhuǎn)動不靈活主要是由于弧形接觸面線接觸應(yīng)力過大被壓平，造成支座轉(zhuǎn)動困難;支座錨栓與梁底鋼板大多采用焊接連接，焊接缺陷及焊接殘余應(yīng)力使得錨栓疲勞強(qiáng)度降低，容易引起錨栓疲勞斷裂的病害;上下座板之間縱向錯位主要是梁體在荷載作用下出現(xiàn)伸長或縮短，是由于支座弧形接觸面被壓平，梁體縱向變形無法復(fù)位所致。

3)搖軸支座在使用過程中經(jīng)常發(fā)生活動支座無法復(fù)位的現(xiàn)象，主要原因是由于下擺與支座底板的線形接觸面接觸應(yīng)力過大被壓平，下擺與底板之間由原來的線接觸轉(zhuǎn)變?yōu)榛∶娼佑|所致。此外，該類支座還經(jīng)常發(fā)生活動支座下擺與底板之間的銷子被剪斷、上擺與搖軸之間的擺卡被剪斷、錨固螺栓被拔掉及墊石崩裂等病害，這主要是由于支座承受了超過設(shè)計水平的橫向力或縱向力所引起。

4)鉸軸支座在使用過程中經(jīng)常發(fā)生的病害與搖軸支座類似，主要有活動支座無法復(fù)位、活動支座下擺與底板之間的銷子被剪斷、錨固螺栓被拔掉及墊石崩裂等病害。此外，該類支座在橫向力作用下其上擺左右兩側(cè)凸字形限位板及下擺左右兩側(cè)半圓形限位板容易出現(xiàn)病害，如限位板外凸變形及限位板螺栓剪斷后限位板脫落缺失等。與搖軸支座相比，此類支座在橫向力作用下更容易出現(xiàn)病害，這主要是由于兩種支座橫向限位構(gòu)造不同所致，鉸軸支座主要靠限位板上的螺栓抵抗橫向力，而搖軸支座主要靠上擺和下擺之間嵌套的擺卡抵抗橫向力，后者比前者更能抵抗橫向水平力。

4 結(jié)語

1)從4種支座的病害情況來看，搖軸支座在使用過程中出現(xiàn)的病害相對較少，弧形支座及鉸軸支座出現(xiàn)的病害相對較多，弧形支座縱向錯位及上下座板錨固螺栓斷裂的病害較為普遍，后續(xù)使用時應(yīng)對錨栓連接構(gòu)造進(jìn)行調(diào)整，避免支座錨栓與梁底鋼板采用焊接的連接方式;

2)鉸軸支座左右兩側(cè)限位板在橫向力作用下出現(xiàn)變形和限位板螺栓剪斷后脫落的病害應(yīng)引起重視，尤其是在高烈度地區(qū)使用這種支座時應(yīng)加強(qiáng)限位板的抗震能力;

3)對于弧形支座、搖軸支座和鉸軸支座線接觸部位被壓平導(dǎo)致活動支座發(fā)生位移后無法復(fù)位的情況，可通過增大線接觸部位兩側(cè)材料的表面硬度來提高容許接觸應(yīng)力，避免此類病害的再次發(fā)生;

4)各種支座在使用過程中均存在維修養(yǎng)護(hù)不及時引起的病害，為保證支座的耐久性，使用過程中應(yīng)加強(qiáng)定期檢查和養(yǎng)護(hù)工作。

［1］莊軍生．橋梁支座［M］．北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部．鐵運［2010］38號 鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則—支座［S］．北京:中國鐵道出版社，2010.

［3］鐵道部專業(yè)設(shè)計院．跨度10～20 m，專橋8140 九度地震區(qū)鋼筋混凝土梁及預(yù)應(yīng)力混凝土梁支座［S］．北京:鐵道部專業(yè)設(shè)計院，1986．

［4］鐵道部專業(yè)設(shè)計院．跨度10～32 m，專橋8144 鋼筋混凝土梁及預(yù)應(yīng)力混凝土梁鑄鋼支座［S］．北京:鐵道部專業(yè)設(shè)計院，1988.