橋梁板式橡膠支座病害成因分析及控制

王 軒，王菊蕊

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450005）

橋梁板式橡膠支座病害成因分析及控制

王 軒，王菊蕊

（河南交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450005）

橋梁支座是連接橋梁上下部結(jié)構(gòu)之間的傳力構(gòu)件，其使用過程受環(huán)境條件荷載受力因素影響,會過早出現(xiàn)一定的病害。從支座病害產(chǎn)生的原因入手進行分析，主要分析板式橡膠支座和球冠板式橡膠支座中常見的橡膠老化開裂、脫空、異常變形、滑動受阻和開裂等病害，原因有支座缺陷、施工不規(guī)范、墊石安裝因素以及其他因素影響，并提出相應(yīng)的防治措施，對延長支座的使用壽命以及在運營過程中的支座維修和養(yǎng)護有一定的借鑒意義。

橡膠支座；病害成因；防治措施

支座是橋梁結(jié)構(gòu)的傳力構(gòu)件，其主要功能是將上部結(jié)構(gòu)荷載安全可靠地傳遞給墩臺，在荷載、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素作用下滿足橋梁的自由變形，保證結(jié)構(gòu)的安全。由于支座設(shè)計和施工等原因，加之在正常使用一段時間后的疲勞變形因素的影響，支座會出現(xiàn)各類病害，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力發(fā)生變化，并影響到橋梁的安全，降低橋梁的使用壽命。尤其是20世紀90年代修建的部分箱梁和空心板簡支梁，較多采用的是板式橡膠支座。以球冠圓板式橡膠支座為例，其設(shè)計支座頂部加設(shè)的球冠高約6mm，用以滿足梁底變形和轉(zhuǎn)動，中心處壓應(yīng)力承受較高，容易引起破壞。如果施工中梁底和支座墊石不平，容易發(fā)生異常變形、開裂、滑動受阻等病害，這就需要對支座進行更換處置。更換過程中，必須對結(jié)構(gòu)的受力進行監(jiān)控，以保證更換過程的安全。

1 橋梁支座病害分類及成因

橋梁支座病害分類較多，主要分析了板式橡膠支座和球冠板式橡膠支座常見的橡膠老化開裂、脫空、異常變形、滑動受阻和開裂等病害。

1.1 橋梁支座開裂

支座開裂是橡膠支座常見的一種病害，是指支座表面形成的起鼓和開裂。正常情況下，支座在使用一定年限后，受環(huán)境因素影響，在汽車制動力、溫度影響力等水平荷載作用下，表面均會出現(xiàn)輕微的裂紋寬度和深度均不大的龜裂裂紋，裂縫大部分水平分布，局部四周連貫。當(dāng)縱向和橫向剪切變形過大時，就會引起支座開裂。

1.2 橋梁支座脫空

脫空是指支座與橋梁底面及支承墊石頂面出現(xiàn)縫隙，上、下部失去傳力功能。脫空一方面造成支座局部壓應(yīng)力增加，另一方面支座脫空部位與外界空氣接觸，容易產(chǎn)生橡膠老化。支座脫空后，支座起不到支撐作用，上部結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)受到改變，橫梁局部縱向開裂，脫空時支座呈偏心受壓狀態(tài)，應(yīng)力集中易引起支座開裂、變形過大或壓壞，導(dǎo)致構(gòu)造受力失穩(wěn)，對結(jié)構(gòu)安全產(chǎn)生不利影響。

引起橋梁支座脫空原因主要有：①墊石和梁底鋼板標高控制的問題；②梁端楔形塊在梁體預(yù)控制不平；③墊石混凝土因強度過低，被壓碎而引起脫空；④支座安裝時，氣溫選擇不合適，造成梁體受溫度影響伸縮變形異常，導(dǎo)致縱向一側(cè)出現(xiàn)脫空。

1.3 支座正常變形受阻

正常情況下，支座承受豎直向荷載，以橡膠的剪切變形來滿足荷載和溫度變化帶來的變形。通常板式橡膠支座受荷載作用，橡膠向外出現(xiàn)輕微均勻的凸起屬正常現(xiàn)象。一些支座因制造工藝的影響，內(nèi)加勁鋼板與橡膠粘結(jié)不良，在橡膠與鋼板粘結(jié)處破壞；部分支座因墩頂垃圾、不銹鋼板銹蝕、摩阻力變大等原因無法正?；瑒?，應(yīng)力集中引起支座變形過大和橡膠開裂，引起不均勻的鼓凸，嚴重時就會出現(xiàn)起鼓開裂甚至爆裂。

1.4 支座變形過大

支座變形是指壓縮變形和剪切變形，剪切超限是指板式橡膠支座在最高及最低溫度條件下的最大恒載剪切變形。支座在各級荷載下的豎向變形，而彈性模量對結(jié)構(gòu)變形適應(yīng)不同，過大的豎向變形引起連續(xù)梁產(chǎn)生附加內(nèi)力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。不規(guī)范的支座安裝也會引起初始變形過大，影響耐久性。這將加速支座老化，降低使用壽命。

支座變形過大原因主要有：①局部支座脫空導(dǎo)致其他支撐應(yīng)力集中造成變形過大；②安裝溫度和濕度不合適；③混凝土脹縮、徐變作用引起過大剪切變形；④橋梁縱坡設(shè)計過大；⑤支座墊石不平局部承壓等都會引起支座受力變形過大，嚴重時甚至脫落。

1.5 支座偏位

支座偏位有縱向和橫向兩種，嚴重的偏位會造成受力不均勻、應(yīng)力集中、附加內(nèi)力過大等病害。產(chǎn)生支座偏位的原因主要是施工時支座或墊石放樣不規(guī)范，支座和墊石定位偏差過大，沒有采用環(huán)氧砂漿進行調(diào)整或重新澆筑等。

2 支座病害成因分析

2.1 支座缺陷

同一批次支座性能指標受橡膠的不均勻性影響而異，如支座的彈性模量等，影響到支座受力、同等受力荷載、支座彈性變形及由此引起的應(yīng)力偏差也會很大，個別支座破壞導(dǎo)致應(yīng)力集中并逐步發(fā)生連鎖破壞。

2.2 施工不規(guī)范

由于施工不規(guī)范，支座上、下兩面不平，水平均勻受壓無法滿足要求，一些橋梁設(shè)計有縱橫坡，梁底預(yù)埋鋼板應(yīng)確保底面水平。由于受梁體預(yù)拱度的設(shè)置和張拉起拱等因素的影響，預(yù)埋鋼板的精確度發(fā)生扭轉(zhuǎn)，預(yù)埋鋼板安裝超過容許誤差，組合箱梁體系轉(zhuǎn)換時，會有輕微的扭轉(zhuǎn)變形。這些因素造成支座難以處于理想的水平受力狀態(tài)，使用過程中容易發(fā)生脫空、傾斜、偏歪，局部應(yīng)力集中，剪切變形過大引起的開裂破壞。

2.3 墊石安裝因素

支座墊石標高的偏差依靠鋼板來調(diào)整，鋼板尺寸略小于支座平面尺寸。因為墊石安裝因素，鋼板壓入支座呈局部集中受力，出現(xiàn)空鼓現(xiàn)象，引起支座頂面和側(cè)面橡膠開裂，箱梁縱向濕接頭澆時漏漿等，都可能引起支座變形受阻。

2.4 其他因素影響

支座病害除上述影響因素以外，還有一些其他因素，如墩頂殘留的混凝土垃圾限制了支座的變形或滑動，受車輛超載的影響，實際載重可能會超過橋梁設(shè)計荷載。

3 工程實例

以省道豫02河南某橋為例，設(shè)計荷載為汽車20級，掛車100級，該橋為5孔16m簡支梁橋，橋梁全寬9m，行車道寬7m，兩側(cè)人行道各寬1m；下部為鉆孔灌注樁基礎(chǔ)及雙柱式墩臺，組合梁行車道板、懸臂梁人行道，支座為一端鉸接一端滑動的鋼板支座。該橋單板受力現(xiàn)象嚴重，鋼板支座大部分因銹蝕失效，更換全橋支座成為加固項目之一。2011年對該橋加固，工程有拆除舊的欄桿、挑梁、破除舊橋面的鋪裝、梁底粘貼碳纖維布、支座更換、工型梁間加橫隔梁、梁底加下馬蹄加固、混凝土鋪裝和瀝青混凝土面層。對于橋梁支座更換主要工序步驟分為：①施工準備，安裝頂升支撐；②頂升系統(tǒng)安裝，同步頂升系統(tǒng)設(shè)備調(diào)試；③封鎖交通；④頂升階段監(jiān)測，分級頂升直施工所需高度；⑤更換舊支座，安裝的新支座；⑥對新安裝的支座進行安裝質(zhì)量檢驗；⑦拆卸施工設(shè)備。

在更換支座過程中，保證梁體的應(yīng)力和變形處在可控的安全范圍內(nèi)，根據(jù)對該橋梁進行結(jié)構(gòu)計算，在梁體頂升過程中，在跨中主梁固結(jié)截面下緣設(shè)置應(yīng)力觀測，同時在橋墩支撐斷面增設(shè)應(yīng)力測；在起頂?shù)慕孛婷科髁合戮壘荚O(shè)置撓度變形觀測控制。觀測梁體、橋面、伸縮縫裂縫及其變化情況。加固施工后1年多，支座使用情況效果良好。

4 結(jié)束語

對橋梁橡膠支座常見病害及原因進行了分析，探討了橡膠支座更換施工程序及控制措施，對新建橋梁支座的施工以及在運營過程中的支座維修和養(yǎng)護有一定的借鑒意義。

[2]張志金，趙張飛.橋梁板式橡膠支座病害分析及對策[J].城市道橋與防洪，2010（05）.

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[4]邱乾洲.國道G105線中山市東鳳至沙朗段橋梁病害淺析及維修方案介紹[J].建筑知識，2010（S2）.

[5]王新芳，楊吉霆.環(huán)氧樹脂在橋梁維修中的應(yīng)用[J].河南建材，2011（04）.

Analysisand Controlof the Bridge Plate Rubber Bearing Defect Causes

Wang Xuan,Wang Jurui

The bridge bearing is a force transmission member of the connection bridge between the upper and lower portion structure, its use during the load by the force factors affected by environmental conditions, will be premature certain diseases.Cause from bearing disease starts and analysis, the main analysis of the laminated rubber bearings and spherical cap plate rubber support common rubber aging, deformation, cracking,void abnormal sliding hindered and cracking disease, causes the bearing defect, non- standard construction, pad stone installation factors and other factors, and puts forward corresponding prevention measures, to prolong the service life of bearing and the bearing in the operation process of repair and maintenance has certain reference significance.

rubberbearings;defectcauses;prevention and controlmeasures

U 433.36+1

A

1000-8136（2013）02-0039-02

（編輯：李慧）