論橋梁支座新技術(shù)在城市橋梁建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展

穆祥純

（北京市市政工程設(shè)計研究總院，北京市 100082）

1 概述

1992年11月，在武漢召開的全國橋梁學(xué)術(shù)大會上，筆者曾發(fā)表過《球型支座在北京城市立交橋的應(yīng)用》一文。近二十多年來，特別是進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國的橋梁建設(shè)特別是大跨徑城市橋梁建設(shè)得到了空前的發(fā)展。北京、上海、天津和重慶等一大批城市橋梁建設(shè)令世人矚目。

城市橋梁通常指城區(qū)范圍內(nèi)建造的跨河、跨江、跨海橋梁，立交橋及人行天橋等。一般來說，城市橋梁設(shè)計水平主要體現(xiàn)在大跨度橋梁的建造上。從1991年上海南浦大橋的成功建成，至今我國已建成數(shù)以百計的城市大跨徑橋梁，其中蘇通大橋系世界上最大跨徑的鋼斜拉橋（跨徑為1 088 m），上海盧浦大橋是世界上最大跨徑的鋼拱橋（主跨為550 m），連接揚(yáng)州和鎮(zhèn)江兩座城市的潤揚(yáng)大橋是2005年建成的我國跨度最大的懸索橋（主跨為1 400 m），同年，我國建成了上海東海大橋（32.5 km）,2008年建成了杭州灣跨海大橋（總長36 km）。這些大橋的建成充分說明我國在長大、大跨徑橋梁建設(shè)水平上已躋身世界前列。2008年建成的浙江舟山西堠門大橋為主跨1 650 m的懸索橋，是我國跨度最大的懸索橋，居世界第二位（第一為跨度1 991 m的日本明石海峽懸索橋）。21世紀(jì)的前十年，在世界10座懸索橋的排名中我國占據(jù)5座，充分說明我國建橋的驚人速度和宏大規(guī)模。

眾所周知，城市橋梁一般由梁橋、剛構(gòu)橋、拱橋、斜拉橋、懸索橋、斜彎橋等不同橋型組成，橋梁支座作為連接其上下結(jié)構(gòu)的重要裝置，其實際工作狀態(tài)（受力及約束）應(yīng)與結(jié)構(gòu)計算模型基本相符，以使橋梁結(jié)構(gòu)的實際受力狀態(tài)與理論計算結(jié)果相接近，達(dá)到設(shè)置支座的初衷。橋梁支座作為城市橋梁結(jié)構(gòu)中連接其上下結(jié)構(gòu)的一個重要裝置，其主要作用是：承受橋梁結(jié)構(gòu)的恒載、活載并傳給墩柱、橋臺，乃至基礎(chǔ)，并適應(yīng)橋跨結(jié)構(gòu)的水平位移和轉(zhuǎn)角位移。下面從近些年來橋梁支座新技術(shù)、新工藝和新成果的應(yīng)用情況，典型橋梁工程的支座應(yīng)用情況，橋梁支座新技術(shù)的發(fā)展展望等方面進(jìn)行論述。

2 新型橋梁支座的創(chuàng)新和應(yīng)用情況

我國1983年頒布了《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—1983）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，爾后又編制和頒布了《公路橋梁盆式橡膠支座》和《球型支座技術(shù)條件》兩個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，至2003年我國對橋梁支座實行生產(chǎn)許可證管理制度，把上述3類橋梁支座列入了行業(yè)管理的實施標(biāo)準(zhǔn)。眾所周知，橋梁支座的類型很多，主要應(yīng)根據(jù)其支承反力、跨度、主梁高度以及預(yù)期位移量來選定。一般來說，橋梁支座按結(jié)構(gòu)形式分為以下7個類別：弧形支座、搖軸支座、輥軸支座、板式橡膠支座、四氟版式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形支座等。近些年來，隨著我國橋梁建設(shè)的空前發(fā)展和科學(xué)研究成果的推廣應(yīng)用，新型橋梁支座在新技術(shù)、新工藝和新成果應(yīng)用方面成績斐然。

2.1 新型球型支座

2.1.1 特大型噸位的球型支座

球型支座在我國最早的應(yīng)用實例系1991年的北京西廂立交橋和上海的南浦大橋。筆者當(dāng)時曾撰文指出：“由于這種支座具有轉(zhuǎn)動能力強(qiáng)，無方向性，并能預(yù)先調(diào)整支座板上的角度，能夠滿足橋梁結(jié)構(gòu)多向轉(zhuǎn)動的變形特性，大大改善了橋梁結(jié)構(gòu)的受力狀態(tài)，為橋梁設(shè)計和建造開辟了新的途徑。”當(dāng)時國產(chǎn)的最大豎荷載為12 500 kN，進(jìn)口的MAORER球型支座的最大豎荷載為20 000 kN。特別是當(dāng)時采用的國產(chǎn)QZ系列的球型支座，安裝順利，質(zhì)量可靠，符合受力要求，填補(bǔ)了我國橋梁支座領(lǐng)域的空白。2010年10月建成的山東濟(jì)寧市洸府河大橋為主跨320 m的雙塔雙索面疊合梁斜拉橋,全長1 831 m，其中主橋長600 m，橋?qū)?0 m，雙向6車道。這座大橋采用了由我國自行研制,擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，當(dāng)今世界上橋梁結(jié)構(gòu)單個承載能力最大的球型鋼支座——160 000 kN特大噸位球型支座，產(chǎn)品通過驗收并安裝成功。該支座在研發(fā)過程中，科研人員借鑒當(dāng)今橋梁支座先進(jìn)技術(shù)成果，創(chuàng)新并采用了多項最新制造工藝。該支座的成功研發(fā)，標(biāo)志著我國超大承載力橋梁支座的生產(chǎn)及研發(fā)技術(shù)水平躋身于世界行列。

2.1.2 FCQZ系列復(fù)合材料球型支座

新型球型支座——FCQZ系列復(fù)合材料球型支座是由鋼和耐壓材料結(jié)合制造而成的，其外觀結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有球型支座相似。按支座功能可分固定支座、縱向活動支座、橫向活動支座和多向活動支座4種。 其技術(shù)創(chuàng)新反映在：（1）支座上擺和下擺分別由填充了耐壓材料的凸球殼和凹球殼構(gòu)成，填充的耐壓材料重量輕；（2）球殼內(nèi)的耐壓材料處于三向應(yīng)力狀態(tài)，大大提高了支座的承載能力，使支座具有很大的抗壓安全儲備；（3）支座結(jié)構(gòu)簡單，便于加工制造；（4）支座無易損件，不老化，耐久性好。

FCQZ系列復(fù)合材料球型支座有以下特點。

（1）性能優(yōu)良、耐久性好、加工方便、節(jié)能降耗、使用方便 。

（2）FCQZ系列復(fù)合材料球型支座的研制參照交通部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T 4－2004）、《公路橋梁盆式橡膠支座》（JT 391－1999）和國家標(biāo)準(zhǔn)《球形支座技術(shù)條件》（GB/T 17955－2000）的有關(guān)技術(shù)要求。 a.位移量：根據(jù)支座承載力的大小分級設(shè)置，范圍為30～150 mm；b.支座轉(zhuǎn)動角不小于0.05 rad；c.固定支座在各方向、單向活動支座非滑移方向的水平承載力不小于支座豎向承載力的10%,抗震型支座則為20%。

（3）與現(xiàn)有國內(nèi)外的橋梁支座相比，F(xiàn)CQZ系列復(fù)合材料球型支座的價格便宜。

FCQZ系列復(fù)合材料球型支座在構(gòu)造和用料兩方面的技術(shù)創(chuàng)新以及新鑄造工藝的引進(jìn)，進(jìn)一步完善了球型支座的使用性能，同時也降低了支座的造價，其制造成本不但大幅低于現(xiàn)有同承載力的球型支座，而且還低于同承載力的盆式橡膠支座。另外，支座鑄鋼用量的大幅降低也大大降低了鑄造能耗。新型FCQZ系列復(fù)合材料球型支座已在河南、廣東等地的城市橋梁、大跨徑橋梁上成功應(yīng)用，并取得了良好的效益。

2.1.3 雙曲面球型減隔震支座

新型球型支座——雙曲面球型減隔震支座，系近年來我國科研人員研制的橋梁支座。這種支座主要應(yīng)用于城市立交橋、公路橋梁、鐵路橋梁及城市軌道交通橋梁等領(lǐng)域，同時，也可應(yīng)用于有減隔震要求的其它建筑工程。雙曲面球型減隔震支座的技術(shù)創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在：（1）設(shè)計采用了上下不同半徑的兩個球面，既可保證支座正常的轉(zhuǎn)動和滑移功能，又能實現(xiàn)抗震剛度要求，達(dá)到了減震功能。（2）支座摩擦副采用填充聚四氟乙烯復(fù)合夾層滑片與不銹鋼板組成，具有承載力大、耐久性好等特點，并可根據(jù)使用要求對摩擦系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（3）該產(chǎn)品豎向承載力1 000～80 000 kN，滑動摩擦系數(shù)0.02≤μ≤0.03。雙曲面球型減隔震支座設(shè)計采用了上下不同半徑的兩個球面，既可保證支座正常的轉(zhuǎn)動和滑移功能，又實現(xiàn)了阻尼和耗能作用，達(dá)到了減震效果。（4）支座摩擦副采用填充聚四氟乙烯復(fù)合夾層滑片與不銹鋼板組成，具有承載力大、耐久性好等特點，并可根據(jù)使用要求對摩擦系數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。

上述技術(shù)創(chuàng)新均為國內(nèi)首創(chuàng)。雙曲面球型減隔震支座于2004年6月通過省級技術(shù)鑒定，并獲得了國家專利。該產(chǎn)品具有自主知識產(chǎn)權(quán)，其技術(shù)水平達(dá)到了國際先進(jìn)水平，填補(bǔ)了國內(nèi)空白，并在我國城市橋梁和公路橋梁建設(shè)中得到推廣應(yīng)用。如蘇通長江公路大橋、廣東佛山平勝大橋、上海長江大橋、福廈線烏龍江大橋等項目，解決了這些重大工程的橋梁抗震問題。圖1為上海長江大橋。

圖1 上海長江大橋（主橋、引橋）

2.2 新型抗震支座的應(yīng)用

眾所周知，我國處于環(huán)太平洋和北半球中緯度大自然災(zāi)害的交匯地區(qū)。由于我國幅員廣闊，氣候與地貌條件復(fù)雜，系世界上自然災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，特別是近年來，地震災(zāi)害頻繁發(fā)生，幾起特大地震（如四川汶川、青海玉樹地震等）對人民群眾生命安全和財產(chǎn)造成巨大損失。國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部發(fā)布了《關(guān)于建設(shè)系統(tǒng)防災(zāi)減災(zāi)工作的意見》，提出要積極防御和減輕地震、氣象災(zāi)害等多種自然災(zāi)害，關(guān)注城市生命線工程（包括城市交通、城市橋梁）的安全。

湛江海灣大橋及連接線一期工程是廣東省繼虎門大橋之后建成的規(guī)模最大、技術(shù)含量最高的橋梁工程。這個項目地處我國臺風(fēng)最強(qiáng)、雷暴最大、海水腐蝕最嚴(yán)重的雷州半島海域，大橋列為廣東省交通廳科技示范工程。該大橋工程技術(shù)難度大，施工非常艱巨。為提高大橋抵御8級地震的能力，研制了新型抗震支座，即在主塔與鋼箱梁之間安裝了國際先進(jìn)的抗震支座。該支座在大地震發(fā)生時可將鋼箱梁與主塔的連接由半漂浮轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭ㄟB接，提高抗震能力。該技術(shù)在廣東地區(qū)是第一次應(yīng)用。圖2為廣東湛江海灣大橋。

圖2 廣東湛江海灣大橋

2.3 新型減震支座的應(yīng)用

2.3.1 新型減震支座在城市高架橋的應(yīng)用

北京地區(qū)于2003年在五環(huán)路紅山口高架橋上成功應(yīng)用了新型減震支座。該橋以ANSYS大型動力分析有限元軟件作為結(jié)構(gòu)計算工具，使用間隙元等巧妙單元對設(shè)置減震支座下橋梁的減震效應(yīng)進(jìn)行了非線形動力時程計算分析，并提出了減震支座設(shè)計的具體參數(shù)。為實現(xiàn)減震支座的設(shè)計思想，必須在構(gòu)造上采取相應(yīng)的構(gòu)造措施。該橋的支座蓋板與主梁墊石通過主梁深入的錨栓錨固在一起，墊石布置兩層鋼筋網(wǎng)，支座底箱周邊與墩頂4 cm厚的預(yù)埋鋼板焊接，預(yù)埋鋼板下焊接預(yù)埋粗鋼筋，并在預(yù)埋鋼板底下采用抵抗局部承壓的鋼筋網(wǎng)。支座內(nèi)部靠板簧來提高剛度，對只受壓不受拉板簧的失度和底箱進(jìn)行限位，板簧和支座核心之間留有可滿足溫度等伸縮自由變形的間隙。

北京五環(huán)路紅山口高架橋其大跨度振型的空間振動特性使橋梁在橫向表現(xiàn)出不完全按剛度分配地震力的特點。設(shè)置限位減震支座后，橋面和墩柱間的相對位移大大減少，但地震力的降幅仍然比較明顯，在結(jié)構(gòu)計算分析中將最不利控制墩的橫縱向力予以適當(dāng)降低，不僅控制了橋梁的相對位移，還使地震力降低到墩柱的最大配筋能力所能承受的范圍以內(nèi)。該類型減震支座在經(jīng)濟(jì)上可取，構(gòu)造上可行，施工上方便，具有良好的減震作用，尤其適用于地震力控制設(shè)計的大跨度橋梁。圖3為北京五環(huán)路紅山口高架橋。

圖3 北京五環(huán)路紅山口高架橋

2.3.2 新型減震支座在跨海大橋的應(yīng)用

我國長大橋梁的建設(shè)成就舉世矚目，已經(jīng)建成一大批結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)計和施工難度大、科技含量高的長大橋梁。這些長大橋梁的特點是空間尺度大，跨越范圍廣，所處環(huán)境復(fù)雜。我國大部分地區(qū)為地震區(qū)，尤其華北和西部地區(qū)多為強(qiáng)震區(qū)，地震活動頻繁，因此，我國長大橋梁面臨著潛在的地震破壞威脅。長大橋梁是生命線工程，其建設(shè)成本高，一旦遭到地震破壞，將導(dǎo)致巨大的經(jīng)濟(jì)損失，且震后修復(fù)極其困難。近年來幾次強(qiáng)震災(zāi)害表明，即使經(jīng)過抗震設(shè)計，橋梁仍發(fā)生嚴(yán)重破壞，究其原因是尚未全面掌握橋梁的強(qiáng)震災(zāi)變機(jī)理。

眾所周知，根據(jù)材料和構(gòu)件的多維損傷動力結(jié)構(gòu)模型以及鋼筋混凝土橋墩、隔震支座和橋梁碰撞單元的多維非線性力學(xué)行為的精細(xì)化模擬模型，研制出新型隔震支座和智能阻尼控制裝置，建立了長大橋梁結(jié)構(gòu)失效破壞模式的優(yōu)化以及災(zāi)變過程智能控制的理論與方法。一種具有橫向彈塑性防落梁裝置的減隔震支座，包括防落梁裝置、軌道、橋梁支座。橋梁支座包括上支座板、中支座板、下支座板，各支座板依次連接固定；軌道為槽形軌道，順橋向連接固定于下支座板上；防落梁裝置為若干等強(qiáng)度的懸臂梁,其一端連接固定于上支座板，另一端插入軌道內(nèi)。該橋梁支座的中支座板為球型支座，包括轉(zhuǎn)動球面、滑動平面。轉(zhuǎn)動球面連接固定于中支座板上部的球面結(jié)構(gòu)上，滑動平面連接固定于中支座板下部的平面結(jié)構(gòu)上。該發(fā)明的防落梁具有彈塑性，防止梁體從支座上橫向脫落，還具有橫橋向的減震耗能能力，而且其結(jié)構(gòu)簡單，便于現(xiàn)場安裝。此種具有橫向彈塑性防落梁裝置的新型減隔震支座，其特征在于：其包括防落梁裝置、軌道、橋梁支座，橋梁支座包括上支座板、中支座板、下支座板，各支座板依次連接固定；軌道連接固定于下支座板上；防落梁裝置一端連接固定于上支座板，另一端插入軌道內(nèi)。圖4為浙江杭州灣跨海大橋。

圖4 浙江杭州灣跨海大橋

2.4 橋梁橡膠支座更換新工藝

2.4.1 城市橋梁更換橡膠支座

我國自20世紀(jì)60年代中期開始研制并在橋梁工程中廣泛使用板式橡膠支座。板式橡膠支座是僅用一塊橡膠板做成的簡單橡膠支座。其活動機(jī)理是利用橡膠的不均勻彈性壓縮實現(xiàn)轉(zhuǎn)角,利用其剪切變形實現(xiàn)水平位移。因橡膠與鋼或混凝土之間有足夠大的摩阻力（摩擦系數(shù)0.25～0.40），橡膠板與梁底和墩臺頂之間一般無須連接。在墩臺頂部,需鋪設(shè)一層砂漿,以保證支座放置平穩(wěn)。采用橡膠支座可以不設(shè)固定支座，所有水平力由各個支座均勻分擔(dān)，必要時可采用不等高的橡膠板來調(diào)節(jié)各支座傳遞的水平力。無加勁層的純橡膠支座,由于其容許壓應(yīng)力約為3 000 kPa，故只適合于小跨徑的橋梁。

北京市于2008年首次采用計算機(jī)同步提升系統(tǒng)完成了一批橋梁支座的更換。主要是由于隨著橋齡的增長及橡膠材料的老化，一大批使用橡膠支座的橋梁亟待更換支座。城市橋梁支座（主要指橡膠支座）的老化，影響城市交通的運營安全，通過采用新技術(shù)、新工藝，在北京杜家坎東部的小啞巴河橋成功地完成了橋梁支座的更換。該施工工藝在不中斷交通的情況下，從準(zhǔn)備架設(shè)支架到完成更換支座的施工周期為半個月時間。譬如，北京小啞巴河橋采用計算機(jī)同步提升系統(tǒng)最高將橋梁頂起15 cm，更換支座將橋面頂起1 cm左右。此工藝由具有國內(nèi)先進(jìn)水平的計算機(jī)控制整體同步頂升系統(tǒng)，通過40個點完成橋梁同步頂升和降落，橋面提升高度不超過10 mm，頂升施工過程中能保持橋梁上車輛的正常通行，不需要對橋面交通進(jìn)行管制。爾后，北京地區(qū)又采用該技術(shù)，對城區(qū)的蓮石路白云觀橋、二環(huán)路鼓樓橋、月壇橋等城市橋梁的支座進(jìn)行了更換，確保了橋梁安全和交通的順暢。正是有了較先進(jìn)的計算機(jī)系統(tǒng)支持，今后在交通量較大的城市橋梁更換支座時，將不會對橋面交通造成大的影響，具有很大的推廣價值和顯著的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。圖5為北京二環(huán)路月壇橋更換橋梁支座后的情況。

圖5 北京二環(huán)路月壇橋

2.4.2 江陰大橋引橋更換橡膠支座

2009年，江蘇省江陰大橋運行10年后，發(fā)現(xiàn)其北引橋的T梁梁端部支座產(chǎn)生變形和裂縫，車輛經(jīng)過此處發(fā)出很大的響聲，如不及時進(jìn)行處置，將對橋面結(jié)構(gòu)造成不利影響，威脅著橋梁的安全。1999年10月建成通車的江蘇江陰長江公路大橋，其主跨為1 385 m的懸索橋結(jié)構(gòu)，為當(dāng)時世界第四、中國第一懸索大橋。江陰大橋的北引橋作為京滬高速的咽喉，日通車量在5萬pcu以上，高峰時達(dá)到7萬pcu。若按常規(guī)的思路，更換支座必須中斷大橋的交通，而中斷交通將造成巨大的交通壓力，其社會影響和經(jīng)濟(jì)損失無法估量，最終采用了不中斷交通施工的方法進(jìn)行橋梁支座的更換。該工程采用先進(jìn)的“SPLC-8計算機(jī)控制同步頂升、下降系統(tǒng)”技術(shù)，使用了高精度的位移傳感器、采集器和數(shù)字控制液壓系統(tǒng)，以頂升力加位移、應(yīng)變進(jìn)行雙控，使整個力點的位移量始終控制在±1 mm以內(nèi)。該工程共更換支座312只。更換后的橋梁支座使用狀態(tài)穩(wěn)定，橋梁受力狀態(tài)明顯改善，確保了橋梁在整個頂升過程中的安全和橋面車輛通行暢通。

針對以往預(yù)應(yīng)力混凝土空心板安裝的四支座存在的支座脫空，可能會導(dǎo)致橋面開裂、支座壓壞等病害情況，采用三支座空心板，以確保三個支座穩(wěn)固支承空心板，并避免橋面鋪裝沿鉸接線開裂的病害。三支座與傳統(tǒng)的四支座模式相比較，在經(jīng)濟(jì)方面每片梁可節(jié)約1個支座，即每座橋梁支座工程造價相對節(jié)約0.25%的成本，且避免了支座脫空，改善了板的受力性能，防止了板間因支座脫空而產(chǎn)生縱向裂縫。單板三支座經(jīng)單板偏心、中心加載試驗及成橋動載試驗，證明有良好的受力性能。江陰大橋所采用的這項研究成果具有較大創(chuàng)新性，在國內(nèi)外具有新穎性和良好的社會、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境效益。圖6為江蘇江陰大橋。

圖6 江蘇江陰大橋

2.5 天津獅子林橋更換新型盆式支座

20世紀(jì)80年代初期，我國成功地研制了盆式橡膠支座，其豎向承載能力及其外形平面尺寸受其橡膠板的抗壓強(qiáng)度控制，通常橡膠板的設(shè)計壓應(yīng)力為25 MPa。盆式橡膠支座的主要部件是用鑄鋼件加工而成，盆式橡膠支座（活動支座）水平方向的位移是通過聚四氟乙烯板與不銹鋼滑板的平面摩擦副之間的相對滑動來實現(xiàn)的。為了使盆式橡膠支座的水平摩阻力處于較小狀態(tài)，通常在摩擦副之間添加硅脂潤滑油，并且在聚四氟乙烯板的摩擦面設(shè)置了許多球冠形儲脂坑，坑內(nèi)均注滿硅脂，支座的轉(zhuǎn)角位移則是橡膠板所產(chǎn)生的不均勻壓縮來實現(xiàn)的。因橡膠承壓板系在鑄鋼件的盆腔里面，只要鑄鋼件不存在內(nèi)在的質(zhì)量缺陷，盆式支座很少出現(xiàn)質(zhì)量問題，這是很多年來被實踐證明了的。工程實踐證明，更多地應(yīng)用盆式橡膠支座或球型支座可大大延長支座的使用壽命，保證工程質(zhì)量。使用盆式支座初始投資要大些，但壽命是板式橡膠支座的2倍。鑒于上述原因，不少設(shè)計單位在橋梁支座的選用上，盡量選用設(shè)計盆式橡膠支座或球型支座，而減少了板式橡膠支座。

21世紀(jì)初,天津市啟動了流經(jīng)城區(qū)的海河兩岸改造工程，并對海河上的舊橋進(jìn)行了系列改造，其中獅子林橋是重要的交通樞紐。天津獅子林橋建于1974年，采用簡支單懸臂帶掛孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)時具有技術(shù)代表性，但是由于橋梁建成的時間較早，已不能滿足城市進(jìn)一步發(fā)展的需要，特別是通航高度的不足，限制了海河的通航能力。獅子林橋抬升工程既可解決通航凈空不足的問題,又是構(gòu)建海河旅游觀光帶的重要工程，其采用的高新技術(shù)和施工工藝具有先進(jìn)性，工程所帶來的經(jīng)濟(jì)和社會效應(yīng)將是深遠(yuǎn)的。它不僅是天津市歷史上第一座應(yīng)用抬升技術(shù)改造的舊橋，在全國也屬首例。這一技術(shù)的成功應(yīng)用，將為我國城市道路規(guī)劃及舊橋改造開辟一條新的途徑。由于天津大部分為軟土地基，改造前已建造了三十多年的獅子林橋逐年在沉降，造成通航高度不夠，因此，根據(jù)Ⅵ級航道標(biāo)準(zhǔn)要求的4.5 m的通航凈高，獅子林橋需抬升1.271 m。頂升、抬高后的橋墩、橋臺則不需加高，需將原支座拆除并在原位澆筑鋼管混凝土支座墊石，并更新抗震抗拉的橋梁盆式支座。頂升所需推力來自68臺大推力液壓千斤頂，每臺千斤頂可提供200 t推力，以滿足抬升7 400 t的獅子林橋的需要。為避免頂升過程中橋梁產(chǎn)生水平位移，在新橋和老橋的縱、橫方向上均采用鋼結(jié)構(gòu)限位器進(jìn)行限位。由于獅子林橋?qū)儆谌邕B續(xù)箱形梁結(jié)構(gòu)，從橋梁的縱向分布考慮，必須整體同步頂升，而在橫向分布上，由于存在新老橋的結(jié)構(gòu)獨立性，可分別加以同步頂升。在原支座位置上加裝鋼管混凝土支撐墊石，作為橋梁回落后的永久支撐，并在永久支撐上加裝了抗震支座，使獅子林橋具有抵御8級地震的設(shè)防能力。所有支座采用了進(jìn)口喜力得螺栓，確保了支座及橋梁在動載情況下的穩(wěn)定性。兩側(cè)新橋成功地完成了抬升，證明國內(nèi)領(lǐng)先的同步頂升技術(shù)已被基本掌握和成功運用。該橋改造工程，采用了抗震抗拉的橋梁盆式支座、高阻尼的橋梁盆式支座等,均滿足受力需要。QZ球型抗震盆式支座、GPZ(II)型盆式支座、新型橋梁板式橡膠支座等，均滿足各種工程建設(shè)需要。圖7、圖8為天津獅子林橋采用抬升技術(shù)施工更換支座前后的情形。

圖7 采用抬升技術(shù)施工中的天津獅子林橋

圖8 改造后的天津獅子林橋

3 城市橋梁支座的研究趨勢及發(fā)展愿景

3.1 改善材料，提高強(qiáng)度和抗腐蝕、抗老化性能

近年來，根據(jù)以往幾十年的工程實踐，我國相關(guān)科研人員和生產(chǎn)廠家進(jìn)行改進(jìn)的新型支座有以下3種。

（1）優(yōu)質(zhì)鋼輥軸支座。輥軸及其上、下座板全部進(jìn)行淬火,可大幅度提高容許荷載，并減少結(jié)構(gòu)高度,在主力作用下的赫茲容許壓應(yīng)力（即按赫茲公式計算鋼圓柱體與鋼板平面接觸時的最大承壓應(yīng)力容許值）約為2 254 MPa。

（2）改進(jìn)防銹焊接支座。支座經(jīng)過全部淬火，并在上下座板面上設(shè)防銹焊接層，在主力作用下的赫茲容許壓應(yīng)力約為2 156 MPa。

（3）將支座的上下座板改成具有相同半徑的凸凹面，并在其間以及上座板與鋼滑板之間嵌入聚四氟乙烯板，則可構(gòu)成轉(zhuǎn)動和位移性能更好的半球形活動支座。

3.2 減少摩擦系數(shù)、簡化構(gòu)造、降低支座的結(jié)構(gòu)高度

（1）對溫差產(chǎn)生的位移要有足夠的估計。

（2）橋梁的撓曲、基礎(chǔ)的不均勻沉降都會產(chǎn)生縱向位移，對于高橋墩，墩頂位移可通過活動支座上的擋塊加以限制，它能使基底反力變化，并且阻止不均勻沉降。

（3）由于一些不可估計的因素，通常計算的位移量宜乘以1.3左右的安全系數(shù)。梁橋支座的支承面一般是水平的。

3.3 提高經(jīng)濟(jì)和使用性能，使安裝和更換方便

（1）城市橋梁不可更換的部件（如特殊橋梁支座）要保證其可檢性和可修性。

（2）對于不可能全壽命使用的部件，橋梁支座應(yīng)具有可檢性和可換性。

（3）要采用各種先進(jìn)的健康監(jiān)測手段使支座病害能被早期發(fā)現(xiàn)，并通過及時養(yǎng)護(hù)、維修和更換等措施以保證橋梁支座全壽命周期的服務(wù)質(zhì)量。

3.4 加強(qiáng)橋梁支座的養(yǎng)護(hù)

橋梁養(yǎng)護(hù)單位為進(jìn)一步加強(qiáng)公路橋梁板式橡膠支座的養(yǎng)護(hù)管理，保持橋梁結(jié)構(gòu)部位始終處于正常、安全的技術(shù)狀態(tài)，應(yīng)按照“預(yù)防為主，防治結(jié)合”的原則，“以橋面養(yǎng)護(hù)為中心，以承重部件為重點”對橋梁進(jìn)行全面養(yǎng)護(hù)。積極采用先進(jìn)的養(yǎng)護(hù)、檢測技術(shù)和科學(xué)的管理方法，改善養(yǎng)護(hù)手段，避免橋梁支座等病害的過早發(fā)生，確保橋梁安全，延長橋梁的使用壽命。當(dāng)橋梁建成交付使用后，經(jīng)過幾年或十幾年的使用，對橋梁支座進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)普遍存在以下問題：由于采用橡膠為主要原料，橡膠支座本身損壞；橡膠板支座出現(xiàn)橡膠老化、變質(zhì)、梁體失去自由伸縮能力，直接導(dǎo)致梁端或墩、臺帽混凝土破裂，造成掉角、啃邊現(xiàn)象，橡膠板易位，嚴(yán)重的導(dǎo)致伸縮縫破壞；盆式橡膠支座固定處松動、錯位，鋼盆外露部分銹蝕，防塵罩破裂，使盆式座座板損壞，翹起斷裂，墊石混凝土壓壞、剝離掉角等。究其原因，一是對整個橋梁養(yǎng)護(hù)不及時、不徹底；二是養(yǎng)護(hù)技術(shù)低；三是對橋梁橡膠支座這一重要部位的養(yǎng)護(hù)重視不夠。

4 結(jié)語

目前正處于21世紀(jì)第二個十年中，武漢鸚鵡洲長江大橋、港珠澳特大橋和超大型跨海大橋——青島海灣大橋等一大批現(xiàn)代橋梁的陸續(xù)興建，標(biāo)志著我國將續(xù)寫橋梁建設(shè)更加輝煌的篇章。同時，隨著我國城市化進(jìn)程的加快，我們將更加關(guān)注城市橋梁的創(chuàng)新性、安全性和經(jīng)濟(jì)性的有機(jī)結(jié)合，這也給今后橋梁支座的研究和應(yīng)用提出了新的課題。筆者相信，橋梁支座作為橋梁結(jié)構(gòu)中連接其上下結(jié)構(gòu)的一個重要裝置，必將在我國城市橋梁建設(shè)中發(fā)揮其更大的作用。

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