公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計及計算

潘文濤

摘要：在公路橋梁項(xiàng)目中，支座的設(shè)計是否合理，直接關(guān)系到公路橋梁的質(zhì)量和性能，近些年來橋梁板式橡膠支座的應(yīng)用日益廣泛，對此本文探討公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計及計算方法。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；板式橡膠支座；設(shè)計；計算

中圖分類號：U443.361文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674―3024（2016）07―140―02

前言

公路橋梁板式橡膠支座公路橋梁中應(yīng)用的較為廣泛，尤其是在一些中小跨徑的公路橋梁項(xiàng)目中，此類支座的應(yīng)用十分普遍，基于上述形勢，如何做好橋梁板式橡膠支座的設(shè)計和計算工作，成為了備受關(guān)注的熱點(diǎn)問題，為了促進(jìn)公路橋梁的質(zhì)量和性能，保障橋梁的使用壽命，有必要深入研究公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計及計算方法。

1 工程實(shí)例

某公路橋梁項(xiàng)目，橋長19.8m，采用預(yù)應(yīng)力混凝土五片式T形梁，梁兩端設(shè)厚度相等的板式橡膠支座，計算跨徑L為19.5m，已知支座設(shè)計和計算的相關(guān)參數(shù)如表1所示。

下面本文以該項(xiàng)目為例，分析公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計及計算方法。

2 公路橋梁板式橡膠支座的設(shè)計理念

首先，在公路橋梁板式橡膠支座的設(shè)計過程中，一定要做好各項(xiàng)驗(yàn)算工作，包括剪切變形驗(yàn)算、強(qiáng)度驗(yàn)算等等。其次，設(shè)計人員一定要對局部總應(yīng)變進(jìn)行嚴(yán)格校核，防止板式橡膠支座在投入使用之后由于局部應(yīng)變過大而導(dǎo)致斷裂問題。再次，整個設(shè)計過程一定要嚴(yán)格遵守相關(guān)規(guī)定，依據(jù)相關(guān)規(guī)范，本次公路橋梁工程中板式橡膠支座設(shè)計工作堅持以下幾點(diǎn)思路：

（1）設(shè)計方案中所用的橡膠材料一定要嚴(yán)格篩選，橡膠材料的扯斷伸長率等參數(shù)必須要符合標(biāo)準(zhǔn)。

（2）合理控制局部總應(yīng)變設(shè)計上限值，保證一定的強(qiáng)度儲備。

（3）在設(shè)計初期，應(yīng)認(rèn)真計算橡膠支座無剪切壓縮條件下的應(yīng)力，同時對其他工作狀態(tài)下的應(yīng)力進(jìn)行計算，并繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。

（4）確保橡膠支座的局部總應(yīng)變小于設(shè)計上限值

3 公路橋梁板式橡膠支座的受力分析

在公路橋梁板式橡膠支座的實(shí)際使用過程中，所承受的豎向力主要包括活載支點(diǎn)反力以及結(jié)構(gòu)自身重力的反作用力等等，本次項(xiàng)目中設(shè)計人員在計算活載支點(diǎn)反力時，盡可能選擇最不利的位置進(jìn)行加載和計算，并且計入沖擊效應(yīng)。

板式橡膠支座受到的水平方向的力包括橫向水平力和縱向水平力，上部混凝土結(jié)構(gòu)收縮和溫度變化引起的支座變形、汽車牽引力、風(fēng)力等因素，都會產(chǎn)生水平力，本項(xiàng)目設(shè)計人員在公路橋梁板式橡膠支座的設(shè)計和計算過程中，認(rèn)真分析支座所承受的各種豎向力和水平力，力爭為后續(xù)的設(shè)計和計算工作提供有力依據(jù)。

4 公路橋梁板式橡膠支座的設(shè)計計算

4.1 確定支座的平面尺寸

在確定板式橡膠支座的平面尺寸時，設(shè)計人員應(yīng)該充分考慮到墩臺頂以及梁部混凝土的局部承壓強(qiáng)度、橡膠板自身抗壓強(qiáng)度等各方面因素，一般情況下，公路橋梁板式橡膠支座應(yīng)該符合表2的要求。

式中a和b分別為支座短邊尺寸（順橋向）、支座長邊尺寸（橫橋向）；δ為中間層橡膠片厚度。經(jīng)過計算該項(xiàng)目中支座平面尺寸為18×20=360cm2。

4.2 確定支座的形狀

通常情況下，公路橋梁板式橡膠支座應(yīng)該具備2層以上的加勁鋼板，并且所有鋼板都應(yīng)該包在橡膠彈性材料之內(nèi)，在滿足上述要求的基礎(chǔ)上，設(shè)計人員在板式橡膠支座的設(shè)計過程中，可以根據(jù)工程項(xiàng)目的實(shí)際情況來確定支座的形狀，可以圓形支座、矩形板式支座等等。

4.3 確定支座厚度

在公路橋梁板式橡膠支座的使用過程中，主要是通過全部橡膠片的剪切變形來實(shí)現(xiàn)梁的水平位移，橡膠片厚度t和梁體水平位移Δ之間具備以下關(guān)系：

式中[tanγ]為橡膠片容許剪切角正切值，依據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，若計入汽車荷載制動力，那么[tanγ]可以取0.7，若不計入汽車荷載制動力，則[tanγ]可取0.5。

由此可以得出下式：

上部結(jié)構(gòu)在恒載作用下，受到溫度變化等因素的影響，會產(chǎn)生作用于支座上的水平位移，即為△g；汽車荷載制動力也會引起作用于支座上的水平位移，即為△p，△p可以通過下式進(jìn)行計算：

式中H為作用支座上的汽車荷載制動力。

為了確保板式橡膠支座的穩(wěn)定性，相關(guān)規(guī)范標(biāo)注中明確指出，支座厚度不能超過支座順橋向邊長的0.2倍。

結(jié)合上述內(nèi)容，在公路橋梁板式橡膠支座的設(shè)計和計算過程中，設(shè)計人員首先需要明確橡膠片總厚度，之后要確定金屬加勁薄板的總厚度，這樣就能夠確定支座的總厚度。經(jīng)過計算，本次項(xiàng)目中支座總厚度為2.8cm。

4.4 驗(yàn)算支座的偏轉(zhuǎn)狀況

當(dāng)主梁在荷載作用下出現(xiàn)撓曲變形現(xiàn)象時，梁端會產(chǎn)生轉(zhuǎn)角θ，與此同時支座也會產(chǎn)生線性壓縮變形，為了避免發(fā)生局部承壓問題，就要防止支座偏轉(zhuǎn)時橡膠與梁底發(fā)生脫空，因此支座偏轉(zhuǎn)狀況應(yīng)該滿足下式：

式中δc為支座平均壓縮變形；R為支座壓力標(biāo)準(zhǔn)；Ee和Eb分別是支座抗壓彈性模量、橡膠彈性體體積模量，Eb一般取2000MPa。

在滿足上述條件的同時，支座偏轉(zhuǎn)狀況還應(yīng)該符合相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，依據(jù)相關(guān)規(guī)定，橡膠支座的豎向平均壓縮變形不能夠超出0.07∑t。

4.5 驗(yàn)算支座的抗滑穩(wěn)定性

在公路橋梁板式橡膠支座的設(shè)計和計算中，設(shè)計人員要確保橡膠支座與梁底墩臺頂面之間不會產(chǎn)生相對滑動，為了滿足這一需求，因此當(dāng)不計入汽車制動力時支座的抗滑穩(wěn)定性要符合下式要求：

而在計入汽車制動力時支座的抗滑穩(wěn)定性要符合下式要求：

式中μ為摩擦系數(shù)，橡膠和鋼板之間的摩擦系數(shù)一般取0.3，而橡膠與砼之間的摩擦系數(shù)一般為0.3；RG是結(jié)構(gòu)自重引起的支座反力標(biāo)準(zhǔn)值；A是支座平面毛面積；RC是結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值和0.5倍汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值引起的支座反力；F是汽車荷載引起的制動力標(biāo)準(zhǔn)值。

5總結(jié)

橋梁支座對整座橋梁的性能和質(zhì)量具有重要影響，只有做好支座設(shè)計和計算工作，才能保證結(jié)構(gòu)受力合理，保障公路橋梁的使用壽命，如今大型運(yùn)輸工具的應(yīng)用越來越廣泛，對公路橋梁的性能提出了更高的要求，同時也給公路橋梁項(xiàng)目的設(shè)計和施工帶來了更加嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。本文分析了板式橡膠支座的應(yīng)用日益廣泛，對此本文旨在為相關(guān)工作者開辟思路。

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