橋梁設(shè)計(jì)中支座的選擇及應(yīng)用

胡玲

【摘 要】橋梁支座，將橋面板的各種荷載作用傳遞到橋墩上，在橋梁結(jié)構(gòu)中發(fā)揮著重要作用。本文首先介紹了幾種不同類型的橋梁支座，闡述了它們適用的橋梁工程類型，接著分析了橋梁支座應(yīng)用過程中的問題及支座應(yīng)用的發(fā)展，最后討論了橋梁設(shè)計(jì)中支座的設(shè)計(jì)方法，以供有關(guān)部門參考。

【關(guān)鍵詞】橋梁；設(shè)計(jì)；支座；應(yīng)用

1 橋梁設(shè)計(jì)中支座的選擇

在進(jìn)行橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁支座的設(shè)計(jì)占據(jù)著十分重要的地位。在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)中，支座是連接橋梁上下結(jié)構(gòu)的重要紐帶。它的主要功能是分散上部結(jié)構(gòu)的荷載力到橋梁墩臺(tái)上，另外，在上部結(jié)構(gòu)受到外力影響時(shí)，起到保護(hù)梁端、墩臺(tái)帽的作用。以下對(duì)橋梁設(shè)計(jì)中支座的種類進(jìn)行了總結(jié)，并討論了不同支座的優(yōu)點(diǎn)及適用范圍，可供施工單位選擇橋梁支座提供借鑒。

1.1 板式橡膠支座

這是一種新型的橋梁支座，板式橡膠支座有成本低、安裝方便等優(yōu)點(diǎn)，是由束層包薄膠片以及薄鋼板粘合、壓制形成的。在橋梁結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)中，選用這種支座，能夠?qū)蛄荷喜拷Y(jié)構(gòu)的反力傳遞到墩臺(tái)中，減緩橋梁上部結(jié)構(gòu)的壓力。此外，這種支座還具備彈性較好的優(yōu)點(diǎn)，這有利于梁端的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，減緩橋面壓力。較好的剪切變形也是板式橡膠支座的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，它能夠適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的水平位移。在大多數(shù)情況下，板式橡膠支座被應(yīng)用在中小跨徑的橋梁中。板式橡膠支座有圓形、矩形兩種，在圓形橋墩的橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中主要選擇的前者。在具體的設(shè)計(jì)過程中，板式橡膠支座的高度等參數(shù)，要根據(jù)實(shí)際中的情況來確定。在對(duì)這種支座進(jìn)行安裝時(shí)，采用的是水平安裝的方式。在規(guī)定的要求下，進(jìn)行傾斜安裝，應(yīng)把最大縱坡斜度控制在2%以內(nèi)，不能超出2%。

1.2 鋼支座

在早期的橋梁建設(shè)中，鋼支座的使用相對(duì)廣泛。它的種類也相對(duì)較多，有輥軸支座、弧型支座、搖軸支座和鉸軸支座四種。其中，搖軸支座和弧形支座適用于中小跨度的的鋼梁；輥軸支座由于自身的承載力較強(qiáng)，被應(yīng)用在混凝土梁、大跨度鋼梁中。使用這種支座時(shí)，要注意鑄件的銹蝕問題。一旦鑄件受到損害，支座容易凍死，失去應(yīng)有的功能。為此，在部分橋梁設(shè)計(jì)的過程中，施工單位一般會(huì)選擇在活動(dòng)支座中以聚四氟乙烯滑板代替輥軸，在固定支座、活動(dòng)支座和下擺的連接之間使用鉸軸連接，所以這種支座又被稱為鉸軸滑板鋼支座。

1.3 盆式橡膠支座

此種橋梁支座主要是由橡膠和鋼構(gòu)件兩部分組合而成，是橋梁支座發(fā)展的新型支座。這種支座的轉(zhuǎn)動(dòng)性強(qiáng)，能夠承受的水平位移量較好。因此，即使是在支座承載力為1000kN以上的大跨徑橋梁中，也能發(fā)揮出良好的效果。加上盆式橡膠支座相對(duì)靈活，所以林區(qū)、礦區(qū)以及城市軌道交通的橋梁中都可以應(yīng)用這種支座。單向支座、多向支座和固定支座分別是盆使橡膠支座的三個(gè)不同種類。

1.4 球型支座

球型支座的產(chǎn)生是在盆式橡膠支座的基礎(chǔ)上發(fā)展的?，F(xiàn)階段，隨著橋梁技術(shù)的不斷進(jìn)步，橋梁結(jié)構(gòu)的種類也發(fā)生了變化，比如寬橋和彎橋。這種橋梁支座的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角偏大，達(dá)到了0.01-0.02rad，在必要條件下，可以調(diào)節(jié)至0.05rad，已經(jīng)被部分橋梁工程所選用，并且取得了良好的效果。

2 橋梁設(shè)計(jì)中支座的應(yīng)用

2.1 橋梁支座應(yīng)用過程中的問題

作為橋跨結(jié)構(gòu)的支承部分，支座的功能是將上部結(jié)構(gòu)的反力傳遞給墩臺(tái)，并且完成橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的變形、水平位移、轉(zhuǎn)角等工作。在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)中，支座的作用必不可少。但是一些支座在應(yīng)用過程中，也難免產(chǎn)生一些問題，進(jìn)而引起橋梁結(jié)構(gòu)受到破壞。以下分析了幾種設(shè)計(jì)中常用的支座在應(yīng)用過程中出現(xiàn)的問題，并且簡單闡述了出現(xiàn)這些問題的原因，以便工作人員對(duì)橋梁支座在實(shí)際過程中的應(yīng)用，有一個(gè)更加清醒的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而改進(jìn)設(shè)計(jì)工作。

（1）轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活、錨栓剪斷、上下座板之間縱向錯(cuò)位超限

這些情況主要體現(xiàn)在弧形支座的應(yīng)用過程中。導(dǎo)致支座出現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活的情況由多方面的。最主要的是弧形接觸面線接觸應(yīng)力過大被壓平，進(jìn)而妨礙了支座的運(yùn)作；由于梁底鋼板和支座錨栓之間是焊接的，焊接缺陷容易導(dǎo)致錨栓疲勞強(qiáng)度，促使錨栓疲勞斷裂，最后影響到橋梁結(jié)構(gòu)；一旦支座弧形接觸面被壓平，梁體縱向?qū)?huì)發(fā)生變形，并且無法復(fù)位，最終導(dǎo)致梁體受荷載力作用出現(xiàn)伸長或縮短，上下座板之間縱向錯(cuò)位超限。

（2）支座無法復(fù)位

在橋梁的設(shè)計(jì)過程中，支座無法復(fù)位現(xiàn)象一般發(fā)生在搖軸支座中。仔細(xì)追究支座無法復(fù)位的原因，可以發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)橄聰[和支座底板之間的線形接觸應(yīng)力超出承受范圍引起的。由于線形接觸應(yīng)力過大，導(dǎo)致接觸面被壓平，原本的線接觸變成了弧面接觸。因此，在搖軸支座的實(shí)際應(yīng)用過程中，必須根據(jù)實(shí)際情況來設(shè)計(jì)，以規(guī)避病害。

（3）錨固螺栓被拔掉、墊石崩裂

這種病害一般出現(xiàn)在鉸軸支座的使用過程中，它的情況和前面提到的搖軸支座有點(diǎn)相似。受橫向作用力的影響，鉸軸支座上擺左右兩側(cè)凸字形限位板及下擺左右兩側(cè)半圓形限位板最容易受到破壞。因?yàn)檫@種支座的橫向限位與搖軸支座有所差距，因而更加容易受到破壞。

（4）橡膠老化、變質(zhì)

顯而易見，這種情況主要體現(xiàn)在板式橡膠支座中。一旦這種支座的橡膠老化或者是變質(zhì)，梁體將不能自由伸縮，逐漸導(dǎo)致梁端的混凝土破裂，破壞橋梁的結(jié)構(gòu)。

2.2 橋梁支座應(yīng)用的發(fā)展

（1）復(fù)合球型支座

這種橋梁支座主要是由耐壓材料和鋼制成的，它的外觀結(jié)構(gòu)和當(dāng)下的球型支座十分接近。根據(jù)功能的不同，分為以下四種：多向活動(dòng)支座、固定支座、縱向活動(dòng)支座、橫向活動(dòng)支座。這種支座的優(yōu)點(diǎn)突出表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，在支座的上下擺內(nèi)分別填充了耐壓材料，并且填充的耐壓材料重量較輕，性能良好；第二，在上下擺的球殼內(nèi)，耐壓材料處于三向應(yīng)力狀態(tài)，這使得橋梁的承載能力得以增強(qiáng)；第三，支座結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)相對(duì)簡單，加工起來比較容易；第四，支座的耐久性強(qiáng)。

從構(gòu)造和用料兩個(gè)方面，復(fù)合球型支座改進(jìn)了以前的鑄造工藝。同時(shí)，在改善球型支座的工藝同時(shí)，使得支座的造價(jià)得以降低，這是橋梁支座應(yīng)用過程中的一大進(jìn)步。

（2）雙曲面球型支座

近年來，我國科研人員研究出一張新型橋梁支座，用于城市立交橋、城市軌道橋梁等區(qū)域，這就是雙曲面球型支座。其具備以下優(yōu)勢：上下球面采用不同半徑，減震效果好，同時(shí)支座摩擦部位選擇聚四氟乙烯填充，承載力強(qiáng)?，F(xiàn)已經(jīng)被部分橋梁工程所應(yīng)用。

（3）新型減震支座

這種支座主要由油壓減震器和橡膠減震器兩部分組成，主要作用就是通過液體介質(zhì)的粘滯性，或者橡膠的彈性所產(chǎn)生的阻尼力來實(shí)現(xiàn)減震的目標(biāo)。

2.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)方法

（1）確定支座的尺寸

在這個(gè)過程中，需要計(jì)算出支座的高度以及支座平面面積。其中，支座平面面積可以通過以下方式進(jìn)行計(jì)算：

σ=Nmax/A≤[σ]

其中，Nmax為最大的支點(diǎn)反力；A為橡膠支座的平面面積；[σ]為支座的平均許用應(yīng)力。

（2）驗(yàn)算支座偏轉(zhuǎn)與壓縮變形

受行車荷載力的作用，橋跨結(jié)構(gòu)在支座處會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。而支座為完成這個(gè)轉(zhuǎn)角，必須借助不均勻壓縮實(shí)現(xiàn)，在這個(gè)過中，要防止橋跨結(jié)構(gòu)和支座之間出現(xiàn)“脫空”現(xiàn)象。支座的平均壓縮量增大，轉(zhuǎn)動(dòng)能力也會(huì)跟著加強(qiáng)。所以，在轉(zhuǎn)角確定的前提下，必須保證支座的最小平均壓縮量，這里用Δs表示。

（3）驗(yàn)算支座抗滑

為發(fā)揮出支座的功能，在橋梁設(shè)計(jì)階段就應(yīng)該控制好支座的位置。必須保證水平力作用力下，支座與橋跨結(jié)構(gòu)的接觸面、支座與墩臺(tái)的接觸面不會(huì)出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)。這就要求支座和混凝土之間產(chǎn)生一定的摩擦力，這個(gè)摩擦力的大小主要是利用摩擦因數(shù)與壓力以及相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)確定。

3 結(jié)語

當(dāng)下社會(huì)，橋梁結(jié)構(gòu)不斷朝著精細(xì)化、智能化方向發(fā)展，與此同時(shí)，研究出荷載力強(qiáng)、抗震性能良好、耐久性強(qiáng)的支座，是未來橋梁支座設(shè)計(jì)發(fā)展的方向，這需要廣大工作者的共同努力。

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[責(zé)任編輯：張濤]