公路橋梁四氟板式橡膠支座移位滑落成因探討

■溫龍輝

(福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州 350001)

公路橋梁四氟板式橡膠支座移位滑落成因探討

■溫龍輝

(福建省高速技術(shù)咨詢有限公司，福州 350001)

橋梁支座是連接橋梁上下部結(jié)構(gòu)之間的傳力構(gòu)件，受使用環(huán)境，使用條件及其他因素的影響，支座出現(xiàn)各種各樣的病害。近年高速公路橋梁在運(yùn)營較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)板式支座滑落等嚴(yán)重病害，針對此少有病害進(jìn)行成因探討，從中找出相應(yīng)的防治措施，對以后設(shè)計(jì)施工杜絕類似病害的出現(xiàn)有著非常重要的意義。

板式橡膠支座 滑落 串動(dòng) 抗滑性 原因分析

0 引言

板式橡膠支座是現(xiàn)代鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁設(shè)計(jì)中應(yīng)用最為廣泛的一種支座形式。聚四氟乙烯板式橡膠支座是在板式橡膠表面粘覆一層厚1.5mm～3mm的聚四氟乙烯板，它除了具有豎向剛度與彈性變形，也能承受垂直荷載及適應(yīng)兩端轉(zhuǎn)動(dòng)，利用聚四氟乙烯板的低摩擦系數(shù)，可使梁端在四氟板表面自由滑動(dòng)，水平位移不受限制，特別適宜中、小荷載，大位移量的橋梁伸縮縫使用。

福建省高速公路作為山嶺重丘高速公路，地形特別復(fù)雜，橋隧比例也高。近年來，同樣在橋梁的養(yǎng)護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)大量橡膠支座產(chǎn)生不同程度的病害，主要病害形式有：板式橡膠支座脫空(全部脫空和局部脫空)、壓縮變形或剪切變形過大、支座老化、外鼓、開裂、裂紋，支座上下鋼板銹蝕等缺陷。然而隨著經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展高速通車?yán)锍桃彩谴蠓黾?，很多通車橋梁在運(yùn)營較短時(shí)間內(nèi)，在支座正常使用壽命期內(nèi)出現(xiàn)較為嚴(yán)重的四氟板式橡膠支座串動(dòng)移位，甚至出現(xiàn)個(gè)別支座滑落至橋下，導(dǎo)致上部結(jié)構(gòu)落梁錯(cuò)位現(xiàn)象。支座產(chǎn)生此病害后，橋梁養(yǎng)護(hù)管理者如不分析清楚具體原因、僅憑個(gè)人的感性認(rèn)識(shí)判斷支座是否該處理或者直接更換，特別是 《公路橋涵養(yǎng)護(hù)規(guī)范》(JTG Hll-2004)[1-3]中提到的“支座如有缺或產(chǎn)生故障不能正常工作時(shí)，應(yīng)及時(shí)修整或更換”。管理者可能認(rèn)為支座是不是因?yàn)橹ё匣够У脑蚨苯痈鼡Q新支座，這樣一來就造成病害原因無法徹底解決，更換新支座運(yùn)營一二年后很有可能再次發(fā)生串動(dòng)移位，如此不僅對橋梁的正常運(yùn)營帶來安全隱患，而且會(huì)造成資源的極大浪費(fèi)[4-7]。

1 工程實(shí)例

廈蓉高速公路某大橋，橋梁設(shè)計(jì)雙向四車道；左右幅橋長均 832m，分 5聯(lián)共 33跨，梁跨組合為 3×(7×25)+2×(6×25)，上部結(jié)構(gòu)為25m預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土連續(xù)T梁，下部結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土雙柱式墩；支座型號(hào)為GYZ375×66圓形板式橡膠支座，支座布置每個(gè)橋墩蓋梁上共有10個(gè)支座，每聯(lián)伸縮縫下支座為加有四氟滑板圓形板式橡膠支座，伸縮縫采用模數(shù)式伸縮縫，橋梁縱向坡度0.9%，該橋2007年12月建成通車。

新通車高速橋面車流量并不是很大，通車后到現(xiàn)在不到兩年時(shí)間，2009年養(yǎng)護(hù)巡查技術(shù)員發(fā)現(xiàn)橋面伸縮縫出現(xiàn)上下錯(cuò)位，下部結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)不少支座懸空在墊石以外。經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)不少四氟板式橡膠支座串動(dòng)滑落：左右幅支座共滑落3個(gè)，其中左幅1個(gè)，右幅2個(gè)；支座已滑出鋼板懸在空中即將脫落共有6個(gè)，左右幅各3個(gè)；還發(fā)現(xiàn)有7個(gè)支座滑移量較大，其中左幅4個(gè)，右幅3個(gè)；且支座滑移均出現(xiàn)在設(shè)有伸縮縫墩上方。如圖1所示：

同樣在近幾年的養(yǎng)護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)橋梁支座類似病害還有很多，如下圖2所示：：

為進(jìn)一步掌握支座滑移原因，現(xiàn)場對下部結(jié)構(gòu)橋墩豎直度進(jìn)行檢測，發(fā)現(xiàn)墩身豎直度滿足設(shè)計(jì)要求，同時(shí)觀察下部結(jié)構(gòu)附近并無外界荷載不均勻堆放；檢測中發(fā)現(xiàn)支座滑移跑位的一個(gè)共同規(guī)律，即支座上下鋼板前后開口高度明顯不一致，支座安放在上下鋼板不平的楔形口里面，楔形口朝里支座便往里滑移，楔形口朝外支座便往外滑移(如下圖3)。

圖1 部分四氟板式橡膠支座出現(xiàn)串動(dòng)滑落

圖2 部分橋梁四氟板式橡膠支座串動(dòng)滑移情況

在橋梁的日常養(yǎng)護(hù)檢查和定期檢查中，發(fā)現(xiàn)無論是新建橋梁還是老舊橋梁，其支座大部分存在不同程度的病害，但像上述幾座典型的支座串動(dòng)滑落的大橋在運(yùn)營高速中也是屢見不鮮了，截至到2016年福建高速橋梁養(yǎng)護(hù)定期檢查發(fā)現(xiàn)較多板式橡膠支座串動(dòng)滑移病害，部分橋梁僅出現(xiàn)單個(gè)支座串動(dòng)滑移現(xiàn)象并未得到養(yǎng)護(hù)管理部門的重視，只是盲目的對支座進(jìn)行復(fù)位，殊不知一二年后該支座有可能繼續(xù)滑落。支座產(chǎn)生此病害后勢必會(huì)對橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響，特別是支座滑落后有可能導(dǎo)致落梁等重大事故。支座發(fā)生串動(dòng)滑移病害后對橋梁結(jié)構(gòu)的影響程度可能與橋梁自身的結(jié)構(gòu)形式有關(guān)，針對高速公路在運(yùn)營較短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)較多橋梁支座滑落的嚴(yán)重病害，我們重點(diǎn)要進(jìn)行原因分析，從中找出相應(yīng)的防治措施，對以后設(shè)計(jì)施工杜絕類似病害出現(xiàn)有著重要的意義。

圖3 支座上下鋼板安裝不平形成一個(gè)楔形口

2 支座滑移原因及分析

2.1 設(shè)計(jì)方面原因

(1)板式橡膠支座的計(jì)算除將支座的平面尺寸確定，支座厚度確定，支座偏轉(zhuǎn)驗(yàn)算外，還要注意支座的抗滑穩(wěn)定性驗(yàn)算，在此含四氟滑板支座和不含四氟滑板支座要分開驗(yàn)算抗滑穩(wěn)定性，使各種支座能完全滿足實(shí)際受力要求。

(2)設(shè)計(jì)要注意彎坡橋墊石標(biāo)高的確定，當(dāng)梁體出現(xiàn)較大的縱向坡度時(shí)，對于支座的抗滑移性能要單獨(dú)驗(yàn)算，重點(diǎn)控制支座墊石頂面標(biāo)高以及支座安裝的構(gòu)造要求，必要時(shí)要單獨(dú)對支座安裝方法及制造工藝進(jìn)行設(shè)計(jì)。

(3)支座出現(xiàn)滑移脫落病害的都是在橋梁每一聯(lián)伸縮縫處，伸縮縫處受溫濕度及車輛荷載影響梁體位移較大，而該處支座都加有聚四氟乙烯滑板，因聚四氟乙烯板的低摩擦系數(shù)，可使梁端在四氟板表面自由滑動(dòng)，水平位移不受限制；再在聚四氟乙烯板與梁底之間墊上一塊光潔度很高的不銹鋼薄板則更會(huì)加劇這種滑動(dòng)現(xiàn)象，而這種設(shè)計(jì)只是考慮了伸縮縫的自由伸縮不受限制，并沒有考慮支座滑動(dòng)后能否隨著梁體的自由伸縮回位到設(shè)計(jì)位置。對于以上現(xiàn)象應(yīng)對伸縮縫處滑板支座的防水、抗滑移以及支座的滑動(dòng)回位能力進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)或者有相應(yīng)的構(gòu)造措施。

2.2 材料工藝、制造方面原因

(1)采用的原材料沒有嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求檢驗(yàn)，特別是上下鋼板的材質(zhì)、平整度、光滑度以及支座橡膠體的力學(xué)性能等是否達(dá)到規(guī)范要求。

(2)出廠時(shí)產(chǎn)品應(yīng)得到權(quán)威機(jī)構(gòu)檢測，檢測支座的受力性能是否滿足設(shè)計(jì)要求。

(3)生產(chǎn)產(chǎn)品的原材料及施工工藝存在問題，生產(chǎn)出的產(chǎn)品在物理、力學(xué)性能方面不能完全滿足規(guī)范和設(shè)計(jì)要求；下圖為普通滑板橡膠支座的恢復(fù)力模型。

圖4 滑板支座恢復(fù)力模型

Fmax=μN(yùn)。式中，F(xiàn)max為臨界摩擦力；μ為滑動(dòng)摩擦因數(shù)；N為支座承受的壓力。圖中，xy為臨界位移，表示支座橡膠層的最大剪切變形；K為支座剪切剛度。

可以看出，當(dāng)支座與鋼板之間的滑動(dòng)摩擦因數(shù)較小或者支座所受壓力不足時(shí)，支座的臨近摩擦力也較??；此時(shí)若支座的剪切剛度不變則會(huì)導(dǎo)致支座臨界位移值降低，產(chǎn)生與鋼板或者支座墊石之間的相對滑動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致支座滑移過大甚至梁體脫空產(chǎn)生安全隱患。

2.3 施工方面原因

(1)施工控制不嚴(yán)格，支座的上、下承面(墊石、預(yù)埋鋼板)要求不平整，標(biāo)高未按設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格放樣。

(2)對于聚四氟乙烯滑板式支座，應(yīng)在四氟滑板表面預(yù)留球冠型儲(chǔ)油槽，在安裝時(shí)添注硅脂油，使不銹鋼與四氟板的摩擦系數(shù)盡量降低。

(3)施工安裝不規(guī)范，支座安裝之前，未清理支座上下鋼板表面雜物塵灰，以及四氟滑板與鋼板之間的水泥砂漿等雜物。

(4)支座安裝位置不準(zhǔn)確，支座安放時(shí)支座中心線與墩臺(tái)上的支座中心線不重合，支座就位不準(zhǔn)確，使支座一開始處在不利的受力環(huán)境下。

(5)支座防塵罩對塵灰的阻擋有很大的作用，無支座防塵罩灰塵的進(jìn)入會(huì)明顯提高四氟滑板支座的阻力，從而影響的梁體與支座之間的自由活動(dòng)。

(6)施工過程中應(yīng)嚴(yán)格控制墩身的垂直度，完工后應(yīng)清除下部結(jié)構(gòu)附近的外界不利荷載，確保下部結(jié)構(gòu)墩身垂直度滿足設(shè)計(jì)要求。

2.4 綜合原因分析

通過以上出現(xiàn)類似支座滑移現(xiàn)象并結(jié)合檢測數(shù)據(jù)分析四氟板式橡膠支座滑落主要原因：支座上方鋼板有明顯的支座滑痕，同時(shí)支座防塵罩均缺失，說明四氟滑板儲(chǔ)油槽內(nèi)未添注硅脂油用于減小摩擦，用水平尺測量發(fā)現(xiàn)支座的上下鋼板不夠平整，在安裝支座鋼板后形成一定的斜坡，支座安裝后上下鋼板之間便形成一個(gè)楔形口(如圖3)，梁體在受到溫度變化的收縮徐變及交通荷載作用后引起移動(dòng)，梁體正常應(yīng)在支座上方自由移動(dòng)，但遇到楔形口形式、摩擦力的增大，梁體帶動(dòng)支座一起移動(dòng)，楔形口形式導(dǎo)致在支座滑出以后無法再滑回原處，最終支座被慢慢推出來，造成支座滑落。

3 結(jié)語

橋梁支座是整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)承上啟下的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，可將上部結(jié)構(gòu)各種荷載作用傳遞到下部結(jié)構(gòu)，同時(shí)可保證橋梁上下部結(jié)構(gòu)在活載、溫度變化等作用下的自由變形。因此支座的監(jiān)測以及維護(hù)對于整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)都有重要的指導(dǎo)意義。對于以后的橋梁檢測，提出以下幾點(diǎn)展望：

(1)對于支座的質(zhì)量嚴(yán)格把控，在橋梁驗(yàn)收環(huán)節(jié)，對于橋梁支座的布置形式，放置位置，支座材料性能等進(jìn)行全面檢測。

(2)橋梁支座出現(xiàn)病害時(shí)，第一時(shí)間應(yīng)進(jìn)行成因分析，保證支座更換以后不再出現(xiàn)類似病害。

(3)支座出現(xiàn)滑移串位時(shí)要引起足夠重視，避免出現(xiàn)二次病害，對整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)造成破壞。

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[3]交通部.JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范.

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