橋梁支座使用壽命的影響因素分析

張 巧 蘭

(太原市市政工程總公司，山西 太原 030002)

0 引言

在整個橋梁建設(shè)過程中，橋梁的支座雖然造價不高，但對于橋梁確是十分重要的部件。因為橋梁支座是連接橋梁上部與橋梁下部的關(guān)鍵部件，它不但要將橋梁上部的承重穩(wěn)定地傳遞給橋梁下部的橋墩，而且還擔(dān)負著減震和隔震的作用，對于橋梁建設(shè)、橋梁使用和橋梁維護都是十分重要的。除此以外，橋梁支座還兼任著一些特殊作用，需要一些特殊支座來完成，例如減震支座、測壓支座、調(diào)坡支座、數(shù)據(jù)監(jiān)測支座等。

早期，橋梁支座主要采用的是鋼結(jié)構(gòu)支座，有的橋梁也采用一些簡易支座，例如油毛氈支座。隨著對橋梁性能與質(zhì)量的要求不斷提升，這些傳統(tǒng)支座已經(jīng)越來越不能滿足實際需求。隨著工程科學(xué)和材料科學(xué)等領(lǐng)域技術(shù)的不斷發(fā)展，橋梁支座的制作材料與類型也發(fā)生了顯著的變換。綜合考慮支座結(jié)構(gòu)、減壓抗震效果、適應(yīng)變形能力以及安裝程序復(fù)雜程度等因素，板式橡膠支座已經(jīng)成為目前各類橋梁支座主要采用的類型。橡膠支座的顯著特征包括安裝與結(jié)構(gòu)簡單、減壓抗震效果強、使用壽命長。改革開放后，橡膠支座在我國橋梁建設(shè)過程中也得到了廣泛的應(yīng)用。

橋梁支座對于橋梁十分重要，一旦支座發(fā)生損壞，必須及時對支座進行更換。隨著社會的飛速發(fā)展，一些特大橋、跨海大橋、跨江大橋不斷建設(shè)，這對橋梁支座提出了更高的要求。在這些要求中，橋梁支座的使用壽命是一個十分關(guān)鍵的因素，已經(jīng)成為橋梁建設(shè)和使用過程中必須要考慮的重要問題，受到了業(yè)界的廣泛關(guān)注。針對橋梁支座的使用壽命問題，對橋梁支座發(fā)生損壞的情況進行分類，分析了影響橋梁支座使用壽命的因素，并提出了一些有針對性的策略。

1 橋梁支座損壞分類

實踐表明，橋梁支座會出現(xiàn)各種各樣的損壞，對橋梁支座損壞進行分類的方式也較多。為了更加清楚地描述橋梁支座的損壞方式，便于分析橋梁支座損壞的原因，查明影響橋梁支座使用壽命的關(guān)鍵原因，對橋梁支座的損壞進行如下分類。

1.1 支座開裂

統(tǒng)計結(jié)果表明，在橡膠支座的損壞中，支座開裂是十分常見的一種損壞。所謂支座開裂就是指在橋梁使用的過程中，橋梁支座的表面出現(xiàn)起鼓或發(fā)生開裂。通常情況下，橋梁經(jīng)過一定時間的使用后，在橋梁上部載荷(包括橋梁上部交通工具的制動力、溫度影響力等)的不斷作用下，再加上環(huán)境因素的影響，橋梁支座的表面一般會顯現(xiàn)出非常輕微的裂紋以及深度較淺的龜裂裂紋。這些微小的裂紋通常呈現(xiàn)水平分布，只有局部的裂紋會出現(xiàn)向四周擴散的現(xiàn)象。但是，一旦這些微小的裂紋在橫向或者縱向的剪切變形過大，就很有可能導(dǎo)致橋梁支座的開裂。這將嚴(yán)重影響橋梁的使用安全，必須要對橋梁支座進行更換。

1.2 支座脫空

隨著橋梁使用年限的不斷增長，在橋梁支座與梁底面或者橋梁支座與支承墊石頂面之間就會出現(xiàn)裂紋，甚至是裂縫。如果裂縫過寬，例如裂縫長度大于對應(yīng)的邊長時，就會導(dǎo)致橋梁支座的傳力性能顯著下降，甚至喪失傳力能力。當(dāng)裂縫長度大于邊長的1/4時，稱為支座局部脫空；而當(dāng)裂縫長度接近于邊長時，就稱為支座全脫空。當(dāng)橋梁支座發(fā)生脫空后，橋梁支座的支撐作用就會下降，橋梁上部的載荷就會直接傳遞給橋梁下部。橋梁支座脫空后，隨著橋梁上部的載荷不斷辨別，橋梁支座長時間處于偏心受壓狀態(tài)，支座就會出現(xiàn)橫向裂紋，進而發(fā)展成為橋梁開裂，對橋梁結(jié)構(gòu)和橋梁安全帶來十分不利的影響。

1.3 支座變形受阻

在橋梁正常的使用過程中，橋梁支座均承擔(dān)橋梁上部與橋梁下部的垂直載荷(即豎直載荷)。而在橋梁支座的設(shè)計過程中，通過支座的剪切變形來適應(yīng)橋梁的豎直載荷，并且剪切變形還可以滿足溫度影響力發(fā)生的輕微變形。因此，在板式橡膠橋梁支座的使用過程中，支座主體部分的橡膠外側(cè)產(chǎn)生不嚴(yán)重的而且均勻的凸起都是一種正?，F(xiàn)象。但是，如果是因為支座在生產(chǎn)過程中，由于工藝水平不足，導(dǎo)致支座的內(nèi)加勁鋼板與橡膠的粘結(jié)不佳；或者橋梁支座的使用過程中，其滑動受到了諸如墩頂垃圾、摩阻力制動力變大等因素的影響，橋梁支座不能正常的滑動，支座出現(xiàn)異常變形，就很有可能會引起支座開裂，嚴(yán)重時還會導(dǎo)致支座爆裂。

1.4 支座變形過大

在橋梁使用過程中，橋梁支座不可避免會發(fā)生變形，這主要包括壓縮變形和剪切變形。橋梁支座的最大恒載剪切變形就是指板式橡膠橋梁支座在最高和最低溫度下出現(xiàn)的變形。過大的變形會使得橋梁支座承受過大的附件內(nèi)力，導(dǎo)致橋梁支座結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，影響橋梁支座的使用壽命。此外，不規(guī)則橋梁支座安裝，會使得橋梁支座產(chǎn)生過大的初始變形，這會加速橋梁支座的后續(xù)變形，影響支座耐久性，減少使用壽命。

2 橋梁支座使用壽命影響因素

橋梁支座是橋梁設(shè)計和建設(shè)過程中的關(guān)鍵一環(huán)。實踐表明，在橋梁使用過程中，受到各種自然和非自然因素的影響，部分橋梁支座在橋梁使用2年～3年內(nèi)，會出現(xiàn)各種不同程度的損壞。這不但影響了橋梁的正常使用壽命，更為重要的是給社會生產(chǎn)生活帶來極大的安全隱患。本節(jié)分析了影響橋梁使用壽命的因素。

2.1 橋梁支座選用

橋梁設(shè)計時對橋梁支座的選用是至關(guān)重要的，是影響支座使用壽命的直接因素之一。需要基于橋梁的使用環(huán)境選取合適的橋梁支座類型。例如，在橋梁設(shè)計時，盡量不要選擇拉壓支座，尤其是拉力比較大的橋梁支座。這是因為此類支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計比較復(fù)雜，制作難度較大，設(shè)計時以及施工時的微小細節(jié)會對橋梁支座的壽命產(chǎn)生長遠的影響。此外，在橋梁設(shè)計階段，除了要依據(jù)具體環(huán)境選取橋梁支座類型外，還要對支座參數(shù)進行優(yōu)化處理，這些參數(shù)包括支座的位移量、調(diào)高量等。在橋梁使用過程中，支座參數(shù)不合理也是影響橋梁使用壽命的重要因素。

2.2 橋梁材料選擇

目前，雖然可以選擇的支座類型有很多種，但是制作支座本體的材料類型相對有限，這些材料包括：橡膠、聚四氟乙烯、45鋼、ZG230-450等。要在充分考察橋梁使用環(huán)境與橋梁結(jié)構(gòu)需求的基礎(chǔ)上，科學(xué)合理地選取橋梁支座各部分的使用材料。在支座材料的選擇過程中，尤其要注意橋梁使用環(huán)境對支座材料的影響。例如，在寒冷地區(qū)使用的橋梁支座，無論是支座的鋼結(jié)構(gòu)部件還是橡膠結(jié)構(gòu)部件，均需要充分考慮到材料的耐寒性。除了耐寒性，通常情況下需要考慮的影響橋梁支座材料選擇的因素還包括防水性、耐腐蝕性、抗壓抗震性等。

2.3 支座制造工藝

橋梁支座的制作必須要嚴(yán)格遵從設(shè)計圖紙，制作過程還要充分落實國家相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。這是因為，即使橋梁支座類型的選用和支座材料的選擇均符合要求，只要支座的制造過程中沒有遵從相關(guān)規(guī)定，生產(chǎn)的支座不合格，支座的質(zhì)量同樣得不到保證，影響支座的使用壽命。在支座制造過程中，影響其使用壽命的因素有很多。例如，板式橡膠支座的橡膠本身的配方就是一個典型因素，這包括橡膠配方是否充分考慮的防老化問題，性能測試是否合格，橡膠處于密閉、承壓的狀態(tài)是否會發(fā)生損壞等。

2.4 支座施工質(zhì)量

橋梁支座的施工質(zhì)量也是影響橋梁支座使用壽命的關(guān)鍵因素。在科學(xué)合理地選擇了橋梁支座的類型和材料、按照標(biāo)準(zhǔn)制造了橋梁支座之后，影響橋梁支座使用壽命的重點就是橋梁支座的施工質(zhì)量了。目前，統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，橋梁支座的施工質(zhì)量存在很多的問題。例如，目前常用的板式橡膠支座主要存在施工問題有：局部脫空、位置偏差、橋梁上部與橋梁下部不平行、初始剪切變形過大等；支座安裝過程中，要注意橋梁圓柱面支座的偏壓會造成耐磨板損壞，并且如果相同梁端的軸線有偏差，后續(xù)橋梁使用過程中也會由于阻力大導(dǎo)致耐磨板損壞，進而影響橋梁支座的使用壽命。這些施工過程中出現(xiàn)的質(zhì)量問題均會嚴(yán)重影響橋梁支座的使用壽命，要特別引起注意。

3 延長橋梁支座使用壽命的策略分析

3.1 科學(xué)合理選擇和設(shè)計橋梁支座

橋梁支座類型的選用不當(dāng)與橋梁支座參數(shù)設(shè)計額不規(guī)范，是目前橋梁支座使用壽命短的主要原因。因此，在橋梁建設(shè)之前，就要嚴(yán)把設(shè)計關(guān)，具體可以分為以下兩個方面：首先，要充分掌握各型橋梁支座的特點與特性，基于橋梁的使用環(huán)境和橋梁的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，選擇橋梁支座的類型；其次，要合理地設(shè)計橋梁支座的各項參數(shù)，要基于橋梁的不同結(jié)構(gòu)，充分考慮到各種自然和非自然因素的影響，計算與支座相關(guān)的各個要素，例如支座承受壓力、支座位移、豎向反力等，為支座設(shè)計提供可信的數(shù)據(jù)。

3.2 嚴(yán)格保證橋梁支座制造質(zhì)量

現(xiàn)階段，橋梁建設(shè)過程中應(yīng)用最多的橋梁支座就是橡膠支座了。而橡膠支座的生產(chǎn)利潤較高，這就使得部分不法商家為追逐利潤而放棄產(chǎn)品質(zhì)量。據(jù)不完全統(tǒng)計，現(xiàn)在我國大約有百家以上的企業(yè)可以生產(chǎn)橋梁橡膠支座，而真正符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的生產(chǎn)企業(yè)只有十多家，剩下的絕大部分都是作坊式企業(yè)，不但工藝落后，選料也不規(guī)范，因而產(chǎn)品不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。因而，在橋梁建設(shè)過程中，要嚴(yán)格落實對橋梁支座的檢查制度，保證橋梁支座的質(zhì)量符合各項要求。此外，還要加大對違規(guī)企業(yè)的執(zhí)法力圖，促使企業(yè)生產(chǎn)的橋梁支座是以質(zhì)量為本的，基于質(zhì)量去追求效益。

4 結(jié)語

橋梁支座是橋梁建設(shè)和使用的關(guān)鍵部件。隨著材料科學(xué)的不斷發(fā)展，給橋梁支座的制造和使用帶來了革新。但是，橋梁支座的使用壽命是支座的關(guān)鍵問題。針對橋梁支座的使用壽命問題，分析了影響橋梁支座使用壽命的因素，提出相應(yīng)的解決策略。在橋梁的建設(shè)過程中，一定要選取好支座類型，設(shè)計好支座參數(shù)，控制好支座制造工藝，管理好支座的質(zhì)量，達到延長橋梁支座使用壽命的目的。

[1] 李 紅,宮小能,謝建平.橋梁支座使用壽命影響因素[J].公路,2017,62(3):144-145.

[2] 穆祥純.論新型橋梁支座在城市橋梁建設(shè)中的創(chuàng)新發(fā)展[J].特種結(jié)構(gòu),2012,29(3):58-63.

[3] 張 靜.公路橋梁橡膠支座的使用壽命與應(yīng)用[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化,2011(2):125-126.

[4] 夏 娟,奚 勇,劉洪濤.橋梁支座典型病害分析及對策[J].華東公路,2008(3):32-34.

[5] 蔣建軍,蔣勁松.西部地震區(qū)高墩橋梁支座合理選型研究[J].公路,2007(11):27-31.

[6] 周明華,葛寶翔.公路橋梁橡膠支座的使用壽命與應(yīng)用對策[J].土木工程學(xué)報,2005(6):92-96.