橋梁支座病害成因分析與治理對策探究

朱娘柱

摘? ? 要：橋梁支座是傳遞荷載和變形的重要連接構(gòu)件，在施工和運營過程中會發(fā)生開裂、剪切變形、脫空、偏位等多種病害，對橋梁的安全性和耐久性造成極大的威脅，本文主要針對橡膠支座的病害進(jìn)行成因分析并提出相應(yīng)的治理對策。

關(guān)鍵詞：橋梁支座;橡膠支座;病害;成因分析

1? 技術(shù)背景

近年來，隨著交通管網(wǎng)的飛速發(fā)展，截止到2019年底我國橋梁建設(shè)數(shù)量約為一百萬座，大量橋梁需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，橋梁支座作為上部與下部結(jié)構(gòu)的連接節(jié)點，其主要功能包括傳遞上部荷載，使橋梁上部能夠自由變形、扭轉(zhuǎn)[1]，還可以調(diào)節(jié)上部形變，同時限制橋梁由于地震或溫度變化產(chǎn)生的整體位移。在我國的橋梁建設(shè)中，橡膠支座因其彈性好、價格低廉、安裝簡便等特點成為應(yīng)用最廣泛的一種支座，但在使用過程中會發(fā)生開裂、脫空、剪切變形和等病害，需要定期對支座進(jìn)行科學(xué)的檢測，及時維修保養(yǎng)。

2? 橋梁病害分析

2.1? 橋梁支座受力分析

橡膠支座在橋梁結(jié)構(gòu)中承擔(dān)的主要受力包括壓縮、剪切、轉(zhuǎn)動和滑動。壓縮作用受力形態(tài)如圖1（a）所示，是橋梁支座的主要作用，上部結(jié)構(gòu)承受的荷載通過支座傳遞至下部結(jié)構(gòu)，垂直方向需要具備較大的剛度;當(dāng)外部環(huán)境的溫度和濕度發(fā)生變化加之混凝土發(fā)生徐變時，上下結(jié)構(gòu)產(chǎn)生剪切力作用于支座，支座需要具有一定的變形能力來吸收剪切引起的位移，如圖1（b）所示;在梁的端部，荷載作用時會發(fā)生輕微轉(zhuǎn)動，使得支座一側(cè)受力較大發(fā)生偏壓，支座通過轉(zhuǎn)動性能在受力后恢復(fù)，如圖1（c）所示;另外，橋梁在靜止?fàn)顟B(tài)下也會產(chǎn)生類簡支梁的受力情況，需要支座通過滑動性能來限制水平位移的發(fā)生，如圖1（d）所示。

2.2? 病害表現(xiàn)

基于橋梁支座以上的受力狀態(tài)，板式橡膠支座常見的病害形式主要包括：（1）出現(xiàn)裂紋老化，主要由于長期受到以上四種力的綜合作用，材料選擇的耐久性不夠、維修保養(yǎng)不當(dāng)?shù)仍颉＃?）剪切變位。由于支座長期受到的剪切力會產(chǎn)生剪切角，嚴(yán)重時會出現(xiàn)膠層的分層錯位[2]。（3）橋梁支座受到轉(zhuǎn)動作用時，局部偏壓較嚴(yán)重，偏壓轉(zhuǎn)角超限不及時恢復(fù)會導(dǎo)致脫空現(xiàn)象的出現(xiàn)。（4）橋梁結(jié)構(gòu)自身出現(xiàn)變位、不均勻沉降，或安裝偏差的遺留問題，會導(dǎo)致支座發(fā)生整體偏位，移位過量偏離設(shè)計位置超限。

2.3? 原因分析

（1）設(shè)計原因。包括設(shè)計選型和布置不當(dāng)，設(shè)計圖紙內(nèi)有對于支座的選型、尺寸方面的要求，但未對內(nèi)部參數(shù)進(jìn)行規(guī)定，如剪切角、偏壓轉(zhuǎn)角限制與形狀系數(shù)等。因此按照設(shè)計圖紙生產(chǎn)的支座外觀符合要求，但膠層度、鋼板等內(nèi)部結(jié)構(gòu)的設(shè)置參差不齊，在使用階段不符合要求。另外，在支座位置布置時，未準(zhǔn)確區(qū)分單向、雙向固定支座與活動支座，導(dǎo)致布置不合理，使用時產(chǎn)生滑移等現(xiàn)象。

（2）生產(chǎn)制造原因。支座對于原材料的要求很高，包括橡膠、內(nèi)部埋置鋼板、膠層，質(zhì)量要求高，還要嚴(yán)格控制生產(chǎn)工序，有些工廠質(zhì)量控制不嚴(yán)，添加再生膠材料，使得支座在使用初期就出現(xiàn)裂紋等現(xiàn)象，使用過程中加速老化。

（3）施工原因。支座安裝的精確度關(guān)系到整個橋梁的安全性和耐久性。支座下方的墊石不平整、標(biāo)高控制不準(zhǔn)確可能造成偏壓脫空，墊石表面如果留有污漬、浮漿會加速支座老化，影響垂直方向剛度。在支座安裝時，如果中心線對中不準(zhǔn)確，也會使支座處于失穩(wěn)狀態(tài)。在橋梁上部結(jié)構(gòu)安裝時如果水平方向發(fā)生偏差或者有坡度時，會導(dǎo)致出現(xiàn)剪切，偏心、偏壓等情況[3]。

（4）養(yǎng)護(hù)原因。在使用過程中，溫度和濕度的變化都會導(dǎo)致橡膠材料的緩慢劣化，老化開裂而逐漸喪失原有的功能，支座的一些損害發(fā)生初期比較輕微，如果不能及時檢測或不能在檢測中及時發(fā)現(xiàn)問題，就會導(dǎo)致負(fù)面影響的進(jìn)一步加劇，到達(dá)難以修復(fù)的程度。

3? 病害的防治對策

3.1? 支座檢測

對于橋梁橡膠支座，需要進(jìn)行至少一年一次的定期檢查，當(dāng)檢測過程中發(fā)現(xiàn)問題時需要針對具體部位進(jìn)行特殊檢查。檢測過程需要使用車載式高空作業(yè)平臺、吊籃或者桁架高空作業(yè)平臺等輔助機械，如圖2所示。檢查的內(nèi)容主要包括：橡膠開裂及表層鼓凸情況、剪切變形情況、脫空狀態(tài)檢查、偏位狀態(tài)檢查、墊石狀態(tài)檢查等。

3.2? 維修養(yǎng)護(hù)

（1）對于橡膠開裂的問題，當(dāng)縫寬超過1mm時候，可以使用聚乙烯橡膠在裂縫部位涂抹修補。如果裂紋長度超過周長一半、內(nèi)部鋼板有外露現(xiàn)象，或者一側(cè)鼓凸長度超過邊長一半時，需要使用千斤頂局部頂升進(jìn)行更換。

（2）當(dāng)發(fā)生局部脫空的面積超過40%時需要采取措施，如果為橋梁底與支座頂面的脫空，需要對支座與梁之間的鋼板抹水泥漿重新粘結(jié)，如果是墊石與支座底部的脫空，可以局部頂升磨平墊石后再墊入平整的楔塊。

（3）如果剪切角未超過規(guī)范限制，可以不處理繼續(xù)使用但需要密切監(jiān)測，如果超限較少，可以局部頂升釋放一定的剪切變形后檢查，滿足要求繼續(xù)使用，如果超限較多則頂升后更換支座。

（4）出現(xiàn)偏位現(xiàn)象時，移出墊石的長度如果超過自身邊長的25%，則需要頂升復(fù)位，如果超出40%，則在復(fù)位后需要加裝限位裝置，防止結(jié)構(gòu)失穩(wěn)。

4? 結(jié)語

橋梁支座在施工和運行過程中容易發(fā)生多種病害，需要對支座進(jìn)行定期檢測，及時對病害進(jìn)行識別，根據(jù)病因和損害程度進(jìn)行針對性的維修養(yǎng)護(hù)，從而延長橋梁的使用壽命。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王建華.橋梁建設(shè)中關(guān)于新型橋梁支座的創(chuàng)新應(yīng)用[J].交通世界，2016（15）：56～57.

[2] 包杰.斜曲連續(xù)梁橋板式橡膠支座設(shè)計關(guān)鍵技術(shù)研究[D].長安大學(xué)，2015.

[3] 喬振.基于固有頻率變化率的橋梁支座病害識別技術(shù)的研究[D].華東交通大學(xué)，2014.