公路桥梁橡胶支座的选择与安装__墨水学术,论文发表,发表论文,职
所属栏目：自动化论文范文发布时间：2011-02-25浏览量:278
副标题#e#摘要：介绍公路桥梁橡胶支座的类型、选择使用参数的计算及安装的要点，供同行参考。
关键词：公路桥梁；橡胶支座；选择；安装
前言
除了拱桥和刚构桥外，所有桥梁均需设置支座，目的是将桥跨结构的恒载及荷载传递到墩台上，保证桥跨结构能自由地发生线位移和转动，使结构受力时尽量与计算图式相符。按其使用功能的不同，支座可分为两大类：固定支座和活动支座。固定支座的作用是将桥梁结构固定在墩台上并传递竖向应力和水平力，允许桥跨转动但限制位移；活动支座只传递竖向应力，保证在温差、混凝土收缩以及荷载作用于桥跨时能自由转动和平移。按构造来分，支座有：摇棍支座、滚轴支座、混凝土铰支座、弧形钢板支座、橡胶支座等。
近2O来，公路桥梁支座的领地几乎全部被橡胶支座所占领，所以，熟悉了解橡胶支座，正确合理选用与安装橡胶支座，是每个桥梁设计、施工和监理人员必备的技能，是确保桥垮正常工作的前提。鉴于此，本文介绍公路桥梁橡胶支座的类型、选择使用参数的计算及安装的要点，供同行参考。
0、 橡胶支座的种类
由于橡胶支座具有构造简单、加工方便、节约钢材、造价低、结构高度小、安装方便等特点，适用于任意方向的变形(宽桥、曲线桥、斜桥)，橡胶的弹性能消减上下部结构所受的动力作用，对桥梁抗震也十分有利，一直被公路设计师和建造师所接纳。从几何形状及结构特点划分，橡胶支座分为简易支座、板式橡胶支座和盆式橡胶支座。
1．1简易支座
在梁底和墩台顶之间设置一定厚度的橡胶垫垫层，这类支座适合10m以下的小跨径桥梁，设计施工时在支座部位梁端、墩、台顶面布设钢筋网进行加强。这种类型的支座在上世纪70年代到90年代建造的小桥中应用很多，在笔者参加拆除重建的路网的混凝土板小桥中，遇到过一些成功案例。从拆除现场的外观效果观察，这类支座的损害程度低于板式橡胶支座。
1．2板式橡胶支座
其活动机理是利用橡胶的不均匀弹性压缩，实现转角，利用其剪切变形实现水平位移。设有固定支座与活动支座之分，所有纵向力和水平力由各个支座均匀分配，又加筋层的(橡胶板内含有几层一定厚度的钢板)可提高支座的抗压强度和抗压刚度，适用于中等跨径的桥梁；无加筋层的仅适用于小跨径的桥梁。板式橡胶支座有矩形和圆形两种，一般当斜度大于10°时采用圆板形支座，否则采用矩形支座。
1．3盆式橡胶支座
这类橡胶支座是将橡胶块放置于钢制的凹形金属盆中，使橡胶处于有侧限的受压状态，大大提高了支座的承载能力，其活动机理是利用填充的聚四氟乙烯板与不锈钢板相对摩擦系数小的特点实现水平位移，通过盆内橡胶的不均匀压缩来实现梁体的转动。它具有结构紧凑，摩擦系数小，承载力大，重量轻，结构高度小，转动、滑动灵活，成本低等优点，通常适用于大中型桥梁。
1、 关于橡胶支座的计算
对于橡胶支座的使用，应根据使用要求选择支座类型和几何尺寸。其尺寸要根据受力和变形情况通过计算来确定，通常需要进行四项计算：平面尺寸、厚度、脱空验算和抗滑验算。一般来说，平面尺寸是由支座反力的大小确定的；厚度是由所要求提供的位移量确定的；支座是否脱空是由反力的偏心大小确定的。下面以板式矩形橡胶支座为例说明其计算过程。
2．1平面尺寸计算
橡胶支座的平面尺寸一般由橡胶板的容许压应力来确定，即应满足：
σm=Rmax/（a-μ）b＜[σm]（1）
式中：Rmax最大支点反力(N)；
a、b——支座短边及长边的尺寸(mm)；
[σm]——橡胶支座的容许压应力(MPa)。
短边a应顺桥向放置，以适应转角的要求，长边b要横桥向放置，一般可取略小于梁肋的宽度；μ为支座受剪切时产生的位移值．#p#副标题#e#所以实际承压面积为(a-μ)b，而不是ab。
2．2支座厚度计算
支座厚度包括各层橡胶片厚度与加劲钢板厚度之和。橡胶片的总厚度Σt由下式给出：Σt=△L／[tgγ](2)
式中：△L—由于温度等原因而引起的桥跨纵向最大位移，△L=α•△t•L；
α—混凝土的线膨胀系数。取10-5；
△t——桥梁所在地年温差。可取7月份和1月份的月平均温差：
L—上部构造计算跨长，若两端均采用橡胶支座时应取半值；若为连续梁时应取“温度跨长”，即两个端支座之间的距离；若支座对称设置亦取半值：
tgγ—橡胶片的容许剪切角正切值。
橡胶片总厚度求出之后，可将其分成n层。一般每层厚取(1/25～1／30)α；加劲钢板的层数为1，钢板厚度一般为2mm一4mm。支座总厚度即为橡胶片的总厚度和钢板的总厚度之和，还应满足≤0．3a的要求。
2．3脱空验算
由于橡胶的受压性能与橡胶片的形状有关，具体地说就是其“形状系数”与受压弹性模量相关，即在计算支座的压缩值时需知道它的形状系数形状系数S等于其承压面积与其能自由膨胀的侧向面积之比：
当b／2
当b／2>a时，S=a／2t(4)
其中，t为橡胶支座中间层橡胶片的厚度。
主梁在荷载作用下发生挠曲变形后会引起梁端转角θ(如图1所示)。
此时支座顶面将会倾斜，产生不均匀压缩。设远端压缩量为δ2，近端压缩量为δ1，平均压缩值为δ=(δ2+δ1)／2，则有：
δ=RmaxΣt／E•a•b(5)
式中，E为橡胶支座的弹性模量。
粱端转角θ以用力学公式求出，即为已知(孤度)，由图1可得：a•θ=δ1-δ2(6)
将δ=(δ2+δ1)／2变换为δ1=2δ-δ2，代入(6)式得：
δ2=δ-aθ／2(7)
利用（7）式可求出δ2的值。当δ2<0时，表明支座顶面与梁底有部分脱空，支座呈局部承压，这是不允许的．因此设计或施工安装时必须保证δ2>0。
2.4抗滑验算
板式橡胶支座与下面的垫石及上面的梁底间要有足够大的摩擦力，以保证支座不会滑走，即：N≤ƒRmin(8)
式中：Rmin———支点最小反力；
ƒ———橡胶与混凝土(或钢板)间的摩擦系数，取0．2-0．3；
N———最大水平力，N=T1+T2(制动力)；
T1———由温差引起支座最大剪切变形时相应的水平力，T1=abG△t/Σt，其中G为橡胶支座的剪切模量。
就抗滑而言，由于橡胶与混凝土间的摩擦系数大于它与钢板间的摩擦系数，所以不设钢板时抗滑性能更好；就局部抗压而言，通常梁体混凝土强度远大于橡胶支座的容许抗压强度，也就不必再埋置钢板去分散压应力，因此，一般不要盲目地在垫石上和梁底面预埋钢板。
2、 橡胶支座的安装
橡胶支座良好工作状态的先决条件取决于安装质量,支座三维空间位置及形态是安装质量的具体体现，即橡胶支座的安装有两大要素:一是平面位置的固定;二是平整度与高程的控制。一般说来，橡胶支座的安装分现浇桥跨和预制梁板桥跨两种类型。预制梁板的支座安装则又分为一榀梁设置两个支座与设置四个支座的情况。由于近年来，简易橡胶支座逐步淡出应用，具体工程实践中很少碰到，下面论述的内容主要针对板式橡胶支座或盆式橡胶支座。
3.1橡胶支座的安装应注意事项
中华人民共和国交通部《公路工程国内招标文件范本》（2003年版）【下称‘范本’】第416.05款，列举了安装板式橡胶支座应注意的7方面事项及安装盆式橡胶支座应注意的5方面事项。这些注意事项，仅仅是针对单个支座而言的，必须认真考虑，同时更要从整个桥跨的角度考虑应注意的事项，比如要考虑‘范本’第412.04款或第412.05款的规定，确保支座及预制梁板的安装同时满足中华人民共和国行业标准JTGF81/1#p#副标题#e#——2004《公路工程质量检验评定标准》（第一册土建工程）【下称‘标准’】相关章节的要求。具体工程实践中，当实测数据不合‘标准’的表8.7.1-2时，往往是通过调整或重新安装支座，达到目的。
3.2现浇桥跨的支座安装
现浇桥跨的跨径一般较小，大多数情况下，使用板式橡胶支座。
现浇桥跨的橡胶支座安装，通常是在墩台帽上或盖梁顶面先处理整平支座的位置，放平放稳支座，而后在支座四周满铺很低标号的砂浆或粘土砂拌合料，铺料的顶面比支座顶面高少许，盖上塑料薄膜之类的隔离层。剪空支座正上方的隔离层，安装桥跨的钢筋及浇筑混凝土。混凝土强度达到设计标号，挖除及清洗干净支座四周填料，支座安装就算完成了。此外，也有用塑料泡沫材料代替拌合料的情况。
使用上述方法安装的支座，其密切性能好，不会出现支座脱空和弯折翘曲的现象。
3.3预制梁板桥跨的支座安装
预制梁板桥跨的支座安装，关键是保证支座受力均匀。为保证支座受力均匀一般是在安装时，先测定桥跨在支座位置的间隙空间，根据间隙空间与支座几何形态的差别，或垫高或凿低，保证支座顶面与预制梁板相应位置的底面平行和密切接触后，再准确落梁固定。
一榀预制梁板梁设置两个支座的安装，单跨安装时比较简单，一般只需调整一次就能完成支座的安装。如果是先简支后连续的桥梁，则必须考虑相邻连续梁的具体情况才能落梁固定。
一榀预制梁板梁设置四个支座的安装，要保证四个支座受力均匀和梁体平衡，就必须具备一定的要素。四支座安装就必须具备以下要素：。
3.3.1大梁底面支座安放每端必须处于同一个水平面上在制作大梁台座时就要充分考虑大梁底面支座钢模安放位置,使其每端处于同一个水平面上。尤其对于桥梁位于路线的曲线和有纵坡的路段,其每片梁板的每端位置都有变化,必须详细计算分析,确定其三维空间位置。预制大梁时要详细定点编号生产,做好施工记录、档案、注明大梁的对应位置方向。同时注意施工吊装过程要快捷、方便、井然有序。
3.3.2同一片梁下每端的垫石必须在同一个水平面上在制作盖梁上的垫石时也要充分注意其梁下钢板三维空间。位置的控制,只有采用和梁板支座位置相同的计算分析数据,上下结合,才能实现其准确的位置控制。同时注意制作垫石的材料和混凝土物理性质的影响,施工气温、湿度、养护条件,使用水泥的安定性、水灰比、混凝土的干缩对混凝土表面,尤其是混凝土薄体影响较大。施工气温和养护温度必须相对标准,控制在一定的范围之内,避免温差过大、水灰比过大而影响垫石的质量和位置。
3.3.3四个支座的纵、横向位置必须准确。测量是支座位置控制的唯一手段,其支座纵、横向及竖向三维空间位置是经过准确、反复的测量而实现的。要将测量时温度差、大地高程差、视线长短的影响等有关测量误差因素全部考虑在内,争取在较短时间内完成支座的测量,反复校核等工作,提供准确施工数据。
3.3.4大梁支座处垫石表面平整度和高程必须严格控制。‘标准’中明确规定,支座表面平整度、支座平面高差仅允许2mm,所以,大梁支座处垫石表面平整度和高程必须严格控制,比如,垫石、梁底高程都控制在2mm以内,看起来没有超出质量标准允许范围,但两个公差叠加起来已超出支座板平面高差(2mm)范围。
3.4多跨连续梁的支座安装
采用先简支后连续的办法可以形成连续梁．即在相邻两孔的梁端间隙中浇筑注湿接头形成连续。该结构的支座安装，通常要求先将简支梁放在临时支座上，再将正式支座安放在正确位置．之后浇筑湿接头混凝土，待混凝土达到强度后拆除临时支座完成体系转换。临时支座可以用混凝土块、硬杂木、钢砂筒等制成，有时为了使倾斜的梁底和平置的支座密贴，还在制梁时在梁板底加混凝土三角垫层，使制梁复杂化。也#p#副标题#e#有用“硫磺砂浆”作为临时支座的，采用通电加热的办法落梁。目前普遍采用的一种非常简便可行的方法，可称为“砌砖法”，先在盖梁顶面砌两行砖．砖下垫一层油毛毡以便于拆除，砖墙顶面抹砂浆并按梁底标高严格找平。即先将简支梁放在砖墙上．然后将支座放在设计位置上；将砖墙内空间填砂，砂上抹砂浆，注意要露出支座顶面；浇筑接头混凝土达到强度后拆除砖掏出填砂，落梁在橡胶支座上，完成体系转换。
安装温度的选择，是该结构的支座安装时必须予以重视的内容。梁体的温度变形会引起支座剪切，当梁体伸长时支座的顶面会向外移动．梁体缩短时支座顶面会向内移动，希望这两个方向的移动量大致相当。如果在最高或最低温度下安装，支座都会产生过大的剪切变形。故在平均气温下安装最为合适。但需注意．这里所说的“平均气温”还应考虑混凝土的收缩影响，因为混凝土收缩相当于降温l5℃左右，所以这里所说的最低温度还应再加上一个附加值，这也正是要求“低温安装”的理由；上述的“最高温度”是指“最高月均温度”而不是极端最高温度，最低温度亦然。
3.5桥跨安装支座位置间隙空间的测定
3.5.1测定的必要性。
从工程实践统计资料或经验而言，影响桥跨安装支座位置间隙空间的因素很不确定和众多，传统的做法是在支座下面垫铁板或高标号砂浆，检查人员依经验判断安装合格与否，误判的概率极大。例如，传统的空心梁支座设计，一般设计成四支座支顶，空心梁底端部距盖梁顶面比较近，只有一个支座的高度。在实际施工安装空心梁过程中，当对角线的两个支座压紧密实时，从外表上观察安装的空心梁是稳定的，尤其是空心梁与相邻的空心梁侧面压实紧密时，更是难以确定四支座支顶压紧密一致。如何判断空心梁的四支座接触紧密一致，目前无具体的定量检测判断指标，‘范本’第416节“桥梁支座”仅仅是定性规定，具体操作上仍然靠现场人员眼观、触击检查，如图2照片所示。彻底解决桥梁支座安装无具体数值判断是否密切的弊端，准确测定桥跨安装支座位置间隙空间，为调整支座（垫铁板或高标号砂浆）获取具体的参数，实属必要。
3.5.2测量装置及测定方法。
测量装置如图3所示，设计一个与支座同规格的底座，底座的四个对称方向上安装四个可以方便调整高度的球头柱子，球头柱子上面覆盖一块带球座的钢板，钢板与支座同规格。同时在底座的四个柱子下放置压力感应器。在吊装桥梁时，先以测量装置代替支座，读取压力感应器的压力数据，压力符合理论计算值时，表明空心梁的四支座接触紧密一致。此时测量各个球头柱子的实际高度，根据各个球头柱子的高度差，可以确定支座位置的空间间隙。
3.5.2测量数据应用。
据支座位置空间间隙的大小及其倾斜的形态，确定支座下面垫铁板的厚度、范围，用快速硬化的不饱和树脂粘贴支座与钢板成为整体，抹平支座与钢板的台阶后，重新抬升梁体，用支座换下测量装置。
3、 结束语
桥梁工程实践、养护及病害调查指出，支座损害是导致桥梁上构破坏的主要形式之一，而因选择或安装不当导致支座应力超过材料极限，是支座损害的主要原因之一。本文从理论和实践方面对桥梁橡胶支座的选择或安装作了比较详细的介绍，对桥梁设计、施工和监理人员有一定的参考价值，对提高桥梁的建造质量及管养质量有一定的裨益。
参考资料：
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[2]黄跃平胥明章雯李狄.板式橡胶支座使用中常见损伤与防治[J].世界橡胶工业.2006,(12)29-34
[3]李涛.四支点橡胶支座的安装[J].山西建筑.2005,(6)105-106
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