道路橋梁職稱論文發表淺談橋梁新型支座

　　摘要:橋梁支座，將橋面板的各種荷載作用傳遞到橋墩上，在橋梁結構中發揮著重要作用。本文從橋梁支座的分類、最新研究出的新型支座及應用、支座設計方法、支座破壞分析等方面進行了闡述。

　　關鍵詞:橋梁支座,抗震減震,支座設計

　　在橋梁結構中，支座是橋梁上、下部結構的連接點，其作用是將上部結構的荷載舒適、安全地傳遞到橋梁墩臺上去，同時保證上部結構在荷載、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素作用下的自由變形，以便使結構的實際受力情況符合計算圖式，并保護梁端、墩臺帽不受損傷。此外支座應便于安裝、養護和維修，并在必要時進行更換。

　　一、 支座的分類

　　(一) 鋼支座

　　我國早期的鐵路橋梁大多數都采用鋼支座。鋼支座的型式有弧型支座、搖軸支座、鉸軸支座和輥軸支座。材質上，鑄件(支座的上下擺、搖軸、座板等)多采用zG25 II，鉸軸、輥軸等采用35號鍛鋼。弧型支座、搖軸支座主要用于中小跨度鋼梁：混凝土梁、大跨度鋼梁主要采用承載力強的輥軸支座。鋼支座在使用過程中，鑄件的銹蝕易導致支座的凍死，從而影響其使用性能。作為改進可以在活動支座中以聚四氟乙烯滑板代替輥軸，活動支座和固定支座上、下擺之間均以鉸軸連接，稱作鉸軸滑板鋼支座。

　　(二)板式橡膠支座

　　板式橡膠支座是一種新型橋梁支座。它具有構造簡單、加工制造容易、用鋼量少、成本低廉、安裝方便等優點。板式橡膠支座由數層薄橡膠片與薄鋼板鑲嵌、粘合、壓制而成。它具

　　有足夠的豎向剛度以承受垂直荷載，能將上部結構的反力可靠地傳遞給墩臺，良好的彈性以適應梁端的轉動，較大的剪切變形以滿足上部結構的水平位移。板式橡膠支座適用于中小跨徑的公路、城市和鐵路橋梁。板式橡膠支座又可分為矩形和圓形兩種 ,圓板式板式橡膠支座主要用于圓形橋墩的橋梁。板式橡膠支座的型號、高度等應根據實際的位移量及支座反力大小來確定。板式橡膠支座應盡量水平安裝,當必需傾斜安裝時,最大縱坡應≤2%。板式橡膠支座一般分為非加勁支座和加勁支座兩種。

　　(三)盆式橡膠支座

　　盆式橡膠支座是鋼構件與橡膠組合而成的新型橋梁支座。具有承載能力大、水平位移量大、轉動靈活等特點，適用于支座承載力為1000 kN以上的大跨徑橋梁，也適用于城市、林區、礦區的橋梁。盆式橡膠支座可分為單向支座、多向支座和固定支座。

　　(四) 球型支座

　　球型支座是在盆式橡膠支座的基礎上發展起來的一種新型橋梁支座。隨著橋梁技術的發展，大量的彎橋和寬橋的出現，70年代初國外就研制成球型支座，它的設計轉角可遠大于盆式橡膠支座，一般為0.0l～0.02rad，必要時也可以達到0.05rad。設計反力從1Kn～30Kn。

　　二、 支座的最新進展

　　(一) 復合球型支座

　　新型復合材料球型支座是由鋼和耐壓材料結合制造而成的，其外觀結構與現有球型支座相似。按支座功能可分固定支座、縱向活動支座、橫向活動支座和多向活動支座四種。其技術創新反映在：(1)支座上擺和下擺分別在凸球殼和凹球殼內填充耐壓材料，填充的耐壓材料重量輕;(2)球殼內的耐壓材料處于三向應力狀態，大大提高了支座的承載能力，使支座具有很大的抗壓安全儲備;(3)支座結構簡單，便于加工制造;(4)支座不易損壞和老化，耐久性好。

　　復合材料球型支座在構造和用料兩方面的技術創新以及新鑄造工藝的引進，進一步完善了球型支座的使用性能的同時，也降低了支座的造價，其制造成本不但大幅低于現有同承載力的其它球型支座，而且還低于同承載力的盆式橡膠支座。另外，支座鑄鋼用量的大幅降低也大大降低鑄造能耗。

　　(二)雙曲面球型支座

　　雙曲面球型減隔震支座是近年來我國科研人員研制的橋梁支座。這種支座主要應用于城市立交橋、公路橋梁、鐵路橋梁及城市軌道交通橋梁等領域。同時，也可應用于有減隔震要求的其它建筑工程。雙曲面球型減隔震支座的技術創新點主要體現在：(1)設計采用了上下不同半徑的兩個球面，既可保證支座正常的轉動和滑移功能，又能實現抗震剛度要求，達到減震功能;(2)支座摩擦部位采用填充聚四氟乙烯復合夾層滑片與不銹鋼板組成，具有承載力大、耐久性好等特點，并可根據使用要求對摩擦系數進行調節。

　　(三)新型抗震支座

　　我國處于環太平洋和北半球中緯度大自然災害的交匯地區。由于幅員廣闊，氣候與地貌條件復雜，系世界上自然災害最嚴重的國家之一，特別是近年來地震災害頻繁發生，幾起特大地震(如四川汶川、青海玉樹地震等)對人民群眾生命安全和財產造成巨大傷亡和損失。做好城市生命線工程(包括城市交通、城市橋梁)的安全，對于人民群眾的生命安全和社會正常運轉有重要作用。

　　抗震支座包括支座的上錨碇板組件、下錨碇板組件、與上錨碇板組件固定連接的上滑動板組件、與下錨碇板組件固定連接的下滑動板組件，以及分別設置在支座兩側的兩個速度鎖定器。上、下滑動板組件通過導軌兩側組件形成滑動配合，上、下滑動板組件分別和速度鎖定器的缸體和活塞固定連接，速度鎖定器的作用方向與導軌方向平行。這種支座的作用效果是，當地震等因素產生比較大的震動時，能夠有效地分散荷載，使得橋梁結構的受力更均勻，性能更穩定，從而避免或減輕自然災害對橋梁結構的破壞，

　　(四)新型減震支座

　　新型減震支座分為油壓減震器和橡膠減震器，減震器的機理主要是利用液體介質的粘滯性或橡膠的彈性所產生的阻尼力來減小地震力的影響。

　　目前國內橋梁采用的減震技術，大致集中在以下兩類：一類是延長結構周期，同時采用消耗地震能量的隔震裝置來提高結構的抗震性能，如鉛芯橡膠隔震支座、擺式滑動摩擦支座等;另一類是利用耗能裝置來消耗地震能量，達到改善橋梁結構局部關鍵部位的抗震性能，如粘滯阻尼器。

　　三、支座設計方法

　　a.確定支座的尺寸

　　支座尺寸包括支座平面面積與支座高度兩部分數據的確定。支座平面面積可以這樣計算：

　　其中 為最大的支點反力;A為橡膠支座的平面面積; 為支座的平均許用應力

　　b.驗算支座偏轉與壓縮變形

　　橋跨結構在支座處會產生轉角，支座通過不均勻壓縮來提供這種轉動能力，同時支座與橋跨結構之間不能有“脫空”現象發生，支座的平均壓縮量越大這種轉動能力就越強，這就要求在轉角一定的條件下，支座要保證一個最小的平均壓縮量 ， 可以這樣求得：

　　其中，為橡膠支座的彈性模量;為橡膠層的總高度。

　　c.驗算支座抗滑

　　支座要想發揮起作用，必須要保證其處于設計的位置，在水平力作用下在支座與橋跨結構的接觸面上以及支座與墩臺的接觸面上不能出現相對滑動，這種保證來自于支座與混凝土之間要有足夠的摩擦力，摩擦力的大小可以通過壓力與摩擦因數再考慮一定的經驗系數來確定。

　　四、支座破壞分析

　　橋梁支座是橋跨結構的支承部分, 它的作用是將上部結構的反力傳給墩臺, 并完成梁部結構所需要的變形, 包括水平位移和轉角。因而它是橋梁的重要組成部分。某些上部梁跨及墩臺基礎的病害, 往往首先反映在支座位移的變化上, 所以橋梁支座應經常保持良好的狀態, 發現病害要及時整治。支座破壞往往會引起橋梁的災害。

　　支座在設計使用期限內會出現許多問題。這些問題的來源是多方面的，既有支座所選橡膠材料不耐老化的先天缺陷因素，也有支座選取、布置不合理，施工不規范、不專業，養護不到位等人為因素。下面選取幾種設計中常用的支座來分析其發生破壞的原因。

　　(一)弧形支座在使用過程中經常發生轉動不靈活、錨栓剪斷及上下座板之間縱向錯位超限的現象。轉動不靈活主要是由于弧形接觸面線接觸應力過大被壓平，造成支座轉動困難;支座錨栓與梁底鋼板大多采用焊接連接，焊接缺陷及焊接殘余應力使得錨栓疲勞強度降低，容易引起錨栓疲勞斷裂的病害;上下座板之間縱向錯位主要是梁體在荷載作用下出現伸長或縮短，是由于支座弧形接觸面被壓平，梁體縱向變形無法復位所致。

　　(二)搖軸支座在使用過程中經常發生活動支座無法復位的現象，主要原因是由于下擺與支座底板的線形接觸面接觸應力過大被壓平，下擺與底板之間由原來的線接觸轉變為弧面接觸所致。此外，該類支座還經常發生活動支座下擺與底板之間的銷子被剪斷、上擺與搖軸之間的擺卡被剪斷、錨固螺栓被拔掉及墊石崩裂等病害，這主要是由于支座承受了超過設計水平的橫向力或縱向力所引起。

　　(三)鉸軸支座在使用過程中經常發生的病害與搖軸支座類似，主要有活動支座無法復位、活動支座下擺與底板之間的銷子被剪斷、錨固螺栓被拔掉及墊石崩裂等病害。此外，該類支座在橫向力作用下其上擺左右兩側凸字形限位板及下擺左右兩側半圓形限位板容易出現病害，如限位板外凸變形及限位板螺栓剪斷后限位板脫落缺失等。與搖軸支座相比，此類支座在橫向力作用下更容易出現病害，這主要是由于兩種支座橫向限位構造不同所致，鉸軸支座主要靠限位板上的螺栓抵抗橫向力，而搖軸支座主要靠上擺和下擺之間嵌套的擺卡抵抗橫向力，后者比前者更能抵抗橫向水平力。

　　(四)板式橡膠支座中橡膠老化、變質使得梁體不能自由伸縮，直接導致梁端或墩、臺帽混凝土破裂，造成掉角、啃邊現象，橡膠板易位，嚴重的還可能導致伸縮縫破壞。

　　五 未來橋梁支座構想

　　隨著橋梁結構向智能化、精細化的趨勢發展，研制出同時具備抗震性能優良、能隨時監測支座位移、耐久性好的支座，應該是未來橋梁支座設計發展的方向。同時，新的橋梁支座，也需要橋梁設計理論的不斷創新和進步。

　　為了提高支座的抗震性能，可以考慮在支座中增加較大阻尼的構成材料，來消耗地震作用的能量。同時，在支座上設置適當的傳感器，來實時監測橋梁的變形，從而能夠及時的對可能發生事故的橋梁提前進行加固和處理，避免災害的發生。為了提高支座的耐久性和使用壽命，研制新的復合材料共同構成橋梁支座，使支座能夠在更為復雜的自然條件下工作更多的時間。與此同時，未來的橋梁支座也應該考慮可持續的理念，優先采用環保節能高強的材料進行支座的設計和制作。

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