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桥梁支座应当怎样选型?
来源: 管理员 | 发布时间: 2020-04-13 | 711 次浏览
  桥梁支座的主要功能是将上部结构反力可靠地传递给墩台,并同时完成梁体结构受力所需的变形(水平位移及转角)。与其它类型的桥梁支座相比较,橡胶支座具有构造简单、加工容易、用钢量少、造价低、安装方便、吸震效果好、工作性能可靠等诸多优点。中小跨径公路桥梁一般采用板式橡胶支座,板式橡胶支座制作材料不同、规格多样、功能各异,给桥梁设计者选型带来一定的难度。
  板式支座
  常规型板式阻尼橡胶支座适用于抗震设防烈度为6度及以下地区的桥梁,抗震型板式阻尼橡胶支座适用于抗震设防烈度为7度地区的桥梁;根据位移功能分为固定型、滑动型两种结构,滑动型通常设置在边墩或桥台上。
  调坡型板式阻尼橡胶支座适用于匝道、弯道及坡度较大的桥梁,要求该桥梁的所有支座均为调坡型。
  桥梁设计者如果选型不当,将会带来诸多问题,如支座承载力不够或富余太多、支座太厚或太薄导致变形量太大或不足、选材不当引起橡胶过早老化等。这些问题将直接导致各种桥梁病害的发生,使支座过早破坏而不得不提前更换,其带来的高额维修费用和不良社会影响不言而喻。所以,从数以千计的规格型号中选择合适的桥梁板式橡胶支座是设计支座的关键。
  支座布置原则
  支座的布置合理与否将直接影响到支座的受力状况,通常本系列支座的布置应考虑以下基本原则:
  支座必须能可靠地传递梁体的垂直和水平反力,又要使由于梁体变形所产生的纵、横向位移及纵、横向转角(或平面转动)不受约束;
  简支梁所有支座均采用固定型支座;
  多跨连续梁中墩设置固定型支座、边墩或桥台设置滑动型支座,对于联长较大的可将距桥梁中心较远的中墩设置滑动型支座;
  大坡度桥梁设置自调坡型支座,要求同一桥梁支座均为自调坡型支座,不得与其它类型支座混合使用;
  了解各种橡胶材料特性
  常用的橡胶材料有:天然橡胶(NR)、氯丁橡胶(CR)和三元乙丙橡胶。三种材料各有优缺点和适用范围。
  天然橡胶:具有较高的拉伸强度、优异的弹性、良好的耐磨耗性和耐低温性等多项优良性能,是综合性能较好的胶种。但它的耐老化性能,特别是耐臭氧老化及抗紫外线老化性能较差。
  氯丁橡胶:具有优良的耐天候老化和良好的耐臭氧老化性(抗臭氧老化性能比天然橡胶高12倍以上),拉伸强度较高,弹性良好,抗腐蚀性良好,并且具有一定的耐油性。是国内外桥梁橡胶支座普遍采用的主体材料,但其耐低温性能较差,这限制了其在北方寒冷地区的使用。
  三元乙丙橡胶:是一种高分子材料,具有优异的耐老化及耐高、低温性能,在-55℃下仍有屈挠性,在100℃下能长期工作。此外,其抗冲击性好,吸水性小,耐酸碱化学腐蚀性好。主要缺点是与金属粘结性能较低,但这一缺点正在逐步得到改善。
  结合上述三种橡胶材料的主要优缺点,选用橡胶支座材料时,主要应考虑桥位所在地区的气温条件。一般来说,气温在-25~+60℃地区可选用氯丁橡胶支座,我国长江以南广大地区普遍适合这种情况;-40~+60℃地区可选用三元乙丙橡胶支座或天然橡胶支座。此外,对于高纬度、高海拔地区,如当地紫外线辐射强烈或空气中臭氧含量较高时,应避免选用天然橡胶支座。
  选定支座外观形状
  桥梁板式橡胶支座按形状可分为矩形板式橡胶支座、圆形板式橡胶支座、球冠圆板式橡胶支座、坡形橡胶支座等。由于圆形橡胶支座机械性能在平面上的各向同性,更适用于弯、坡、斜、宽桥梁及其它多向变位的桥梁;矩形橡胶支座长短边抗剪刚度的大小差别决定其更适用于以纵桥向变位为主的单向变位桥梁,此时,应将支座短边顺桥向摆放,以尽量减小支座对桥梁纵向变位的约束,将梁体变位对墩台产生的水平力减至最小。
  球冠圆板橡胶支座是在圆形板式橡胶支座的基础上变化而成,其中间层橡胶和钢板布置与圆形板式橡胶支座完全相同,而在支座顶面用纯橡胶制成球形表面,球面中心橡胶最大厚度为4-13mm,球面边缘15mm,以适应3%到5%纵横坡下,梁与支座接触面的中心趋于圆形板式橡胶支座的中心。梁端反力通过球面表面橡胶逐渐扩散传至下面几层钢板和橡胶层。实际采用时,也可根据不同坡度需要调整球冠半径。由于其能适应较大的桥梁坡度,不用专门设置梁靴,极大地方便了设计和施工,一度被认为是圆形板式橡胶支座的成功改进,在各种布置复杂、纵横坡较大的立交桥及高架桥上多有采用。
  与圆形板式支座到球冠圆板式橡胶支座的改进尝试一样,矩形板式橡胶支座也作了许多改进尝试,以期能适应各种桥梁纵坡的情形,坡形板式橡胶支座就是在这种情形下产生的。其斜坡的角度依据桥梁的纵横坡而制造,安装时无须准备楔块或对梁底做相应处理,方便了桥梁的设计与施工。
  但是,随着球冠及坡形支座越来越多地被采用,其在实用中暴露出来的缺陷也日益明显。新桥梁通用规范中明确指出,‘公路桥涵中不宜使用带球冠的板式橡胶支座或坡形的板式橡胶支座’。所以,在设计中对这两种支座应慎用。《公路桥涵板式橡胶支座》中还规定,‘支座的四氟滑板不得设置在支座底面,与四氟滑板接确的不锈钢板也不能设置在桥梁墩、台垫石上’,这也就彻底否定了聚四氟乙稀球冠板式橡胶支座的设计理念。
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