第八章-桥梁支座

第八章桥梁的支座支座的作用和要求支座的布置支座的类型与构造支座的设计与计算支座的作用：1.把上部结构的各种荷载传递到墩台上；2.适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素所产生的变位（位移和转角）；3.使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。第一节概述按受力特性分类：固定支座：传递竖向力，允许上部结构在支座处能自由转动但不能水平移动。活动支座：多向活动支座（纵向、横向均可自由移动）单向活动支座（仅一个方向可自由移动）1、简支、悬臂梁桥：一端固定，另一端活动。固定支座的布置原则：桥跨结构：使梁的下缘在制动力的作用下受压，例如布置在行车方向的前方。桥墩：使制动力的方向指向桥墩中心，使墩顶圬工在制动力作用下受压而不受拉。桥台：使制动力的方向指向堤岸，使墩台顶部圬工受压，并能平衡一部分台后土压力。支座的布置2、连续梁桥每联只设一个固定支座。为避免梁的活动端伸缩缝过大，固定支座宜置于每联的中间支点上。若墩身较高，则应考虑避开，或采取特殊措施，以避免墩身承受水平力过大。说明：1、固定、活动支座的布置应以有利于墩台传递纵向水平力为原则。2、宽桥、弯桥、震区桥3、拉压支座平坡时，固定支座宜设在主要行车方向的前端。第二节支座的类型和构造支座通常用钢，橡胶等材料来制造主要类型：简易支座弧形钢板支座橡胶支座板式橡胶支座盆式橡胶支座应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度等因素来选取支座类型。中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座铁路桥采用钢支座一、简易支座采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度不小于1cm，可用于跨径小于10m的板梁桥。在支座部位的梁端和墩台顶面布设钢筋网加强。二、弧形钢板支座靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动的。承载能力强，能适应桥梁的位移和转动的需要，目前仍广泛应用于铁路桥梁。适用范围：跨径1020m构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装后使齿板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔)，以保证上下垫板之间不发生相对水平位移常用：铸钢支座、特种钢支座。三、钢筋砼摆柱式支座图4-1-7混凝土摆柱式支座钢筋混凝土摆柱弧形钢板齿板钢垫板锚固筋图4-1-8混凝土铰桥台墩台梁体混凝土铰钢筋适用条件：lb≥20m的梁式桥，或l13m的悬臂梁桥的挂孔构造：上、下两端各置弧形钢板固定支座一个中部为一钢筋砼柱特点：优：（1）变形量大且灵活（2）µ=0.06（3）承载能力高（5000~6000kN）（4）高度变化灵活（20~30cm，甚至100cm）缺：制作复杂，安装困难，只能作为活动支座构造简单、加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便适应任意方向的变形（宽桥、曲线桥和斜桥）橡胶的弹性能消减上、下部结构所受的动力作用，对于抗震十分有利。四、橡胶支座1、板式橡胶支座适用条件：30m以下中、小桥梁最常用的支座形式之一，主要用于混凝土梁变位机理：􀃘不均匀压缩实现转角变位；􀃘剪切变形实现水平位移。说明：板式橡胶支座无固定与活动之分,可采用高度不同的橡胶板来调节各支座传递的水平力和位移目前常用板式橡胶支座材料选用：氯丁橡胶（-25℃~60℃）天然胶（-35℃~60℃）三元乙丙胶（-40℃~60℃）（1）无加劲层的纯橡胶支座一层纯橡胶，承载能力小，只用于小跨径桥有加劲层的板式橡胶支座用薄钢板或钢丝网作加劲层，国内定形产品规格很多，参见《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-93)支承反力：100~10000kN，厚度：14mm（两层钢板）开始形状：矩形、圆形（斜桥或圆柱形墩）根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E、容许压应力[]和容许剪切角[tgr]的数值，均与支座的形状系数S有关。形状系数为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，矩形支座为：式中：a顺桥方向橡胶支座的长度；b横桥方向橡胶支座的宽度；t中间橡胶层的厚度。2ababtS为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动的要求，支座的长度a与宽度b之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角。一般应充分利用有效宽度b，而尽可能减小a的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a5成正比）。根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%。2、聚四氟乙烯滑板式橡胶支座——活动支座构造：普通板式橡胶支座+聚四氟乙烯板（2~4mm）梁底设不锈钢板（μf=0.06）适用：较大跨度简支梁桥、桥面连续的桥梁和连续梁桥；顶推施工滑板3、球冠圆板式橡胶支座——改进的圆板式橡胶支座纯橡胶制成球型表面（hmax=4~10mm）分为球冠圆板式橡胶支座和球冠圆板式四氟乙烯橡胶支座坡型板式橡胶支座几种特殊的板式橡胶支座铅芯橡胶支座•拉压支座4、盆式橡胶支座盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的新型桥梁支座。具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，适用于支座承载力为1000KN以上的大跨径桥梁。盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承压橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。组合上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。构造组成：1.钢盆2.承压橡胶板3.钢衬板4.聚四氟乙烯板5.上支座板6.不锈钢滑板7.钢紧箍圈8.密封胶圈变形机理：橡胶板——承压和转动；聚四氟乙烯板和不锈钢板——水平位移注：还可分为：固定、多向活动、单向活动与板式橡胶支座相比有哪些特点：（1）变形机理（2）橡胶处于有侧限受压状态——承载能力高（1000kN~50000kN）（3）聚四氟乙烯板和不锈钢板间摩擦系数小（µ=0.06）——水平位移量大（+40mm~+250mm）（4）转动灵活（40‘）——特别适用于大跨径桥梁固定与滑动盆式橡胶支座多向活动支座（DX）纵向活动支座（ZX）固定支座（GD）构造：特点：受力均匀，转动量大适用：特别适合于曲线桥、宽桥和斜桥，低温地区。5.特殊的盆式橡胶支座——盆式球型支座QGZ球型钢支座QGZ球型钢支座减震支座（改进的盆式橡胶支座）这种支座适用于设计支反力在400kN~3600kN内的各类梁式桥，特别是跨度20m以上的公路梁式桥。减震器和侧摩擦板组成水平减震消能系统。四、成品盆式橡胶支座的选配１、成品盆式橡胶支座的系列成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。另外，还有其它科研院所设计的类同系列的盆式橡胶支座。这些系列支座，适用于各类桥梁及类似受力与变形特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它工程结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从1000起至50000，最多分为近40个级；并以DX、SX、GD分别表示单向、双向活动支座及固定支座，而GDZ则为抗震型固定支座的代号。２、成品盆式橡胶支座的地区适用性成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。3、各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满足要求。一般来说，GPZ、TPZ-1等系列的支座对这两个要求均能满足。若转角和水平推力超出容许范围，则需要改变支座的设计。转角特大，可采用球型支座。•关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选用固定支座，活动端选用活动支座。但若横桥向伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用GD类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过20米已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，有的可达到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。为保证梁不发生纵向位移，又能满足多梁式宽桥的横桥向位移，这时可将单方向活动支座转过90°横置梁下(如图2-7-9)，使其顺桥向起固定支座的作用下，而横桥向则起活动支座的作用。4、成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、活载的支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的5%，最小反力不低于容许承载力的80%。规定最小反力的目的是保证支座具有良好的滑移性能，因为聚四氟乙烯板的磨擦系数与压力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将会增大。支座选配时，一般不必过多担心支座的安全储备，比如计算得到一个支座的最大反力为4100，最小反力为3700，那就选用承载力为4000的支座，这是因为4000支座的允许支反力变化范围是3200～4200，不要从更安全的角度考虑加大支座的承载力而选用5000的支座。因为5000支座最低合适的承载力是4000，而最小支反力3700已小于此值，故不适宜选用。虽然我们规定最大反力，不超过容许承载力的5%，但支座实际的安全系数一般在5以上。第三节、支座计算一、支座受力特点•作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽车荷载支座反力时，应计入冲击影响力。当支座可能出现上拔力时，应分别计算支座的最大竖向力和最大上拔力。•直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。斜桥和弯桥的支座，还需要考虑由于汽车荷载的离心力或其它原因如风力等产生的横向水平力。汽车荷载产生的制动力，应按照公路桥涵设计规范要求，根据车道数确定。刚性墩台各种支座传递的制动力，按规范中的规定采用。其中，规定每个活动支座传递的制动力不得大于其摩阻力；当采用厚度相等的板式橡胶支座时，制动力可平均分配至各支座。对于梁桥，地震地区桥梁支座的外力计算，应根据设计的地震烈度，按公路工程抗震设计规范的规定进行计算和组合。二、板式橡胶支座的设计计算（一）支座尺寸确定根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过它们相应容许承压应力的要求，确定支座平面面积。在一般情况下，面积由橡胶支座控制设计：支座平面尺寸][maxANbcjamNabR对于橡胶板对于混凝土支座厚度梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产生的纵向水平位移，依靠全部橡胶片的剪切变形t来实现,与t的关系为：tah由有[]tgtgt[]ttgh=橡胶片总厚度∑t+薄钢板总厚--橡胶片容许剪切角的正切，可取用0.5～0.7，不计活载制动力时用0.5；计及活载制动力时取用0.7，则上式可写成：[]tg--由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支座顶面相对于底面的水平位移。当跨径为L的简支梁桥两端采用等厚橡胶支座时，因温度变化每个支座承担的水平位移可取简支梁温变变形的一半，tlD21--活载制动力在一个支座上的水平力；--由制动力引起在支座顶面相对于底面的水平位移，可按下式计算A--橡胶支座的面积。G--橡胶的剪切模量，TH0.2ta《桥规》规定：abGtHeTL2e（二）支座偏转与平均压缩变形验算主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为(如下图)，但不允许其与支座间产生脱空现象。梁端转动时，支座就受到一个偏心竖向力的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一端为另一端为，其平均压缩变形，根据下式计算21Nh式中：Ee--橡胶支座的抗压弹性模量。Eb--橡胶弹性体体积模量。122121AEtNAEtNbemaxmax所以《桥规》规定：2121211a0212aa21t07.0（三）支座抗滑性验算橡胶支座一般直接搁置在墩台与梁底之间，在它受到梁体传来的水平力后，应保证支座不滑动，亦即支座与混凝土之间要有足够大的摩阻力来抵抗水平力，故应满足下式：无活载作用时有活载作用时--温度变化等因素分在一个支座上的水平力。式中--在上部结构重力作用下的支座反力；--与计算制动力相应的汽车活载产生