在梁式橋中,支座設(shè)置在橋梁的上部結(jié)構(gòu)于墩臺之間,其作用是將橋跨結(jié)構(gòu)上的各種荷載傳遞到墩臺,同時保證橋跨結(jié)構(gòu)所要求的位移和轉(zhuǎn)動,使上、下部結(jié)構(gòu)的實際受力情況與計算的理論圖式相符合,橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件,關(guān)系重大,一旦出現(xiàn)病害,將影響到上下部結(jié)構(gòu)的使用壽命和交通安全,因此對橋梁支座的性能有所了解,并合理選用。

一、橋梁支座選擇

1、橋梁支座

支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支承部分,其將橋跨結(jié)構(gòu)上的荷載通過支座傳遞給墩臺。支座的作用主要表現(xiàn)在以下三個方面:使反力明確地作用到墩臺的指定位置,并將集中反力擴散到一個足夠大的面積上,以保證墩臺工作的安全可靠;保證橋跨結(jié)構(gòu)在支點按計算圖式所規(guī)定的條件變形;保證橋跨結(jié)構(gòu)在墩臺上的位置充分固定,不致滑落。

2、橋梁支座分類

結(jié)構(gòu)型式:球型支座、盆式橡膠支座、板式橡膠支座、鉸軸支座、轉(zhuǎn)體球鉸等。

使用功能:普通支座、抗震支座、減隔震支座、拉壓支座、抗風(fēng)支座等。

使用環(huán)境:普通環(huán)境用支座、低溫用支座和耐蝕支座。

3、橋梁支座的適用

橋梁支座產(chǎn)品,主要應(yīng)用于鐵路橋梁、公路橋梁、城市立交橋、高架橋等項目中,也可用于大型建筑結(jié)構(gòu)中。在不同類型的橋梁中,設(shè)計院一般按照橋梁的結(jié)構(gòu)型式、橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力及變形大小、設(shè)置支座的位置及大小、橋梁上部行車的類型(火車或汽車)、橋梁所處地震區(qū)域、橋梁所處的環(huán)境情況來選取適當(dāng)?shù)臉蛄褐ёa(chǎn)品。

(1)公路橋梁對于高速公路橋梁和一些小型公路橋梁,由于其跨徑小、上部結(jié)構(gòu)的反力及變形小,一般選用板式橡膠支座產(chǎn)品。對于跨公路、跨鐵路、跨江河、跨海的橋梁,由于其跨徑較大、上部結(jié)構(gòu)的反力及變形大,一般選用盆式橡膠支座或球型支座產(chǎn)品。

(2)橋梁設(shè)計為保證其規(guī)范性,一般采用專圖形式進行設(shè)計,各設(shè)計院在設(shè)計中直接根據(jù)實際情況進行選圖設(shè)計。目前形成專圖的支座產(chǎn)品主要有鑄鋼支座(包括搖軸、輥軸和鉸軸支座)、盆式橡膠支座、柱面支座和球型支座等。球型支座由于其承載力高、傳力均勻、耐久性好等特點,多用于連續(xù)梁及有特殊要求的橋梁設(shè)計中,現(xiàn)也開始逐步取代盆式橡膠支座使用于簡支梁橋中。

(3)其它特殊支座選用

對于處于地震帶上的公路、鐵路橋梁,為減小地震災(zāi)害,現(xiàn)多選用抗震支座或減隔震支座產(chǎn)品。對于上部結(jié)構(gòu)存在向上的反力的橋梁,一般選用拉壓支座。對于懸索橋、斜拉橋等存在漂浮結(jié)構(gòu)的橋梁,在梁體橫向一般需要選用抗風(fēng)支座產(chǎn)品。對于沿海及跨海橋梁,為保證支座使用壽命,則多選用耐蝕支座產(chǎn)品(一般為耐蝕球型支座)。對于跨鐵路、高山跨峽谷的橋梁,為了不干擾鐵路運行和減小施工難度,多選用轉(zhuǎn)體法施工,因此多選用轉(zhuǎn)體球鉸產(chǎn)品。對于在高緯度地區(qū)低溫環(huán)境,為保證鋼材應(yīng)力,多選用低溫用支座(型號后加注)。

二、鉛銷橡膠支座的力學(xué)性能

1、鉛銷橡膠支座的靜力特性

橋梁是露天結(jié)構(gòu)物,采用的鉛銷橡膠支座在材料、功能上應(yīng)能夠長期穩(wěn)定,因此鉛銷橡膠支座應(yīng)具有以下靜力特性。

(1)豎向承在能力

鉛銷橡膠支座一般需要較大變位來充分發(fā)揮減震耗能作用,豎向承載能力應(yīng)根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》中普通板式橡膠支座豎向承載力的規(guī)定按照相同或更安全的原則從平面尺寸的系列規(guī)格中選取。

(2)平時水平荷載抵抗能力

地震的隨機性、偶然性和不確定性,使鉛銷橡膠支座的屈服荷載應(yīng)由設(shè)計來確定,使其大于平時作用于上部結(jié)構(gòu)的風(fēng)、制動力等水平力之和,地震發(fā)生時,保證其可以產(chǎn)生大的變位。

(3)徐變壓縮量

在上部結(jié)構(gòu)恒載豎向力的持久作用下,鉛銷橡膠支座的橡膠隔離體會產(chǎn)生徐變變形而使上部結(jié)構(gòu)下沉造成路面不平。減震設(shè)計中,應(yīng)使鉛銷橡膠支座在豎向荷載作用下的徐變量控制在合理范圍內(nèi)。

2、鉛銷橡膠支座的動力特性

鉛銷橡膠支座在地震發(fā)生時將受到地震力的往復(fù)作用,因此支座在地震產(chǎn)生的反復(fù)荷載作用下應(yīng)具有以下動力特性:

(1)合適的剛度和阻尼

鉛銷橡膠支座的等價剛度和等價阻尼常數(shù)決定其最終的減震效果,鉛銷橡膠支座的等價剛度與阻尼常數(shù)的平均值與設(shè)計值的差應(yīng)在4-10%的范圍內(nèi),確保橋梁上部結(jié)構(gòu)的加速度、變位等的變化幅度在使用中不會產(chǎn)生問題。

(2)承受大震作用的能力

鉛銷橡膠支座在50次連續(xù)的正負(fù)反復(fù)荷載作用、剪切變位為有效設(shè)計變位的情況下,性能必須穩(wěn)定,支座不得損壞。

(3)正的切線剛度

鉛銷橡膠支座應(yīng)具有正的切線剛度。即使在大的地震發(fā)生時,支座的響應(yīng)進入了非線性區(qū)域而產(chǎn)生了大的變位也要求鉛銷橡膠支座具有正的切線剛度。

三、不中斷交通更換橋梁支座技術(shù)的應(yīng)用

1、技術(shù)原理

不中斷交通更換橋梁支座的頂升高度不宜超過5mm,一般采用一組相同型號的千斤頂并聯(lián)在一起,用同一油泵供油,并在每臺千斤頂上設(shè)電磁控制閥,用電腦精確控制每臺千斤頂?shù)墓┯土,實現(xiàn)同步頂升。因頂升高度較小,同時為了方面施工,多采用扁型千斤頂。

為解決在頂升過程中出現(xiàn)千斤頂漏油現(xiàn)象而上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系受力不利的狀況,要求千斤頂具有自鎖功能,自鎖后由自鎖裝置替代活塞受力,避免梁體頂升不同步引起橫向聯(lián)系的損壞。

2、技術(shù)要點

(1)安裝千斤頂

頂升前先計算出橋梁上部結(jié)構(gòu)的重量和重心位置,確定需要的千斤頂數(shù)量和噸位。為了安全起見,施工中千斤頂頂升力要大于上部衡載及活載之和的2倍以上。為使千斤頂合力中心與橋梁上部構(gòu)造合力中心重合,上部結(jié)構(gòu)受力又小,在放置千斤頂時應(yīng)盡可能靠近支座安裝,但要避免對支座更換造成影響。為使頂升時受力垂直向上,千斤頂?shù)酌嬉欢ㄒ剑⑶沂骨Ы镯斏霞訅|的鋼板及橡膠板與橫隔梁緊密接觸。

(2)千斤頂上下接觸面處理

蓋梁上部或梁(板)底面得混凝土表面要采用角磨機進行打磨找平,并通過水平尺檢查平整度,對于梁(板)底面與蓋梁間間隙小,向上鑿除(或角磨機打磨)找平操作困難,且上部構(gòu)造梁(板)底面受力鋼筋布置較密、保護層較薄,鑿除會損傷受力鋼筋的情況,可僅鑿除(或打磨)表面局部凸出的混凝土,然后用楔形鋼板調(diào)平。千斤頂活塞面積較小,為防止梁(板)因局部承壓過高而損壞,應(yīng)通過加墊多層鋼板,增加有效承壓面積分散局部壓力,并進行局部承壓驗算。

(3)上部結(jié)構(gòu)與蓋梁間連接的處理

由于施工偏差或錯誤,梁(板)與蓋梁間可能存在不應(yīng)有的連接,這些不應(yīng)有連接的存在,一是增加了頂起時的頂升力,二是頂升時損壞構(gòu)件,危及橋梁安全,在頂升前應(yīng)仔細(xì)檢查,解除這些連接。

(4)測量儀器

梁(板)的頂升高度可用長標(biāo)距游標(biāo)卡尺或大量程百分表測量,每個千斤頂除至少布置一個測點。千斤頂頂升力與油壓成正比關(guān)系,測得了油壓,就可換算出千斤頂?shù)捻斏,因各千斤頂之間并聯(lián),油管長度相等,液壓油的管道阻力基本相同,分配到各千斤頂油缸的油壓也近相等,因此,可僅在油泵設(shè)一塊油表測量油壓。

運輸業(yè)的發(fā)展和橋梁技術(shù)的提高對鐵路橋梁整體性能提出了更高要求,而影響橋梁整體質(zhì)量的一個關(guān)鍵因素便是橋梁支座。目前鐵路橋梁的使用壽命達不到到設(shè)計的使用壽命,橋梁的失效從橋梁支座的失效開始,因此加強橋梁支座的施工管理,從支座的選擇、安裝、養(yǎng)護、更換進行質(zhì)量控制,具有極為重要的意義。