可调高双柱面支座的设计与试验研究
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【摘要】可调高双柱面支座具有优良的技术性能和较高的综合经济效益，将其应用于连续梁桥和客运专线上软土地段的简支箱梁桥，可解决设计上和运营过程中可能遇到的桥梁墩台长期沉降所产生问题。本文主要阐述了有关可调高双柱面支座的设计与试验研究的一系列问题。
【关键词】可调，高双柱面支座，设计，试验，研究
中图分类号：U445 文献标识码：A
一.前言
随着科技的发展和时代的进步，对于桥梁工程建设的施工要求也越来越高，本文介绍的可调高双柱面支座则采用楔形块和钢垫板相结合的方式调高,可调高双柱面支座还具有在空荷载情况下自动升高的功能,可避免多点支承的上部结构由于“三条腿”支承造成通过列车时产生冲击。针对可调高双柱面支座的设计与试验进行深入的研究和探讨。
二.可调高双柱面支座的构造及工作机理
1.可调高双柱面支座的构造
可调高双柱面支座结构见图1。上摆与中间摆中间摆与下摆之间的相对转动面均为圆柱面，楔形块与下摆和底板之间的接触面分别为斜面和水平面。顶压弹簧压缩在楔形块的预留孔中，弹簧对楔形块保持一定的水平压力。两侧楔形块之间有一定的间距，为楔形块的移动留出空间。
2．可调高双柱面支座的工作机理
（1)变形的适应性。可调高双柱面支座用两个无关联且相互垂直的圆柱面适应梁因受力产生的纵、横向挠曲变形，其纵向和多向活动支座的纵向移动以两个半径较大的圆柱面沿其轴线方向的相对滑动来协调梁因受力和温度变化产生的伸缩变形。
（2)支座的调高方式。向支座中心线移动楔形块支座可实现连续升高。由于支座构造的限制和自锁要求，移动支座楔形块使支座升高的量不能太大。当需要的调高量较大时，可在支座与梁底之间加填厚度适当的钢垫板。通过移动楔形块和钢垫板相结合，使支座的高度能够在一定范围内进行连续调节。
（3)楔形块的自锁。不考虑弹簧的弹性力和顶压螺栓的顶压力，作用在支座上的荷载要使楔形块往外滑动必需同时克服楔形块上、下两个接触面的摩阻力。为便于分析，将楔形块的受力状态反转180。，如图2所示，作用在楔形垫上的力有桥梁荷载及由桥梁荷载产生的摩擦力。楔形块不往外滑动需要满足2cosa≥Psina，得≥tana／2，式中为楔形块上下接触面的摩擦系数，a为楔形块斜面的倾角，P为作用在支座上的桥梁荷载的一半。楔形块上下接触面经机加工后进行喷砂，然后采用电弧喷铝防护，处理后，摩擦面的摩擦系数>0．3，若取tana=0．2，楔形块在桥梁荷载作用下自锁安全系数>3。
三.各支架优缺点
可调高支座的技术现状桥梁的工后沉降,特别是处于软土地基的桥梁,会产生不均匀沉降,使桥梁上部结构扭曲,出现内力重分布,影响桥上线路的平顺性,对于无碴桥梁,采用可调高支座来调整桥梁产生的工后沉降尤为重要。目前,有两种调高支座用于客运专线的桥梁,一种是利用千斤顶将梁顶起,在支座与梁之间加填钢垫板,但此方法很难使梁四个支点受力均匀;另一种方法是在盆式橡胶支座橡胶垫板中设置空腔,调高时向空腔压注油、橡胶等介质,使支座升高。
当调高高度≤20mm时,先用千斤顶将梁顶起,往支座中心移动楔形块使支座升高;当调高高度>20mm时,在梁底和支座之间加填钢垫板,结合楔形块的移动,可使支座调整到任何所需的标高。
1.自落地支架式结构简单，但在荷载作用下支架变形较大，耗用大量的材料，而且施工过程中比较难达到文明施工的要求，施工管理工作量较大。
2.采用抱箍挑架式，在支座施工中下部仍可通行，有比较宽松的地面工作空间，对于工程管理是有利的，但抱箍挑梁中钢箍与墩柱之间的摩擦系数的取值难以掌握，依墩柱表面的平整度或粗糙度而异，施工时易发生抱箍滑脱事故，支架能承受的荷载不高。
3.埋设托架式虽然下部可通行，不占用地面工作面，易于文明施工管理，能承受较大的荷载，支架在荷载作用下变形较小，但在埋设钢锭和施工受载比较大时，墩柱混凝土需具备一定强度，施工后会在墩柱中残留一些小孔，影响墩柱外观，施工后宜用微膨胀混凝土填塞小孑L及墩柱表面处理工作。
四.支座调高设计
支座调高分为两部分，通过两边楔形块往里移动使支座获得连续的升高部分和在梁和支座之间加垫钢板的非连续升高部分，见图3所示。由于构造的限制和自锁要求，两边楔形块往里移动获得的连续升高量设计为20mill，结合钢垫板，使支座的高度可在更大的范围内进行连续调节。
1.楔形块的构造。见图4，楔形块上面为一斜面，下面为平面，高端端面有预留孔，用以放置顶压弹簧；楔形块斜面坡度根据设计所需的连续调高量、楔形块水平可移动距离A、支座下摆曲率的大小、楔形块自锁的安全性等因素确定的。
2.顶压弹簧设计。为了保证支座上摆和中间摆脱开时，楔形块在弹簧的作用下自动顶进，使支座下摆升高至与中间摆接触，弹簧在楔形块移动一段距离后，仍应保存有足够使中间摆和下摆升高的顶压力。
3.根据楔形块的尺寸，若每个楔形块安装n个弹簧，则在楔形块移动距离A后，每个弹簧还必须保有的弹性力F需满足，nFcos≥2QCOS+Qsina，可得F≥(2+tana)Q／17,，式中，Q为支座中间摆和下摆重量的一半。五.各种支架的改进措施
1.为提高自落地支架的承受荷载，而减少变形或沉降，可利用万能杆件拼装成桁式支架。桁式支架可设计为满堂式，也可设计为柱梁式。如施工荷载不大，可在墩柱中埋设型钢，利用埋设的型钢搭设支托架。另外在埋设托架中，经钢锭。对于埋设托架式，也可将埋设钢锭与工字钢改为埋设牛腿，再在牛腿上搭设支架并铺设模板。
2.对于在河岸上现浇支座，如土质条件较差，做适当压实处理并经采取措施后，也可采用自落地支架。如在地面上先铺木板或槽钢，或浇筑混凝土地板，以增大地基受压面积。对于水上现浇支座，由于桩基、系梁及墩柱施工时，已搭设了水上操作平台，因此可利用在该操作平台上直接搭满堂支架。但必须验算操作平台的稳定性和沉降量，慎重采用。
3.一般简支梁桥中，在水上与土质条件差的地面上，如支座与系梁的高差不大，可利用系梁作为受力底座，在系梁面上搭设落地支架。但系梁的强度必须经过计，必要时加大系梁截面或加配钢筋。
4.在使用抱箍挑架式时，为预防施工荷载过大造成钢板箍滑脱，宜采用高强度螺栓和双螺母拧紧抱箍，也在抱箍底部预埋钢筋或采用两层抱箍互相支撑的方法，以加强支撑。但预埋的钢筋在使用后应割，并妥善处理，以免影响墩柱外观质量。
六.结束语
根据工程的实际情况选择最适合的施工工艺，能够最大限度的保证工程的质量。支架的合理使用，对于现浇段较短且桥墩较高或水中墩的情况可以大大加快施工速度，同时降低了工程成本。
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