中小桥支座在实际应用中受力状况及损坏分析

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【摘要】

本文首先介绍了桥梁支座类型和桥梁支座的作用，然后探讨了中小桥支座在实际应用中受力状况，最后分析了中小桥支座在实际应用中损坏状况。

【关键词】中小桥；支座；应用；受力状况；损坏

中图分类号：K928文献标识码： A

1、桥梁支座类型

在我国，目前常见的桥梁支座主要有：滑板式橡胶支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座等。

1.1、四氟滑板式支座

聚四氟乙烯滑板式橡胶支座简称四氟滑板式支座，是在普通板式橡胶支座上按照支座尺寸大小粘复一层厚2-4层的聚四氟乙烯板而成。四氟滑板式支座除具有普通板式橡胶支座的竖向刚度与弹性变形，且能承受垂直荷载及适应梁端转动外，利用聚四氟乙烯板与不锈钢板间的低摩擦系数（μf≤0.08）可使桥梁上部构造水平位移不受限制，常作为活动支座使用。

1.2、板式橡胶支座

板式橡胶支座是利用橡胶的不均匀弹性压缩，实现转角，利用其剪切变形实现水平位移。所有纵向力和水平力由各个支座均匀分配，橡胶板内含有几层一定厚度的不锈钢板可提高支座的抗压强度和抗压刚度，适用于中等跨径的桥梁。板式橡胶支座有矩形和圆形两种，一般当斜度大于15时采用圆板形支座，否则采用矩形支座。

1.3、盆式橡胶支座

盆式橡胶支座是将橡胶块放置于钢制的凹形金属盆中，使橡胶处于有侧限的受压状态，大大提高了支座的承载能力，其活动机理是利用填充的聚四氟乙烯板与不锈钢板相对摩擦系数小的特点实现水平位移，通过盆内橡胶的不均匀压缩来实现梁体的转动。它具有结构紧凑，摩擦系数小，承载力大，重量轻，结构高度小，转动、滑动灵活、成本低等优点，通常适用于大中型桥梁。盆式橡胶支座分为：固定值支座、双向活动支座和单向活动支座。

2、桥梁支座的作用

桥梁支座用于连接上部结构与下部结构，其主要作用是将上部结构上的恒载与活载反力传递到下部的墩台上去，使结构的实际受力情况与计算模型及理论图式相符合。设计时应根据支点反力大小、桥跨长度、梁体的变形情况以及支座高度要求等来选用合适的型号。桥梁支座应满足下列使用功能：(1)将上部结构的荷重安全可靠地传递到下部结构，并保证支座本身有足够的强度；(2)使梁体在温度变形、混凝土收缩徐变、活荷载及其它荷载作用下能自由变形；(3)在车辆行驶作用下具有一定减振隔振效果；(4)在地震力和台风作用下具有瞬时大变形和能量吸收作用；(5)安装、维护及更换方便。

3、中小桥支座在实际应用中受力状况

3.1、桥梁支座的反力、位移和转角计算

为了正确地选择和设计桥梁支座，应根据不同结构形式的桥梁，绘制计算简图，对支座所承受的反力、位移和转角进行全面分析和计算。支座除了承受竖向反力，还有纵桥向和横桥向的水力、位移和转角。通过计算后，对支座的反力、位移和转角进行最不利组合，并据此得出可靠的支座设计和选用参数。

3.2、支座的振动周期、频率计算

计算支座的振动周期，是为了满足桥梁的减振和抗震性能。支座的振动周期与桥型、跨度、宽度、材料性质（砼或钢）、截面尺寸、支座的布置数量等因素有关。对此我国规范中并未明确规定，但参考国外相关规范要求，对此应作适当考虑，以全面衡量支座在使用过程中的各种受力情况。日本橡胶支座规范中规定，按不放支座时计算的周期和频率值增加一倍，作为提供支座抗震、减振的设计参数。支座的抗震和减振要求有所不同，抗震要求位移大一些，减振要求位移小一些。因为抗震性能与地震力、风力有关，其振动周期长、频率低。而减振性能与车载量、车速、通车密度、刹车力等有关，其振动周期短、频率相对高。按抗震要求设计时，对支座通常采用增大阻尼来解决大位移问题，增加阻尼的办法有油阻尼、铅芯阻尼、摩擦阻尼、橡胶阻尼等。减振设计时，直接采用橡胶层隔振来解决小位移问题。

4、中小桥支座在实际应用中的损坏分析

4.1、支座偏位

支座偏位是目前支座安装上存在最普遍的问题，分为纵向偏位和横向偏位，严重的支座偏位将造成支座不均匀受力、梁体受附加内力过大等病害。支座偏位产生的原因主要是支座垫石放样不准或支座安装位置不准确。如支座安装位置不准确应抬高梁体纠正支座位置；如垫石位置有较小偏差，可采用环氧砂浆进行调整，如偏差过大，应重新浇筑垫石。

4.2、支座破损、开裂

一是支座本身为不合格产品，极限抗压强度不够，承载力不足。二是施工安装不合理导致支座破损、开裂。三是支座养护不到位导致损坏。如桥梁使用的油毛毡破裂、挤出脱落、橡胶板易位；橡胶板支座出现橡胶老化、变质、梁体失去自由伸缩能力，直接导致梁端或墩、台帽混凝土破裂，造成掉角、啃边现象，严重的导致伸缩缝破坏。盆式橡胶支座固定处松动、错位，钢盆外露部分锈蚀，防尘罩破裂。对小跨径梁（板）桥采用油毛毡作为支座的，在日常养护中，应经常检查油毛毡层是否失效，如发现问题应立即更换。对支座破损、老化开裂，应立即更换。

4.3、支座脱空

支座脱空是目前支座安装存在最普遍和严重的质量问题之一。主要是由于支座垫石、墩台顶面不平或预制梁梁端三角楔型块不平造成支座底面局部脱空、顶部完全脱空、局部脱空及支座的缺失。单一支座脱空将造成其他支座受力过大，影响支座的耐久性。此外，可能会使上部构造受力不均，对结构稳定性造成影响。对脱空支座应进行调整或加垫钢板处理。

4.4、支座变形过大

支座变形是指压缩变形和剪切变形。支座压缩变形过大分为两种：支座局部变形过大即支座偏压，进而造成支座破坏；支座整体竖向变形过大，可能对连续梁等上部构造产生极为不利的附加内力，或位移超出设计控制范围，导致结构的破坏。变形过大有支座本身质量和安装质量两方面原因。支座安装时也会引起支座初始变形过大，剪切变形越大，耐久性越差，从而降低支座使用寿命。过大的变形产生原因主要有：（1）由于同一梁体有的支座完全脱空导致个别支座受力过大而引起初始变形过大。（2）安装温度过高、过低，随环境温度变化、混凝土胀缩、徐变和汽车制动力的作用引起过大剪切变形。（3）桥梁纵坡设计过大导致纵向剪切变形过大。对变形过大的支座，应对梁体进行顶升，对其进行重新调整。

4.5、其他病害

（1）板式橡胶支座侧面凹凸不平为支座本身质量原因，支座抗压强度不足，应进行更换处理。（2）四氟滑板支座脏污、老化，四氟板与橡胶层的脱离。使得表面滑动系数不符合要求而产生过大的剪切变形，加剧对支座橡胶层的破坏，降低支座使用寿命。此外，还增加对梁体的约束，对结构受力产生不利影响。应及时清理污水及垃圾，保持支座清洁，防止支座因此老化、变质；四氟板与橡胶层的脱离，应立即更换。（3）盆式橡胶支座与垫板间不平整密贴，应检查固定螺栓螺母是否松动，顶板与梁底预埋钢板是否焊接牢固，同时应检查钢盆外露部分是否锈蚀、防尘罩是否损坏等。（4）支座垫石不平整、开裂、剥离、掉角、破碎等病害。支座垫石混凝土标号偏低，垫石加强筋不足，砂浆填充不密实，垫石内预埋钢板不稳固，与支座连接不牢。支座垫石破损应及时修补，并使其强度达到设计要求。（5）支座临时固定装置未拆除或建筑垃圾堆积，均影响支座的正常使用，应及时拆除清理

【结语】

支座作为桥梁结构的重要构件，对结构的安全性和耐久性都有重要的影响。支座病害发生在支座生产、桥梁施工和运营各过程中，在建设施工及养护管理各环节都应对此引起重视，避免桥梁支座病害的过早发生，确保桥梁安全，延长桥梁的使用寿命。

【参考文献】

[1]庄军生，桥梁支座(第三版)，北京:中国铁道出版社，2008.12.

[2]刘自明，桥梁工程养护与维修手册，北京：人民交通出版社，2004.09.

[3]范立础，桥梁工程，北京:人民交通出版社，2001.11.

[4]李杨海，公路桥支座实用手册，北京：人民交通出版社，2009.08.

[5]公路桥梁板式橡胶支座（JT/T 4-2004），2004.03.