桥梁支座的性能及其应用
2015-08-04
引言
在梁式桥中，支座设置在桥梁的上部结构于墩台之间，其作用是将桥跨结构上的各种荷载传递到墩台，同时保证桥跨结构所要求的位移和转动，使上、下部结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合，桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件，关系重大，一旦出现病害，将影响到上下部结构的使用寿命和交通安全，因此对桥梁支座的性能有所了解，并合理选用。
一、桥梁支座选择
1、桥梁支座
支座是桥跨结构的支承部分，其将桥跨结构上的荷载通过支座传递给墩台。支座的作用主要表现在以下三个方面：使反力明确地作用到墩台的指定位置，并将集中反力扩散到一个足够大的面积上，以保证墩台工作的安全可靠；保证桥跨结构在支点按计算图式所规定的条件变形；保证桥跨结构在墩台上的位置充分固定，不致滑落。
2、桥梁支座分类?
结构型式：球型支座、盆式橡胶支座、板式橡胶支座、铰轴支座、转体球铰等。
使用功能：普通支座、抗震支座、减隔震支座、拉压支座、抗风支座等。
使用环境：普通环境用支座、低温用支座和耐蚀支座。
3、桥梁支座的适用
桥梁支座产品，主要应用于铁路桥梁、公路桥梁、城市立交桥、高架桥等项目中，也可用于大型建筑结构中。在不同类型的桥梁中，设计院一般按照桥梁的结构型式、桥梁上部结构的反力及变形大小、设置支座的位置及大小、桥梁上部行车的类型（火车或汽车）、桥梁所处地震区域、桥梁所处的环境情况来选取适当的桥梁支座产品。
（1）、公路桥梁对于高速公路桥梁和一些小型公路桥梁，由于其跨径小、上部结构的反力及变形小，一般选用板式橡胶支座产品。对于跨公路、跨铁路、跨江河、跨海的桥梁，由于其跨径较大、上部结构的反力及变形大，一般选用盆式橡胶支座或球型支座产品。
（2）、桥梁设计为保证其规范性，一般采用专图形式进行设计，各设计院在设计中直接根据实际情况进行选图设计。目前形成专图的支座产品主要有铸钢支座（包括摇轴、辊轴和铰轴支座）、盆式橡胶支座、柱面支座和球型支座等。球型支座由于其承载力高、传力均匀、耐久性好等特点，多用于连续梁及有特殊要求的桥梁设计中，现也开始逐步取代盆式橡胶支座使用于简支梁桥中。
（3）、其它特殊支座选用
对于处于地震带上的公路、铁路桥梁，为减小地震灾害，现多选用抗震支座或减隔震支座产品。对于上部结构存在向上的反力的桥梁，一般选用拉压支座。对于悬索桥、斜拉桥等存在漂浮结构的桥梁，在梁体横向一般需要选用抗风支座产品。对于沿海及跨海桥梁，为保证支座使用寿命，则多选用耐蚀支座产品（一般为耐蚀球型支座）。对于跨铁路、高山跨峡谷的桥梁，为了不干扰铁路运行和减小施工难度，多选用转体法施工，因此多选用转体球铰产品。对于在高纬度地区低温环境，为保证钢材应力，多选用低温用支座（型号后加注“F”）。
二、铅销橡胶支座的力学性能
1、铅销橡胶支座的静力特性
桥梁是露天结构物，采用的铅销橡胶支座在材料、功能上应能够长期稳定，因此铅销橡胶支座应具有以下静力特性。
（1）、竖向承在能力
铅销橡胶支座一般需要较大变位来充分发挥减震耗能作用，竖向承载能力应根据《标准》中普通板式橡胶支座竖向承载力的规定按照相同或更安全的原则从平面尺寸的系列规格中选取。
（2）、平时水平荷载抵抗能力
地震的随机性、偶然性和不确定性，使铅销橡胶支座的屈服荷载应由设计来确定，使其大于平时作用于上部结构的风、制动力等水平力之和，地震发生时，保证其可以产生大的变位。
（3）、徐变压缩量
在上部结构恒载竖向力的持久作用下，铅销橡胶支座的橡胶隔离体会产生徐变变形而使上部结构下沉造成路面不平。减震设计中，应使铅销橡胶支座在竖向荷载作用下的徐变量控制在合理范围内。
2、铅销橡胶支座的动力特性
铅销橡胶支座在地震发生时将受到地震力的往复作用，因此支座在地震产生的反复荷载作用下应具有以下动力特性：
（1）、合适的刚度和阻尼
铅销橡胶支座的等价刚度和等价阻尼常数决定其最终的减震效果，铅销橡胶支座的等价刚度与阻尼常数的平均值与设计值的差应在4-10％的范围内，确保桥梁上部结构的加速度、变位等的变化幅度在使用中不会产生问题。
（2）、承受大震作用的能力
铅销橡胶支座在50次连续的正负反复荷载作用、剪切变位为有效设计变位的情况下，性能必须稳定，支座不得损坏。
（3）、正的切线刚度
铅销橡胶支座应具有正的切线刚度。即使在大的地震发生时，支座的响应进入了非线性区域而产生了大的变位也要求铅销橡胶支座具有正的切线刚度。
三、不中断交通更换桥梁支座技术的应用
1、技术原理
不中断交通更换桥梁支座的顶升高度不宜超过5mm，一般采用一组相同型号的千斤顶并联在一起，用同一油泵供油，并在每台千斤顶上设电磁控制阀，用电脑精确控制每台千斤顶的供油量，实现同步顶升。因顶升高度较小，同时为了方面施工，多采用扁型千斤顶。
为解决在顶升过程中出现千斤顶漏油现象而上部结构横向联系受力不利的状况，要求千斤顶具有自锁功能，自锁后由自锁装置替代活塞受力，避免梁体顶升不同步引起横向联系的损坏。
2、技术要点
（1）安装千斤顶
顶升前先计算出桥梁上部结构的重量和重心位置，确定需要的千斤顶数量和吨位。为了安全起见，施工中千斤顶顶升力要大于上部衡载×1.1及活载×1.3之和的2倍以上。为使千斤顶合力中心与桥梁上部构造合力中心重合，上部结构受力又小，在放置千斤顶时应尽可能靠近支座安装，但要避免对支座更换造成影响。为使顶升时受力垂直向上，千斤顶底面一定要水平，并且使千斤顶上加垫的钢板及橡胶板与横隔梁紧密接触。
（2）千斤顶上下接触面处理
盖梁上部或梁（板）底面得混凝土表面要采用角磨机进行打磨找平，并通过水平尺检查平整度，对于梁（板）底面与盖梁间间隙小，向上凿除（或角磨机打磨）找平操作困难，且上部构造梁（板）底面受力钢筋布置较密、保护层较薄，凿除会损伤受力钢筋的情况，可仅凿除（或打磨）表面局部凸出的混凝土，然后用楔形钢板调平。千斤顶活塞面积较小，为防止梁（板）因局部承压过高而损坏，应通过加垫多层钢板，增加有效承压面积分散局部压力，并进行局部承压验算。
（3）上部结构与盖梁间连接的处理
由于施工偏差或错误，梁（板）与盖梁间可能存在不应有的连接，这些不应有连接的存在，一是增加了顶起时的顶升力，二是顶升时损坏构件，危及桥梁安全，在顶升前应仔细检查，解除这些连接。
（4）测量仪器
梁（板）的顶升高度可用长标距游标卡尺或大量程百分表测量，每个千斤顶除至少布置一个测点。千斤顶顶升力与油压成正比关系，测得了油压，就可换算出千斤顶的顶升力，因各千斤顶之间并联，油管长度相等，液压油的管道阻力基本相同，分配到各千斤顶油缸的油压也近相等，因此，可仅在油泵设一块油表测量油压。
结束语
运输业的发展和桥梁技术的提高对铁路桥梁整体性能提出了更高要求，而影响桥梁整体质量的一个关键因素便是桥梁支座。目前铁路桥梁的使用寿命达不到到设计的使用寿命，桥梁的失效从桥梁支座的失效开始，因此加强桥梁支座的施工管理，从支座的选择、安装、养护、更换进行质量控制，具有极为重要的意义。
