桥梁支座设计与安装注意事项

桥梁支座设置在梁板式体系中主梁与墩台之间,其主要功能是将上部结构的各种荷载传递给墩台,并能适应上部结构的荷载、温度变化、混凝土收缩等各种因素所产生的变形(水平位移及转角),使上部结构的实际受力情况符合设计计算图式。

桥梁工程常用的支座有以下5 种:

①油毛毡或平板支座(石棉板或铅板支座):一般用于低等级公路中标准跨径10 m 以内的简支梁(板)桥。

②板式橡胶支座:一般用于中、小跨径(L0 ＜40 m)梁(板)桥。

③盆式橡胶支座:常用于大跨径、大吨位的箱梁桥、斜拉桥和悬索桥。

④球型支座:常用于大跨径、大吨位的箱梁桥,特别适用于曲线桥、宽桥和坡道上斜桥。

⑤钢支座:适用于标准跨径大于或等于25 m 的梁桥。 现已基本被板式橡胶支座取代,目前多用于钢结构桥梁上。

此外,还有钢筋混凝土摆式支座等。

橡胶支座构造简单、成本低,目前已实现了产品的标准化、系列化。 本节主要介绍板式橡胶支座的检测。

1)板式桥梁橡胶支座构造特性

板式桥梁橡胶支座通常由若干层橡胶片与以薄钢板为刚性加劲物组合而成,各层橡胶与上下钢板经加压硫化牢固地黏结成为一体。 支座在竖向荷载作用下,具有足够的刚度,主要是由于嵌入橡胶片之间的钢板限制橡胶的侧向膨胀。 在水平力作用下,支座的水平位移量取决于橡胶片的净厚度。 在运营期间为防止嵌入钢板的锈蚀,支座的上下面及四边都有橡胶保护层。

2)板式桥梁橡胶支座的技术要求

《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T 4—2019)规定了桥梁板式橡胶支座标准系列规格,其设计参数、支座成品力学性能指标及质量要求应符合规定要求(表11.14)。 标准系列规格以外形式的支座应根据试验结果自行确定设计参数。

表11.14　支座成品力学性能指标

3)板式橡胶支座检验方法

桥梁橡胶支座检验有型式检验、出厂检验和使用前检验3 种质量控制环节。 型式检验是指厂家在投产、胶料配方改变、工艺和结构形式改变及正常生产中质检部门或国家监督机构定期检测。 出厂检验必须由厂家质量管理部门进行检验,确认合格后才可出厂,供货时必须附有产品质量合格证。 而桥涵工程使用前抽检是指针对具体支座的设计要求,以行业标准为依据,进行常规性检验、支座成品解剖检验和外观、几何尺寸检验等。

抗压弹性模量、极限抗压强度试验数量为3 块;抗剪弹性模量试验、抗剪黏结性、抗剪老化、四氟板与不锈钢板摩擦系数、容许转角的试样每两块组成1 组,数量为3 对。

(1)抗压弹性模量检验

试验方法为通过中心受压试验,得出橡胶支座的应力应变曲线,并据此求出支座的抗压弹性模量,实测出使用应力下支座的最大压缩量,并观察支座在受压情况下的工作状态。

式中　E1——试样实测的抗压弹性模量计算值,精确至1 MPa;

σ4、ε4——4 MPa 级试验荷载下的压应力和累积压缩应变值;

σ10、ε10——10 MPa 级试验荷载下的压应力和累积压缩应变值。

(2)抗剪弹性模量检验

橡胶支座水平位移量的大小主要取决于橡胶片的净厚度,也就是说支座的剪切位移是靠橡胶层的变形产生的。 橡胶支座双剪试验测抗剪弹性模量关系式如下:

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(3)抗剪黏结性能

整体支座抗剪黏结性能试验方法与抗剪弹性模量试验方法相同,将压应力以0.03 ~0.04 MPa/s速率连续地增至平均压应力σ,绘制应力-时间图,并在整个试验过程中保持不变。然后以0.002 ~0.003 MPa/s 的速率连续施加水平力,当剪应力达到2 MPa,持荷5 min 后,水平力以连续均匀的速度连续卸载,在加、卸载过程中绘制应力-应变图。 试验中随时观察试件受力状态及变化情况,水平力卸载后试样是否完好无损。

(4)抗剪老化试验

将试样置于老化箱内,在70 ℃±2 ℃温度下经72 h 后取出,将试样在标准温度23 ℃±5 ℃下,停放48 h,再在标准试验室温度下进行剪切试验,试验与标准抗剪弹性模量试验方法步骤相同。 老化后抗剪弹性模量G2 的计算方法与标准抗剪弹性模量计算方法相同。

(5)摩擦系数试验

将四氟滑板支座与不锈钢板试样按规定摆放,对准试验机承载板中心位置。 将压应力以0.03 ~0. 04 MPa/s 的速率连续地增至平均压应力σ,绘制应力-时间图; 以0. 002 ~0.003 MPa/s的速率连续施加水平力,直至不锈钢板与四氟滑板试样接触面间发生滑动为止,记录此时的水平剪应力作为初始值。 摩擦系数按下列公式计算:

式中　μf——四氟滑板与不锈钢板表面的摩擦系数,精确至0.01;

T——接触面发生滑动时的平均剪应力,MPa;

δ——支座的平均压应力,MPa;

H——支座承受的最大水平力,kN;

R——支座最大承压力,kN;

A0——支座有效承压面积,mm2。

(6)转角检验

在外荷载作用下,支座在发生竖向压缩的同时,梁体的挠曲作用使支座产生转动。 支座转动时,试样边缘产生压缩与回弹两个相反的变形。 由转动产生的支座边缘的变形必须小于由垂直荷载和强制转动共同作用下的压缩变形。

(7)极限抗压强度试验

橡胶支座的极限抗压强度不小于70 MPa。 以每分钟0.1 MPa/s 的加载速度加到极限抗压强度为止,注意观察,支座完好无损的,其指标为合格。

(8)判定规则

试样的抗压弹性模量与规定值的偏差在±20%之内,认为满足要求。

试样的抗剪弹性模量与规定值的偏差在±15%之内,认为满足要求。

在双倍剪应力作用下,橡胶层未被剪坏,中间层钢板未断裂错位;卸载后,支座变形恢复正常,认为抗剪黏结性能满足要求。

试样老化后的抗剪弹性模量与规定值的偏差在±15%范围之内,认为满足要求。

在不小于70 MPa 的压应力下,橡胶层未被挤坏,中间层钢板未断裂,四氟板与橡胶未发生剥离,则试样的极限抗压强度满足要求。

试样的摩擦系数符合相关规定(≤0.03),认为满足要求。

试样的容许转角正切值,混凝土、钢筋混凝土桥在1/300,钢桥在1/500 时,试样边缘最小变形值大于或等于零时,认为试样容许转角满足要求。

随机抽取3 块(或3 对)试样中,有两块(对)不能满足要求时,则认为该批产品不合格。若有一块(对)试样不能满足要求时,则应从该批产品中随机再抽取双倍支座对不合格项目进行复检,若仍有一项不合格,则认为该批产品不合格。