支座条件

支座条件（精选6篇）

支座条件 篇1

四氟滑板橡胶支座是在普通的橡胶支座表面黏附一层2~3 mm的聚四氟乙烯板。针对四氟滑板橡胶支座的抗震性能研究已有很多。范立础、袁万城证明了弧形铜板条耗能器与滑板橡胶支座组合具有更好的减、抗震性能[1];范立础、聂利英、李建中对地震作用下四氟滑板橡胶支座的滑动性能进行研究[2];王常峰、陈兴冲、朱东生对滑动支座与桥梁抗震性能的影响参数进行了研究[3];然而温度变化对橡胶支座的影响的研究却很少, Kalpakidis等对高温下叠层橡胶支座的受力性能进行研究[4,5,6];Gu等对桥梁天然橡胶支座的老化性能进行了研究[7,8,9];由世岐等对低温环境下叠层橡胶支座变形特性进行研究[7];李慧等人进行了-20~-50℃寒冷环境下的隔震叠层橡胶支座的性能试验[10]。鉴于温度的交替变化对橡胶材料的性质改变比较大, 特别是抗压方面的力学性能影响较大, 因此对四氟滑板橡胶支座在冻融循环下的抗压力学性能研究显得尤为重要。

1 试件概况

1.1 试件基本属性

根据《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》选取试件, 试件由衡水鑫力工程有限公司生产加工, 其形状及尺寸如图1所示, 其物理机械性能如表1所示。

1.2 试件分组

试件分为6组, 标准件3个为一组, 具体分组见表2。

冻融处理在辽宁省建筑材料监督检验院进行。首先将试件放入-15℃的冷库中, 试件间距大于20mm, 冷冻4h后取出, 再置于水温为20℃的水池中融化2h, 水面高出试件20mm以上, 试件间距大于20mm。达到规定循环次数后, 将试件从水中取出, 拭干表面。四氟滑板橡胶支座的冻融循环处理情况如图2所示。

根据《公路桥梁板式橡胶支座》 (JT/T 4-2004) [11]对试件尺寸进行测量, 试件尺寸变化均满足规范要求 (见表3) 。

2 轴压力学性能研究

2.1 轴压试验装置

轴压试验在沈阳建筑大学结构实验室进行, 采用5000k N压力试验机进行加载, 试验装置如图3所示;实验采用6个位移计测量其位移 (见图4) 。

2.2 加载方案

首先进行预压, 预压持续2min, 预压过程进行试件对中并检测测点的稳定性[11]。正式加压先加至240k N持荷2min, 继续缓慢加载至600k N持荷2min, 利用此2点数据计算出弹性模量。最后, 进行正式加压直到出现极限荷载, 承载力下降, 试件被破坏才停止, 找到曲线拐点, 并确定承载力。

2.3 试验现象

试件变形分为弹性阶段和塑性阶段。荷载较小时, 试件处于弹性阶段, 仅靠橡胶的弹力承担荷载。试验过程中对所有试件在240k N和600k N两处分别持荷2min, 通过计算这两点的应力应变确定弹性模量E。荷载进一步增大时, 仅凭橡胶的弹性不足以承担这部分压力, 钢板和橡胶之间的粘结力能提高承载力。此时变形仍不明显, 但撤销荷载后变形只能恢复一部分。此过程中通过观察曲线变化, 将曲线的拐点处作为弹性极限承载力。荷载继续增大, 通过对其中一块试件内部剖析发现钢板变形较大, 说明钢板也产生塑性变形, 大部分力由钢板承担。若撤销荷载, 变形基本不能恢复。继续加载直至极限荷载, 钢板与橡胶之间产生脱离, 钢板大部分处于塑性阶段, 此时承载力突然下降。具体的破坏形态如图5所示。

3 试验结果及数据分析

表4为四氟滑板橡胶支座各项指标对比, 对数据观察发现, 仅标准试件的承载力高于70MPa, 经过冻融循环处理的试件承载力均低于70MPa, 且随着处理次数增多承载力降低得也多, 而且在压力达到70MPa时, 与70MPa时仍处于弹性阶段的标准试件的位移进行对比发现, 经冻融循环处理过的试件位移变化已无规律, 说明冻融循环处理过的试件的变形已经失去稳定性。

3.1 冻融循环下承载力的变化

图6为四氟滑板橡胶支座弹性阶段承载力变化曲线, 承载力随着冻融次数的增加在不断地减小, 只有标准试件的承载力高于规范要求的70MPa, 经过冻融处理后的试件承载力明显降低。

3.2 冻融循环对极限抗压强度的影响

根据《军用设备气候极值》 (GJB1172.11-91) [12], 通过对全国150个站点低温严酷月的普查, 每站选取2~4个月测定气温最低值。考虑到我国东北、西北大部分地区冬季最高气温在零下, 因而取3个月作为可以冻融循环的天数, 另外昼夜温差北方达到20℃左右, 中原地区仅6~7℃, 因此选取中间值12℃。由于冻融循环的温差为35℃, 因此冻融25次、50次、75次、100次、150次可以分别对应于1、2、3、4、6年。采用最小二乘法对冻融循环下的极限抗压强度进行拟合可以得到拟合曲线如图7所示。

得到的幂指数抗压强度衰减函数模型为:

将x=1、2、3、4、6分别代入得y=69.23、68.81、68.57、68.40和68.17, 与实验数据的平均比值为0.999, 标准差为0.01, 变异系数也为0.01, 说明此衰减模型与实际情况吻合。

3.3 冻融循环对竖向刚度的影响

根据竖向刚度的计算式 (2) 计算竖向刚度[13]:

式中, P1为第3次循环加载时的较小压力;P2为第3次循环加载时的较大压力;Y1为第3次循环加载时的较小位移;Y2为第3次循环加载时的较大位移。

图8为荷载-竖向刚度曲线, 冻融循环的次数对竖向刚度的影响是先增大后减小的趋势, 75次冻融循环时的竖向刚度达到最大, 然后, 逐渐减小。通过对冻融处理的试件观察发现, 表面都有水分保留, 而且经过轴压试验之后仍有水分渗出, 说明随着冻融循环次数的增多水分已经渗入到试件内部, 影响到橡胶与钢板之间的粘结性能, 因此我们应该作进一步的研究, 并规定最大的冻融循环次数, 以便以后在实际中运用。

3.4 冻融循环对抗压弹性模量的影响

对于橡胶支座的弹性模量采用式 (3) 进行计算[11]

式中, E1为试件实际计算的抗压弹性模量, 计算值精确到1MPa;σ4和ε4分别为4MPa级 (即240k N) 试验荷载下的压应力和累计压缩应变值;σ10和ε10分别为10MPa级 (即600k N) 试验荷载下的压应力和累计压缩应变值。

表5为四氟滑板橡胶支座的弹性模量对比, 计算表明弹性模量都符合规范要求, 而且随着冻融次数的增加弹性模量是先增大后减小的趋势, 从应变能的角度来讲, 在冻融循环的影响下橡胶支座有转脆的趋势, 而且随着次数的增多脆性越来越大, 但是超过一定的次数冻融的影响已经不明显, 很可能橡胶的内部结构已经发生变化, 有待进一步研究。

4 结论

(1) 经过冻融循环处理的四氟滑板橡胶支座的破坏情况比标准试件严重, 且循环次数越多, 橡胶的变形越厉害, 四角翘起得越严重。

(2) 冻融循环处理的试件的弹性极限抗压强度小于70MPa且小于标准试件, 且随着冻融循环次数的增加, 极限抗压强度逐渐降低, 采用最小二乘法对数据进行拟合, 得出了50年弹性抗压强度的衰减曲线和衰减公式。

(3) 竖向刚度受冻融循环影响随着冻融循环次数增加呈现出先增大后减小的趋势。

(4) 根据应变能理论, 冻融循环使得材料有转脆趋势, 弹性模量随着冻融次数增大而增大, 但是增大到一定次数材料内部发生变化, 有待进一步研究。

支座条件 篇2

整体斜板桥宽跨比大、梁高较小、梁式桥梁的力学特征不明显, 支座受力较为复杂, 为实际设计中支座合理选型带来困难。

整体斜板桥支座反力特点表现为:斜板在支承边上的反力很不均匀。钝角角隅处的反力可能比正板大数倍, 而锐角处的反力却有所减小, 甚至出现负反力。对于斜板, 支座的个数越多, 反力越集中于钝角[2]。为了研究整体斜板桥支座反力的特点, 本文以某斜交角度为15°、30°、45°整体斜板桥为研究对象, 探讨整体斜板桥支座受力特性。

1 计算模型

该整体斜板桥垂直于支承线的跨径L=20 m, 垂直桥轴线方向的板宽B=20 m, 宽跨比B/L=1, 板梁高0.8 m, 板悬臂垂距均为1.5 m, 悬臂板端部厚0.15 m, 根部厚0.4 m。斜交角用桥梁轴线与支承边垂线的夹角α表示, α分别为15°、30°、45°。沥青混合料铺装和混合料调平层共计4.3 k N/m2, 汽车荷载为城-A级, 车道数为5条, 对称布置于板宽范围内, 板梁构造见图1。

计算分析运用MIDAS Civil 2015专业有限元软件, 采用板单元进行结构建模及内力计算。支座横向布置原则为:边支座距板横向边缘垂距2.5 m, 支座垂距1 m。支座编号按各支座中心离钝角点距离依次排列。计算模型见表1。支座采用弹性连接输入实际支座刚度数据进行模拟[3]。支座均采用GYZφ300×52。支座刚度数据见表2。

2 斜交角对支座反力的影响

斜交板在恒载作用下, 标准组合时最大、最小支座反力计算结果见图2~图4。正值为正反力, 负值为负反力。支座反力见表3。

k N

由表3中数据可知, 在恒载作用下, 钝角边支座反力是中支座反力平均值的4.8~11.7倍;标准组合时最大支座反力工况下, 钝角边支座反力是中支座反力平均值的4.9~9.5倍。支座反力很不均匀, 钝角处边支座反力要远大于其他支座反力, 斜交角度越大, 反力越集中于钝角。因此, 设计中应在空间计算的前提下, 根据支座反力合理选择支座型号, 避免因承载力不足造成支座破坏。

板梁设有悬臂, 锐角处边支座尚未出现负反力, 而对于大斜交角不设悬臂的板梁, 锐角处边支座可能会出现负反力, 设计中应引起重视。

由图2~图4可以看出, 离钝角边支座最近的中支座反力较其他中支座反力有所减小, 即斜交简支板在钝角点附近存在起翘现象[4], 且随着斜交角度的增大, 开始出现负反力。设计中应采取应对措施。

3 支座刚度对支座反力的影响

根据计算结果, 斜交板最大支座反力超出所选支座承载力, 支座型号需作调整。限于篇幅, 现仅以斜交角度45°斜交板为例进行分析比较。提出4种支座布置方式, 支座型号及竖向刚度见表4。

经计算, 斜交板在标准组合时最大支座反力见图5, 支座反力见表5。

k N

整理计算结果可以得到以下几点。

1) 模型B中支座1的支座刚度是模型A中支座1的支座刚度的5.1倍, 而模型B中支座1的支座反力是模型A中支座1的支座反力的1.5倍;模型C中支座1的支座刚度是模型B中支座1的支座刚度的0.6倍, 而模型C中支座1的支座反力是模型B中支座1的支座反力的0.9倍。即支座反力随支座刚度的增大而增大, 随支座刚度的减小而减小。

2) 模型B与模型A相比较, 支座3~15的支座刚度不变, 仅支座1、支座2、支座16的支座刚度增大, 但是支座3~15的支座反力平均值由345 k N减小为311 k N。这表明受力较大的支座刚度增大, 使其受力更大, 原来其他受力较小的支座受力更小。即支座刚度的增加会加剧支座受力的不均匀性[5]。

3) 模型D中受力较大的支座选择支座刚度较小的支座, 受力较小的支座选择支座刚度较大的支座, 使得支座反力更为均匀。因此, 在支座选取时, 应在保证支座承载力满足要求的前提下, 对于受力较大的支座选择高度较高、支座刚度较小的支座, 对于受力较小的支座选择高度较小、支座刚度较大的支座, 使得支座反力趋于均匀。

4 水平向支座反力分析

根据有关资料, 对水平向支座反力进行研究, 以斜交角度45°斜交板为例进行分析。计算考虑的荷载有:恒载、汽车活载、整体升温30 K、整体降温30 K、汽车制动力。按工况1进行加载:恒载+汽车荷载+整体升温30 K+汽车制动力 (方向沿x轴反向) 。

计算模型总体坐标原点设在板梁支承边端部边线中心处, 以向桥跨跨中方向为x轴正方向, 以横桥向向钝角方向为y轴正方向。支座编号按各支座中心离钝角点距离由小到大依次排列。计算模型如图6所示。

经计算, 斜交板在整体升温、整体降温、汽车制动力作用及工况1组合下支座反力见表6。工况1荷载组合下, 模拟梁体结构升温和制动力共同作用的空间分析计算结果如图7所示。

通过对计算结果分析, 可以得出以下几点。

1) 当温度上升时, 梁体纵桥向膨胀伸长, 支座提供指向桥跨中心的水平力以约束变形, 并且锐角处支座反力大于钝角处支座反力。因此, 可以看出梁板有向锐角方向变位和转动的趋势;温度降低时作用力方向相反。

2) 在汽车纵向制动力的作用下, 支座提供与制动力方向相反的支座反力, 梁板有向制动力作用方向变位的趋势。

3) 当温度荷载效应与汽车制动力效应叠加后, 水平向支座反力加大, 进一步加大梁体的变位和转动的趋势。梁端位移变化图反映梁体变位和转动的形态。

对于斜板桥, 除设置有效约束梁体的支座外, 应采取加大挡块、用橡胶块顶塞挡块与梁体间缝隙、加强抗震锚栓设置等措施, 以限制梁体平面转动, 避免梁体发生平面内位移和转动等病害。

5 结语

通过对以上算例的计算比较, 关于整体斜板桥支座反力可以得出以下结论。

1) 带悬臂的简支斜板支座反力很不均匀, 靠近钝角的边支座反力最大, 靠近锐角的边支座次之, 中支座较小;斜交角度越大, 反力越集中于钝角。因此设计选择支座时应保证各支座承载力满足要求。

2) 随着斜交角度增大, 离钝角边支座最近的中支座开始出现负反力, 即简支斜交板在钝角点附近存在起翘现象。设计中应采取必要措施。

3) 支座刚度对简支斜交板支座受力有一定影响, 支座反力随支座刚度的增大而增大, 随支座刚度的减小而减小;支座刚度的增加会加剧支座受力的不均匀性。在支座选取时, 应在保证支座承载力满足要求的前提下, 对于受力较大的支座选择高度较高、支座刚度较小的支座, 对于受力较小的支座选择高度较小、支座刚度较大的支座, 使得支座反力趋于均匀。

参考文献

[1]武占科.现浇混凝土异形板梁桥支座布置分析[J].上海公路, 2013 (3) :37-39, 60.

[2]范立础.桥梁工程:上册[M].2版.北京:人民交通出版社, 2012.

[3]袁伦一.连续桥面简支梁桥墩台计算实例[M].北京:人民交通出版社, 1995.

[4]尤文刚.钢筋混凝土现浇板式梁分析[J].北方交通, 2010 (1) :34-35.

球型支座转动探讨 篇3

关键词：球型支座,转动性能,载荷

桥梁球型支座的竖向转动采用球铰结构, 其容许转角可达到0.08 rad甚至更大, 在坡桥上安装, 支座顶板可自行紧贴梁底, 极大的方便了安装施工。

1 竖向转动

球型支座安装到梁底部, 一般认为支座的转动中心是支座上支座板与梁底接触的中心, 即上支座板中心。球型支座的竖向转动是利用球冠板和曲面PTFE板滑动, 支座产生转动, 支座内部的球冠板围绕球心转动, 同时支座上支座板与球冠板之间产生平动, 解决支座的转动中心与球冠板的转动中心不重合, 造成支座无法转动的问题。

GB/T 17955-2009桥梁球型支座中4.1.5条规定, 支座的转动力矩M按下列公式计算:

其中, Rck为支座竖向承载力;μ为支座滑动面的摩擦系数;R为球冠板的摩擦系数。

上述公式是将球冠板简化成柱面得出的经验公式。

2 支座承受水平载荷后转动

球型支座在承受竖向载荷的同时还承受水平载荷, 支座上支座板做成凹槽状, 下支座板放入上支座板的凹槽中, 在凹槽的内侧形成平面接触, 实现水平载荷的传递。单向球型支座的上支座板和下支座板之间留有间隙, 在支座不承受水平载荷时, 该间隙提供了支座竖向转动所需的上支座板平动位移量。在承受水平载荷时, 上支座板和下支座板接触处平面紧贴, 支座在发生转动时, 将会导致转动受阻, 直至材料发生破坏, 见图1。

而该支座在产生转角以后再承受水平载荷, 水平载荷的传递已不是平面传递, 而变为线传递, 恶化了传力性能, 由于水平载荷很大, 造成传力部位材料屈服甚至破坏, 见图2。这种支座水平载荷一般不超过支座竖向载荷的10%。

为适应球型支座的转动需求, 支座的上支座板和下支座板接触处做了结构改进, 如下:

第一种方式是将下支座板凸缘处加工成圆弧状, 一般凸缘圆弧的中心位于支座中心线上, 见图3。这种改进适应了支座承受水平力时的转动, 避免了因结构造成的转动不良。同时改变了支座的转动中心位置, 支座转动中心变为凸缘圆弧的中心。这种改进将支座上支座板和下支座板的接触变为柱面和平面的线接触, 也不利于大水平载荷的传递, 接触应力计算公式为σ=0.418× (PE/ (LR1) ) 1/2。其中, σ为接触应力;P为水平载荷;E为钢材的弹性模量;L为接触长度;R1为凸缘圆弧半径。这种支座水平载荷一般不超过支座竖向载荷的20%。

第二种方式是在支座上支座板与下支座板中间增加了柱面导轨, 该导轨利用钢销与下支座板装配到一起, 保证了装配的紧密, 见图4。这种方式与第一种方式是一致的, 也不利于大水平载荷的传递, 其优点是方便了加工制造。同时导轨的平面侧增加了SF-Ⅰ滑板, 其对偶面是不锈钢板, 也减小了支座水平滑动时的摩阻力。

第三种方式在第二种方式的基础上, 增加了柱面导轨的凹面配合件, 见图5。将接触面由柱面和平面接触变为柱面的凹凸面接触, 由于凸面大于凹面, 支座转动前和转动后的凹凸接触面投影面积不变, 其承受水平力面积为凹面接触面的投影, 大大改善了支座承受水平载荷的能力, 凹凸面的面压计算公式为:

其中, σ为接触应力;P为水平载荷;S为凹面投影面积。

3 结语

通过对比介绍了球型支座的转动结构设置, 可通过支座所需承受不同水平载荷选择不同的支座结构。球型支座作为一种成熟的技术, 广泛应用于桥梁建设。作为一种要长期使用的设备, 球型支座的转动性能, 在使用期内保持稳定应当是重要的一项指标。

参考文献

铁路桥梁球型支座 篇4

截至2014年底, 我国铁路营业里程已超过11万km, 在建高铁规模超过1万km。随着我国铁路建设步伐的加快, 桥梁结构在基础工程中所占比例也不断增加, 其中多条高速铁路的正线采取了高架桥的建设方式, 对桥梁支座的需求量不断增加。作为桥梁工程上、下部结构的传力、连接部件, 桥梁支座产品的性能优劣将直接影响桥梁的整体性能。因此, 在我国铁路建设力度、覆盖区域加大的同时, 对桥梁支座的安全性、耐久性、承载力及环境适应性等方面都提出了较高要求。在此前提下, 球型支座以其结构合理、耐久性强、经济环保等优点, 符合铁路桥梁的科学技术进步要求, 在我国多条铁路尤其是新建高速铁路桥梁中被广泛应用。

1 结构形式

球型支座是20世纪70年代在盆式橡胶

支座基础上研制的一种新型桥梁支座, 于1988年引入我国, 随后在上海南浦公路斜拉桥上应用。球型支座通常由上支座板、球冠衬板、下支座板、平面不锈钢板、平面滑板、球面不锈钢板、球面滑板、密封装置、锚栓、防尘围板等部件组成 (见图1) , 其中球冠衬板是球型支座的核心部件, 起着承载、传力、转动的作用。

球型支座按其使用功能可分为固定支座、单向活动支座和多向活动支座。所有支座类型都可承受竖向荷载, 并具有转动功能。此外, 固定支座可承受各向水平荷载, 但不发生水平位移;单向活动支座可承受限位方向的水平荷载, 可适应非限位方向的水平位移;多向活动支座可适应各向水平位移。

1——上支座板;2——球冠衬板;3——下支座板;4——平面不锈钢板;5——平面滑板;6——球面不锈钢板;7——球面滑板;8——密封环;9——锚栓 (螺栓、套筒及螺杆) ;10——防尘围板

球型支座与既有的各种类型支座相比, 克服了材料、结构、工作原理上的诸多不足, 具有以下优点:

(1) 无橡胶材料, 不存在橡胶质量控制和老化问题, 低碳环保;

(2) 各部件均为面接触, 传力路线简洁明确, 克服了既有弧形支座、摇轴支座等支座应力集中的缺点;

(3) 通过平面摩擦副和球面摩擦副之间的相对滑动来实现支座的平面位移和转角, 反力小、转动灵活;

(4) 滑板材料选用承载能力高、耐磨性好的新型滑动材料, 可有效减小支座尺寸, 提高产品的性价比, 且温度适应性更强, 可适应温度范围在-40~60℃, 在我国南方、北方等不同地域都可使用。

2 设计依据

在我国铁路桥梁设计规范中, 并无专门针对球型支座的设计标准, 因此在球型支座设计时应充分参考涉及支座部分的通用设计规范, 如TB 10002.1—2005《铁路桥涵设计基本规范》、TB 10002.2—2005《铁路桥梁钢结构设计规范》、TB 10002.3—2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》及GB/T 17955—2009《桥梁球型支座》。为了确保设计的系统性、全面性, 设计人员在依据我国现有标准进行支座产品设计的同时, 也参考了欧洲标准EN 1337“Structural bearings”的相关部分进行部件的检算, 确保铁路桥梁球型支座的安全性, 提高了产品的设计水平[1]。

3 技术经济指标

球型支座是在大量科学试验研究成果的基础上, 采用新型滑板材料改性超高分子量聚乙烯代替传统的聚四氟乙烯滑板设计而成, 该材料设计应力高、耐磨性好, 可减小支座构造尺寸, 节约成本, 提高支座的整体性能;支座采用球面包覆不锈钢板技术, 降低了滑板的摩擦系数和磨耗率, 提高了摩擦副的使用寿命;采用数控加工设备进行加工, 可提高产品的成型质量和加工精度;采用先进的防腐涂装措施, 减少了支座的日常养护维修费用。因此, 从长期使用的角度考虑, 球型支座更经济、性价比更高、耐久性更好[2]。

按使用性能, 支座分为下列4类:

(1) 多向活动支座 (DX) 。承受竖向荷载, 具有竖向转动和水平多向位移性能。

(2) 纵向活动支座 (ZX) 。承受竖向荷载和横桥向水平荷载, 具有竖向转动及顺桥向位移性能。

(3) 横向活动支座 (HX) 。承受竖向荷载和顺桥向水平荷载, 具有竖向转动及横桥向位移性能。

(4) 固定支座 (GD) 。承受竖向荷载和各向水平荷载, 具有竖向转动性能, 水平各向均无位移。

支座设计竖向承载力从1 000~10 000 k N, 设计水平力为竖向承载力的10%~40%, 设计纵向位移最大为±3 00 mm, 横向位移最大为±40 mm;适应地震动峰值加速度0.1g~0.3g的地区;适用于环境温度为-40~60℃的地区。特殊设计的球型支座还可具有调高或减隔振功能。

4 材料

4.1 钢件

铁路桥梁球型支座的上支座板、中间衬板和下支座板等主体结构均由钢件组成, 目前钢件通常采用铸钢件、低合金高强度结构钢轧制钢板或钢锻件。其中铸钢件应用广泛, 且用量最大, 尤其适宜于复杂结构或尺寸较大的构件使用;轧制钢板的市场供应量充足, 性能稳定, 且价格适中, 采购和机加工方便;低合金钢锻件的性能较好, 但加工成本较高, 因此仅在特殊设计的部件上使用, 随着工艺的不断改进和锻造技术的发展, 其应用比例也将逐渐提高。

支座采用铸钢件时应逐炉检查钢件的化学成分, 并对随炉试棒进行材料的机械性能检验, 检验结果应符合国家标准GB/T 11352《一般工程用铸造碳钢件》中的规定, 并按照GB/T 7233《铸钢件超声检测第1部分:一般用途铸钢件》对铸钢件进行逐件的超声检测, 保证每件铸件的质量均满足使用要求;支座使用低合金钢锻件或轧制钢板时, 锻件或钢板的化学成分和机械性能应满足相关标准的规定;锻件成形后的部件还需预留一定的加工余量。锻件和铸件都需进行热处理, 一般作为特殊过程严格控制热处理的温度;应用在沿海或低温地区的铁路桥梁球型支座, 钢件应选用耐腐蚀材料或低温材料, 并进行相应环境下的检测试验, 确保钢件满足使用要求。

4.2 滑板

目前, 铁路桥梁支座中滑板材料常用的有聚四氟乙烯板和改性超高分子量聚乙烯板。其中聚四氟乙烯板在我国应用较早、用量最大。由不锈钢板与聚四氟乙烯板组成的摩擦副是最常用的一种支座摩擦副, 也是欧洲标准EN1337“Structural bearings”推荐的一种滑动摩擦副, 具有板材国产化率高、技术成熟、性能稳定、价格适中的特点, 得到了工程技术人员的广泛认可, 现已应用于多条铁路项目的桥梁支座产品中。改性超高分子量聚乙烯板是一种新兴的滑板材料, 最先在德国、意大利等国的桥梁支座产品中出现, 并于2005年应用于我国京沪高速铁路南京大胜关长江大桥的球型支座设计中。与聚四氟乙烯相比, 改性超高分子量聚乙烯板设计容许应力较高, 摩擦系数较低, 支座使用这种材料做滑板时平面尺寸相对较小, 质量较轻, 尤其适用于设计承载力较高的大吨位桥梁支座设计。因此, 铁路桥梁球型支座选用改性超高分子量聚乙烯板作为其滑板材料。

与国外相比, 我国自主研发的改性超高分子量聚乙烯材料发展很快, 材料的国产化率得到提高, 生产工艺也日益成熟, 其物理机械性能基本达到进口板材的水平;为了严格控制滑板的质量, 铁路行业标准对滑板的物理机械性能及磨耗性能等指标提出了详细的规定 (具体见表1、表2) [3,4]。

5 生产加工及工艺控制

目前国内生产的球型支座, 球冠衬板的球面采用了球面包覆不锈钢滑板和球面电镀硬铬两种方案。由于球面包覆不锈钢滑板相比电镀硬铬, 技术先进、性能可靠、寿命长久、对环境无污染, 因此, 球冠衬板的球面采用全部包覆不锈钢结构。采用此结构后, 球型支座的平面摩擦副和球面摩擦副均采用不锈钢板与滑板形成偶对, 摩擦系数低, 磨损率低, 且保持长久不变。这样, 平面摩擦副和球面摩擦副就实现了等滑移性能和等寿命设计。

通过产品试制, 依据球型支座的构造特点, 确定了球冠不锈钢板的成型及焊接、球面滑板的成型及安装, 以及球冠衬板球面加工及检测等关键控制点, 制定了完整的制造工艺流程及控制措施, 保证了球型支座的生产质量。

注:球压痕硬度中H132/60为荷载132 N、持荷60 s。

5.1 球面加工及检测

球型支座的球冠衬板凸球面和下支座板凹球面均应使用数控车床进行加工, 加工前根据球面半径尺寸进行设置, 并控制好参考坐标和刀具补偿量等关键参数, 核对无误后方可加工。在进行球冠衬板的凸球面加工时, 应使用夹具进行定位和翻转, 以保证球面半径尺寸、面轮廓度、表面粗糙度等满足设计要求。机加工前要准备好球面样板靠模和球面三角量规, 球面加工过程中应及时使用专用球面样板靠模靠在球面上, 检查球面半径是否吻合要求, 加工完成后采用球面样板和球面三角量规进行球面度检测。

5.2 球面不锈钢滑板成型及焊接

球型支座的球面不锈钢板焊接质量及与衬板的贴合精度对支座的转动性能有很大影响, 因此球面不锈钢板成型、焊接工艺是支座生产中的重点控制项目。球面不锈钢板成型时, 应根据力学原理和扳金理论设计成型模具, 通过成型模具使不锈钢板在压力作用下一次成型, 并在保压条件下采用氩弧焊对球面不锈钢板进行封焊, 以保证球面不锈钢滑板的成型质量和与球冠衬板球面的紧密贴合。

5.3 球面聚乙烯滑板成型与安装

球型支座的球面滑板采用整板镶嵌结构, 特殊情况下采用分片式结构, 因此其成型工艺十分重要。球面滑板成型可采用反弯变形法或冷冻法进行实施。成型前应根据所采用的成型方法准备好相应工装及模具, 先对滑板进行预成型, 使其能够直接放入下支座板球面镶坑内, 然后在压机上对球面滑板进行定型, 确保滑板的成型质量。

6 整体性能试验

整体性能试验以竖向承载力6 000 k N的纵向活动和固定支座为例, 检测方法依据GB/T 17955—2009《桥梁球型支座》[5]国家标准进行, 检测项目包括竖向承载力试验、摩擦系数和转动试验。试验结果见表3。

通过以上试验结果可以看出, 成品支座的摩擦因数很小, 远低于标准要求, 转动力矩仅为限值的1/3, 试制产品整体力学性能完全符合国家标准GB/T 17955—2009的规定, 质量合格。该检测结果进一步验证的支座设计的合理性和生产加工的工艺水平。

7 应用情况

由于球型支座结构的先进性和性能的稳定性, 经过多年发展已应用于国外公路和铁路桥梁项目中。如近几年建设的意大利高铁米兰—罗马—那不勒斯段、都灵—米兰段均采用了球型支座产品。目前, 国际上较为著名的桥梁工程构件企业, 如德国毛勒公司、意大利艾尔格公司、美国布朗公司、瑞士玛格巴公司等, 均以球型支座作为其主要产品。

2010年以前, 球型支座在我国作为特殊设计更多地应用于环境要求较高、设计承载力较大和重要性高的桥梁项目中, 如东海大桥、青岛海湾大桥、杭州湾跨海大桥、南京大胜关大桥、青藏铁路拉萨河大桥等跨江、沿海、跨海大桥及东南沿海铁路, 哈大、京沪、石武等铁路连续梁桥, 尚未大规模使用。

近年来, 铁路桥梁球型支座系列图纸已经颁布, 其设计荷载、位移、转角和外形尺寸、螺栓孔位置、梁底预埋件及墩顶连接件等接口均与我国铁路通用简支梁桥图纸相配套, 并与简支梁支座通用参考图相一致, 实现了替换现有通用简支梁桥采用的支座形式的目标。2013年中国铁路总公司颁布了铁道行业标准TB/T 3320—2013《铁路桥梁球型支座》, 保证了产品的质量和验收。

目前, 球型支座产品已应用于京石、武威、兰新、杭长、合福、沈丹等客运专线, 且在国内建成了多条生产线, 实现了规模化生产。新研制的球型支座适应性强、整体耐久性好, 延长了使用寿命, 减少了养护维修工作量, 具有良好的社会经济效益。

8 结束语

球型支座以其质量可靠、性能优良、性价比高等优点在我国铁路新线建设中得到了广泛应用。同时带动了国内支座的研究、设计、生产架设水平的提高, 达到了国际先进技术水平;尤其是高速铁路和重载铁路, 球型支座的应用解决了铁路建设中的实际问题。目前已开通运营的各条新建线路中, 在列车运行速度快、轴重较高的运营条件下, 球型支座发挥了良好的作用, 经济社会效益显著。

摘要：桥梁支座是连接桥梁上部结构与下部结构的“关节”部件, 是桥梁结构的重要组成部分, 其性能优劣直接影响整座桥梁甚至整条线路的运营状态及使用寿命。对球型支座的结构设计、经济技术指标、材料选择、生产加工控制及检测试验等内容进行介绍, 为球型支座在铁路桥梁上的进一步应用提供参考。

关键词：铁路桥梁,球型支座,结构形式,技术参数,检验

参考文献

[1]庄军生.桥梁支座[M].北京:中国铁道出版社, 2010.

[2]中国铁道科学研究院铁道建筑研究所.新线建设关键技术研究——铁路简支梁桥球型钢支座试验研究[R], 2011.

[3]臧晓秋, 石秋君, 佟嘉明, 等.高速铁路桥梁支座概述[C]//第十二届全国桥梁学术会议论文集, 2012.

[4]TB/T 3320—2013铁路桥梁球型支座[S].

滑移支座楼梯技术总结 篇5

该项目是集疾病预防, 医疗和卫生教育为一体的综合型医疗卫生公共设施, 同时也是山西省“百院兴医”的重点建设项目之一。对于人流密集的医院, 它对结构抗震有很高的质量要求, 因此该项目楼梯全部采用滑移支座楼梯来提高结构的抗震性。

2. 地震对结构的破坏分析

地震中产生的纵波、横波和面波对房屋建筑物造成上下颠簸、水平摇摆、左右扭转。纵波最先到达震中, 造成建筑物上下颠簸, 从而加大了底层墙柱的动荷载, 若超出底层墙柱的承载能力, 底层墙柱就会遭到破坏;横波是第二到达震中, 对建筑物施加了一个反复的水平作用力, 若底部墙柱的强度或变形能力不够, 就会使整栋建筑物沿同一方向歪斜或倾倒;纵波和横波相遇而产生面波, 造成建筑物扭动、角部坍塌等。

3. 板式楼梯构造及分析

板式楼梯是由踏步板、梯梁、平台梁、平台板、梯柱所组成, 其中踏步板以梯梁为支座进行支撑, 梯梁以梯柱为支座进行支撑, 平台板以平台梁为支座进行支撑, 平台梁以框架柱为支座进行支撑。

框架结构在地震时主体结构最先进入弹塑性状态, 致使刚度下降, 然而楼梯的刚度在主体刚度中所占的比重增大, 从而导致楼梯梯板拉裂、楼梯间短柱破裂等情况。

4. 滑移支座楼梯

通过在楼梯转换处利用隔离材料 (聚四氟乙烯板) 将楼梯与主体结构隔离。

聚四氟乙烯板具有高润滑性能、高阻尼减震、不粘付等特性, 在地震发生时, 它能够迅速将地震水平加速度能量尽可能多的消耗在隔离层中, 以达到转换、耗散地震水平加速度的动能量对楼梯结构的破坏作用。

5. 滑移支座楼梯施工

1) 楼梯钢筋绑扎

根据图纸主筋、分布筋的方向, 先摆放主筋后摆放分布筋, 每个交点均绑扎, 在楼梯梁的位置, 先绑扎梁后绑扎板筋, 板筋锚固在梁内, 梁筋锚固在柱内, 锚固长度须符合设计要求。

板筋绑扎完毕后安放底板保护层塑料垫块和马凳, 然后绑扎上层钢筋, 方法同板筋。

2) 楼梯模板支设

先支设平台模板, 再支设楼梯底模板, 然后支设楼梯侧板, 先在侧板内侧弹出楼梯底板厚度线和侧板位置线, 吊装加工好的踏步模板到位。

3) 楼梯混凝土浇筑

楼梯段混凝土自下向上浇筑, 先振实平台板砼到踏步位置时, 并随时用木抹子将混凝土表面抹平。待平台板混凝土初凝 (大约2小时) , 将聚四氟乙烯板设置平台板上和踏步板下方, 并用平头螺钉M4 (间距不大于200mm) 固定在混凝土上, 用螺钉将聚四氟乙烯板固定好后在其上铺设一层塑料薄膜, 再浇筑踏步板混凝土。

在建筑地面面层施工时, 为不影响滑移支座在地震时自由滑动, 在地面滑动端与地面面层接触处留设50mm宽的缝隙, 内填柔性材料。

4) 注意事项

a) 聚四氟乙烯板在使用时应具有出厂合格证和检验报告;

b) 聚四氟乙烯板与混凝土接触面, 使用打磨机将混凝土表面打磨, 保证其表面平整;

c) 聚四氟乙烯板安装时表面必须保持平整、洁净、无污痕、表面无损伤;

d) 在聚四氟乙烯板固定时用放线定位, 不得产生偏移;

e) 混凝土浇筑时, 振动棒不得直接与隔离层接触, 防止聚四氟乙烯板产生偏移和固定螺钉松动、脱落;

f) 进行楼梯装修施工时, 隔离层上的聚四氟乙烯板两端严禁堵塞封闭, 以达到滑移楼梯抗震减灾的效果。

6. 结束语

滑移支座楼梯已在建筑市场得到广泛的应用, 通过简单的施工工艺, 达到抗震减灾、降低震害损失的目的。

参考文献

[1]中国建筑标准设计研究院.11G101-2混凝土结构施工图-平面整体表示方法制图规则和构造详图 (2012版) [S].

基础隔震天然橡胶支座 篇6

天然橡胶支座 (RB支座) 由连接钢板、橡胶层和夹层钢板组成, 其中连接钢板用来连接基础与上部结构;橡胶层与夹层钢板分层布置, 橡胶是一种伸缩性较强的物质, 而分层设置的薄钢板能有效限制橡胶的竖向变形, 而对水平向变形基本无影响。

钢板埋入式RB支座构造基本同钢板外露式, 唯一的不同是这种钢板外围全部用橡胶支座包住, 看不到钢板, 从而对钢板起到保护作用, 其耐久性要比前者强。

工程中的橡胶支座直径通常在800~1000毫米之间, 其竖向承载能力甚至比钢筋混凝土结构还结实。

2.天然橡胶支座的基本性能

(1) HRB支座竖向承载能力

随着橡胶阻尼性能的加强, 支抗侧向变形能力, 但垂直变形能力没有太大的影响, 所以HRB支持垂直承载力和天然橡胶轴承基本相同 (见图1) 。

(2) HRB支座的水平变形能力

HRB具备天然橡胶的水平变形能力外, 水平变形有一定的抵抗能力, 使其吸收的能量比RB支持能力强 (见图2) 。钢板约束变形, 但水平不影响橡胶垂直变形。因此, RB支座的水平变形能力也很出众, 剪切变形达到300%仍能保持稳定, 无故障, 因此, 其抗震能力很不错。

(3) HRB支座的复位能力

支持复位能力的基本和天然橡胶的HRB轴承, 地震时候支座在外力作用下变形, 吸收地震力, 当外力消除, 支座能回到初始位置, 没有任何残余位移。

复位能力是指RB支座发生变形后回复到原位置的能力 (见图3) 。理论与实践表明, RB支座具有优良的变形能力与复位能力。

(4) HRB支座的耐久性

HRB支座的耐久性体现在两个方面:一是橡胶的老化;二是夹层钢板的锈蚀。为了提高橡胶支座的耐久性, 常在RB支座外周设置保护层橡胶, 即钢板埋入型支座, 这种支座耐久性好。工程实践已经证明, 橡胶即使在100年后仍然完好无损。日本调查显示, RB轴承使用10年后, 其性能保持不变, 并预计只有3%在60年后下降性能。

(5) HRB支座的基本力学性能

具有阻尼功能的HRB支座, 滞回曲线丰满。HRB在刚度较大时, 刚度变形较大, 如淡蓝色区域显示, 随着变形量的增大, 刚度软化, 开始在剪切应变大于硬化, 在绿色光显示的区域。大变形回复后, 其滞回曲线如图4加深色区域。滞回曲线所包围的面积表示其吸收的地震能力大小, 由此可见, HRB支座具有良好的耗能能力。

HRB支座力学性能如上图, RB支座性能十分稳定, 水平向力随着水平位移的增大而正比增长。天然橡胶支座由于它优良的性质已经在工程中广泛应用, 目前其设计理念与施工方法均趋于完善, 是隔震结构首选的支座之一。

参考文献

[1]宋贞网, 王修信.橡胶垫基础隔震建筑的地震作用简化计算.东南大学学报, 2001, 32 (6) :964-968.

[2]施卫星, 李正升.基础隔震结构设计反应谱.工程力学, 1998 (增刊) :115-120.

[3]薛素铎, 李雄彦, 蔡炎城.摩擦滑移水平隔震支座的性能试验, 北京工业大学学报, 2009.35 (2) :168-173.