橡胶支座

橡胶支座（精选8篇）

橡胶支座 篇1

1.天然橡胶支座构造

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.

[4]中国工程建设标准化协会标准.叠层橡胶支座隔震技术规程 (CECS126:2001) .北京中国计划出版社, 2001.

橡胶支座 篇2

协议乙方：徐顺荣

隔震橡胶支座项目由乙方于2009年5月，作为产品项目投资于甲方。乙方并在隔震橡胶支座投产提供技术服务、营销策划等方面起了重要地作用。甲方从2009年10月以来，隔震橡胶支座生产、销售业已取得一定规模和效益。甲、乙双方本着有偿合作、公平合作、利益双赢的市场经济原则，经甲、乙双方商定，甲方应履行以下经济义务，乙方应享有以下经济权益：

第一，甲方自发生实际销售收入起，按隔震橡胶支座销售取得的实际销售收入的1.5%提取项目投资费（金额）支付给乙方；

第二，甲方按乙方提供隔震橡胶支座营销地（宿迁市）所发生实际销售收入的3%提取促销费（金额）支付给乙方；

第三，甲方按乙方直接组织营销隔震橡胶支座所发生的实际销售收入的5%提取产品直接销售费用（金额）支付给乙方。

甲方支付给乙方金额的结算期限为发生次年一月十五日前。若甲、乙双方均无异议，协议自签字之日起有效，本协议一式叁份，甲方二份，乙方一份。

甲方（法人代表）：

（盖章）

桥梁橡胶支座常见病害分析 篇3

1 橡胶支座常见的病害及成因

1.1 板式橡胶支座

板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合、压制而成, 其活动机理是利用橡胶良好的弹性使其产生不均匀弹性压缩实现转动, 利用橡胶较大的剪切变形来满足上部结构的水平位移。板式橡胶支座现今成为中小跨径桥梁中使用最广的一种支座, 其常见病害种类包括钢板偏位或外露、橡胶老化开裂、剪切变形过大、不均匀鼓凸与脱胶、脱空等。1) 钢板偏位或外露是指由于橡胶开裂和支座制造工艺不成熟, 使钢板暴露在空气中或位置偏移, 容易引起钢板锈蚀, 影响支座的使用性能。2) 橡胶老化开裂在支座病害中较为常见, 板式橡胶支座在使用一定年限后表面出现开裂, 剪切裂缝呈水平向, 裂缝较宽且四周连贯, 还有的裂缝大约呈斜向45°, 缝宽, 且短和密。裂缝的产生不只是支座橡胶本身质量的问题, 橡胶支座开裂可能是由支座脱空、异常变形等病害引起的, 施工因素、超载车辆、支座垫石等其他多方面的影响也是诱使裂缝产生的原因, 支座开裂是支座病害中最常见的问题。3) 支座脱空是由于支座垫石和梁底钢板不水平, 或者支座底部砂浆松散开裂, 造成支座局部脱空或顶部完全脱空, 还有就是施工过程中支座安装温度控制不当, 梁体变形过大超过支座承受范围导致破坏。预防支座脱空, 可提高支座垫石混凝土的质量, 采用振捣密实并充分养护, 保持混凝土表面平整、干净, 在支座安装时要控制好环境温度, 应在低温天气或夜间施工, 严格执行施工规范所规定的内容。4) 支座本身质量不达标或安装操作不当会导致板式橡胶支座的异常变形。支座在生产过程中, 因生产厂家的制作水平欠缺, 使支座抗压和抗剪强度降低, 不能满足桥梁结构受力需要, 以至于产生过大变形, 引起结构附加内力, 降低结构的安全性能。在支座安装时, 由于施工技术人员操作不当, 使支座初始变形过大, 影响结构耐久性, 过大剪切变形会加速橡胶老化, 降低板式橡胶支座的使用寿命。预防支座异常变形:对支座垫石标高严格控制, 防止支座脱空;选择适当的安装温度, 降低温度应力对支座变形的不利影响;尽可能减小纵坡坡度, 控制纵向剪切变形。5) 支座不能正常滑动是因为墩顶落有大量的混凝土碎块, 不锈钢板锈蚀, 使支座处的摩阻力增大, 导致支座滑动困难。及时清理墩顶混凝土垃圾, 做好钢板防锈除锈工作, 对支座进行定期检查, 及时养护, 确保支座能够正常滑动。

1.2 盆式橡胶支座

盆式橡胶支座将橡胶板置于扁平的钢盆内, 盆顶用钢盖盖住, 在高压力下, 橡胶板的作用如液压千斤顶的粘性液体, 盆盖相当于千斤顶活塞。橡胶在盆内受到侧向限制, 不能被压缩和横向伸长, 所以支座可承受相当大的压力, 在均匀承压下可实现微量转角。盆式橡胶支座的水平位移较大, 承载能力较高, 转动灵活, 重量轻, 结构紧凑, 且加工制作简便, 能节约材料和工程费用。一般的板式橡胶支座无侧向受压, 其抗压强度低, 再加上其水平位移由橡胶允许剪切变形和支座高度决定, 位移量要求越大则支座越厚, 因此在板式橡胶支座的承载能力和位移值不能满足工程需要时, 常采用盆式橡胶支座代替。盆式橡胶支座常见的病害类型有钢盆裂纹、变形锈蚀、聚四氟乙烯板磨损严重、支座位移和转角超限、钢件脱焊以及锚栓剪断等。盆式橡胶支座产生的病害, 除了受支座本身的质量影响外, 还受施工单位在安装支座时的技术影响, 因此要对生产厂家的制造工艺进行改良, 对施工单位的操作技术加以提高。盆式橡胶支座的钢盆表面产生可见裂纹和明显的锈蚀, 在过大荷载值作用下, 钢板发生强制翘曲。聚四氟乙烯板与不锈钢滑板表面相互接触, 发生滑动时相互摩擦, 使聚四氟乙烯板被磨损消耗, 常利用聚四氟乙烯板的外露高度来衡量板的磨耗程度。由于设计和安装操作不当造成聚四氟乙烯板滑出不锈钢表面, 使得支座位移超限, 还造成支座转角超出荷载设计值时的预期值, 该转角可由盆式橡胶支座顶、底板之间间隙的最大值和最小值求得。

2 病害常规处理方法

桥梁支座是连接桥梁上部结构和墩台的重要构件, 一旦出现病害, 将影响桥梁结构整体的使用年限和行车安全。

2.1 更换支座

此方法能彻底消除支座病害对结构的影响和支座的耐久性问题等。缺点是支座更换工程量大, 有时受施工环境和结构的影响, 难以实施。常用方法:1) 把超薄单向千斤顶放置在主梁和墩顶间的狭小空间内, 配合百分表直接顶起相关的梁体。2) 用桥墩本身做支撑将支架搭设在盖梁上, 设计成“鞍”形支架, 放置千斤顶来顶升梁体。3) 以相邻跨梁体为支撑基础, 设置钢扁担梁, 辅以顶升设备将梁体抬升。

2.2 灌浆处理

工程上常采用灌注环氧砂浆的方法来解决支座脱空问题, 对支座局部脱空或顶部整体脱空部位进行密实填充, 可使支座均匀受力, 优化支座的受力性能。

2.3 加垫钢板处理

目前最常用加垫钢板的方法来解决桥梁施工和维护过程中的支座问题, 加垫钢板的材料、质量和规格必须满足设计和有关规定的要求, 钢板在安装前要进行防腐处理, 确保钢板在使用过程中不出现腐蚀现象, 并对钢板进行必要的清洁。

2.4 增加支座

当个别桥梁支座出现严重损坏, 但更换难度相当大时, 可考虑在损坏支座附近增设相应规格的支座, 帮助原支座传力, 改善原支座和梁体的受力性能。

2.5 其他注意事项

1) 对桥梁结构进行全面分析, 在遵循安全、经济、实效等原则的基础上选定最合适的支座病害处理方案。

2) 施工时应避免桥面荷载对支座更换时的影响, 对交通进行封闭, 杜绝桥梁任何部位出现损坏。

3) 施工过程中, 做好统一指挥和专人监控工作, 确保施工技术人员的人身安全以及设备无损。

4) 在更换支座时, 做好测量、记录工作, 正确计算新旧支座的高度差, 保证顶升同步, 支座更换时间不宜过久, 一般控制在30 min以内为宜。

5) 验算桥梁上部结构受力情况, 特别是对于连续桥梁, 由于其属于超静定结构, 要控制多余约束处结构次内力的大小, 以免过大次内力对桥梁结构造成损伤。

3 结语

桥梁橡胶支座的病害贯穿于桥梁整个使用过程中, 做好对支座的检测与维护工作, 为桥梁结构的正常使用提供保障。橡胶支座的病害受材料质量、生产工艺、施工控制等多方面影响, 本文探讨了病害预防以及病害处理的常见方法, 采用基本的防治措施, 与桥梁施工实际情况相结合, 提高结构的安全性和耐久性。支座在材料选用上确保质量, 优化设计方案, 施工过程遵循规范要求, 对支座安装、设计方案等做好检查, 促使施工质量和安全到位。对橡胶支座的病害进行具体分析, 制定有针对性的解决方案, 抓好支座生产、设计、施工各重要环节。

摘要：对板式橡胶支座与盆式橡胶支座常见的病害及成因进行了研究, 并对更换支座、灌浆处理、加垫钢板处理、增加支座等支座病害常规处理方法作了阐述, 以有效防治支座病害, 延长支座使用寿命。

关键词：支座,病害,应力,桥梁

参考文献

[1]王倩男.橡胶支座病害原因及更换方案[J].山东交通科技, 2014 (5) :36.

[2]赵双林.浅谈公路桥梁支座常见病害分析、预防措施及处理方法[J].建筑工程, 2015 (1) :95.

[3]战家旺, 夏禾, 张楠, 等.一种基于冲击振动响应分析的桥梁橡胶支座病害诊断方法[J].振动与冲击, 2013 (8) :121-122.

对桥梁橡胶支座设计要点的分析 篇4

关键词：橡胶支座,类型,设计

橡胶支座在桥梁上的应用已有60年左右历史, 并已成为目前最常用的支座形式。与钢支座、混凝土支座等刚性支座相比, 具有价格便宜、制作简单、运输及安装方便、适用性强、易于更换等一系列优点。实际工程应用研究发现, 使用橡胶支座后有显著的隔振效果, 在地震情况下有明显的减震作用, 是一种既经济又性能优越的支座形式。橡胶支座的选用及设计是否合理直接影响到其使用寿命, 严重的甚至威胁到桥梁的结构安全, 必须引起高度重视。

1 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。

2 橡胶支座的类型及适用情况

常用的橡胶支座有板式橡胶支座、盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座、球形橡胶支座等。每种类型有其各自的性能、特点及适用情况, 作为设计者应对此充分了解, 根据工程实际合理选用。

2.1 板式橡胶支座

有圆形、矩形、四氟板式橡胶支座等几种类型。普通板式橡胶支座的工作原理是以橡胶的弹性压缩来实现梁的竖向转动, 以橡胶的剪切变形来实现梁的水平位移, 因而没有固定支座和活动支座之分。在支座顶面粘贴一块聚四氟乙烯板后形成四氟板式橡胶支座, 安装时在梁底相应位置设置一块不锈钢板, 利用聚四氟乙烯与不锈钢板之间磨擦系数很小的特点, 使之成为活动支座。它除了具有橡胶支座的优点外, 还能满足水平位量较大的要求。

按有无加劲物可将板式橡胶支座分为无加劲支座及加劲支座两种, 无加劲支座只有一层橡胶板, 加劲支座是在几层橡胶片内嵌入刚性加劲物组成。加入加劲物后, 可以阻止橡胶片的侧向膨胀, 提高其抗压刚度, 但对水平方向的剪切刚度影响很小。加劲物的材料, 在国外采用的有耐候性钢板、合成纤维、尼龙等。我国一般采用普通钢板, 实际使用效果也很好。无加劲板式橡胶支座纵向承载能力较低, 侧向变形较大, 一般仅用于跨度20米以内的公路桥, 用以代替油毛毡垫层, 目前在实际工程中应用很少。加劲支座一般适用于支反力2000k N以下, 跨度30米以内的公路桥梁或20米以内的铁路桥梁。

2.2 盆式橡胶支座

有抗震型盆式固定橡胶支座和测力盆式橡胶支座两种。其工作原理是在一个盆形的底座内放置受压橡胶块, 利用橡胶在三相受力状态下具有流体的性质这一特点来实现大的转角, 同时通过放置在中间支承钢板上的聚四氟乙烯板与不锈钢板之间相对运动时的低磨擦系数来实现梁的水平位移。测力盆式橡胶支座是在橡胶支座的胶体内部设置油腔, 通过油路在支座体外测读支座反力, 可以准确测定支座反力, 对于分析桥梁实际受力状况, 保证结构安全具有重要意义, 一般应用于特大桥项目。盆式橡胶支座能同时满足大的转角位移和水平位移, 并能满足大的支座反力, 因此广泛应用于大支反力及大跨径桥梁, 一般在支反力大于2000k N或跨度大于30米时应尽量选用。

2.3 铅芯橡胶支座

是在普通板式橡胶支座的中心预留一个小圆孔, 然后在孔内灌注铅芯而成。采用铅芯构造主要是增加阻尼作用, 减少地震力、刹车制动力等对结构的冲击作用, 耗散大量的冲击能量, 显著改善结构的抗震性能。适用于支反力在8000k N以下, 抗震要求较高的桥梁。

2.4 球形橡胶支座

是在盆式橡胶支座基础上经过改进发展起来的, 它与盆式支座的区别在于其支座底板是带有球面的。球形橡胶支座的工作原理是利用球形衬板与球面四氟板之间的滑动来实现支座的转角位移。它具有受力明确、承载力大、转动灵活、容许转角大的优点, 在斜弯坡桥和大跨径桥梁上应用较多。

3 支座的设计和布置原则

3.1 桥梁橡胶支座的设计功能要求

桥梁支座应满足下列使用功能: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;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;在车辆行驶作用下具有一定减振隔振效果;在地震力和台风作用下具有瞬时大变形和能量吸收作用;安装、维护及更换方便。

3.2 桥梁支座设计要点

3.2.1 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平反力、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。

3.2.2 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。

3.2.3 桥梁支座的布置原则

桥梁支座型式有固定支座、单向和多向活动支座三类。支座的布置形式与桥梁结构型式有关, 支座布置不当会使支座过早损坏, 在布置时应遵循以下原则:上部结构为空间结构时, 支座除了要可靠地传递垂直和水平反力, 还要求适应桥梁顺桥向和横桥向的变形;支座应使由于梁体变形所产生的纵向和横向位移及转角应尽可能的不受约束;当桥梁位于坡道上, 固定支座一般应设在下坡方向的桥台上;对于较长的连续梁桥, 固定支座应设在桥长中间部位, 以减少两端支座的位移量;对简支梁桥一端设固定支座, 另一端设活动支座;对T形梁桥, 如果桥面宽, 要考虑支座横桥方向可能出现的位移;箱形截面的简支梁桥, 应在固定墩上各设置一个固定支座和一个横向活动支座, 在活动墩上设置一个纵向活动支座和一个多向活动支座;于弯连续梁桥, 支座布置会直接影响弯梁的内力分布, 应使支座能充分适应弯梁的纵横向的自由转动, 通常布置多向活动支座。

总之, 桥梁橡胶支座的布置及类型的选择, 应根据桥梁结构形式、跨度、荷载等级、桥面连续情况、纵横向坡度、地震条件等因素, 本着经济、安全、实用的原则加以合理选用。在设计环节消灭事故隐患, 保证工程质量和结构安全。

桥梁橡胶支座疲劳损伤的初步研究 篇5

1 橡胶支座疲劳寿命分析

1.1 影响支座疲劳寿命的因素

支座的失效形式主要表现为裂纹贯穿橡胶保护层。由于保护层失去作用,钢板很快受到腐蚀作用失去其应有的作用。裂纹在橡胶保护层中的贯穿过程,可视为橡胶材料在循环荷载作用下的疲劳损伤过程。

影响橡胶的疲劳因素主要有两方面:荷载作用的过程和环境的因素[1]。

荷载作用的过程主要有交变荷载及荷载最大值;荷载最小值;平均荷载及循环比;静态荷载的作用时间;加载顺序;加载多轴向性;加载频率及波形。环境的因素主要有温度、臭氧、氧和电荷。其中橡胶的疲劳性能对最大值和最小的循环荷载极限值非常敏感[1]。

最大值和最小的循环荷载极限可用最大应变和最小应变极限来表示。即采用最大应变和最小应变之间的应变变化幅度。文献[2]根据Ogden模型(用于模拟不可压缩的和各向同性弹性体的力学模型)给出了橡胶材料的疲劳寿命关于应变变化幅度的趋势图,见图1,并提出了橡胶材料疲劳寿命的估算公式:

式中:Nf为疲劳循环次数;Δε为应变变化幅度

该公式是在厚1.9 mm的拉伸试件做试验得出的,见图2。

1.2 形状系数对支座性能的影响

橡胶支座在支撑巨大竖向力的同时还必需提供必要的移动和转动。橡胶本身一种非常柔软的材料,很容易产生变形和转动,而没有足够的强度来支撑巨大竖向重力,增加交互层叠薄钢板可提高承载能力。

所有材料在承压时都将产生横向变形(泊松效应),在承压时柔性的橡胶将大量向外膨胀(凸出)变形。值得注意的是,由于高刚度加劲板的约束,在受压时橡胶改变了膨胀模式,剪应变弹性极限将下降(橡胶变硬),增加了承压能力。橡胶支座的膨胀效应近似由支座的形状系数(S)来表述,S是有效承压面积与单层橡胶层的可变形的侧表面积的比值。

AASHTO(1996年)强调剪切模量是设计支座最关键的性能和参数。剪切模量和形状系数决定了支座的抗压应力应变特征曲线。橡胶支座的设计,正是通过调节形状系数来控制极限应变和承载力。支座剪切变形的极限取决于剪切应变和大应变条件下的失效变形模式(局部翘曲、扭面),缺陷通常出现在夹角处。

2 支座损伤的分析

2.1 不可压缩弹性理论解

根据不可压缩弹性理论,可以得出支座在轴向压力作用下支座内部胶层的应力,其分布规律[3,5]可由下式表示:

式中:pm为支座的平均压应力;σ为压应力;τ为剪应力;R为支座的半径;r为点到支座中心的距离。

当r=R时,τ有最大值。

这说明支座中最大剪应力与支座的形状系数成反比。支座的形状系数越小,最大剪应力的数值越大。依据JT/T4—2004《公路桥梁板式橡胶支座》[4]标准,板式橡胶支座的形状系数取值范围为5~12,结合公式(4)可找出形状系数与剪应力的对应关系,见图3。按照以上经典理论,剪应力的大小并不足以让边缘处的胶层开裂。文献[3]指出:当形状系数S>20时,剪应力的有限元计算结果基本上与不可压缩弹性理论解相吻合;当形状系数S<20时,则在橡胶层与钢板连接的边缘处存在剪应力集中的现象,剪应力集中系数与形状系数的关系见图4。

依据JT/T4—2004《公路桥梁板式橡胶支座》[4]标准,板式橡胶支座的形状系数取值范围为5~12。根据图4可以近似得出应力集中系数与形状系数S的对应关系,见图5。

结合公式(4)与图5中剪应力集中系数与形状系数S的对应关系,可得出剪应力放大系数与形状系数的对应函数关系,见图6。

式中:y为放大系数;x为形状系数

最后的结果应为支座的最大剪应力与平均压应力在不同形状系数下的对应关系。

若支座的平均压应力为10 MPa,形状系数为5,则支座的最大剪应力为平均压应力的1.63倍,为16.3 MPa,超过标准规定的胶层与钢板之间的剥离强度10 MPa,接近标准规定的橡胶拉伸撕裂强度17 MPa。当支座的形状系数较低时,支座局部(胶层与钢板结合边缘处)极易出现损伤现象。

通过支座轴向受压试验研究基本上验证了胶层局部损伤的过程。试验中支座形状系数S=3.3,放大系数为3.4,当压应力小于4 MPa时,橡胶层的损伤为零,见图7(a)。当压应力为4.2 MPa时,理论推算主拉应力为14.3 MPa,已超过标准规定的胶层与钢板之间的剥离强度10 MPa,此时观测到橡胶层的空穴,呈半圆形,半径为0.1 mm,见图7(b)。当压应力为6 MPa时,理论推算主拉应力为20.4 MPa,已超过标准规定的橡胶拉伸强度17 MPa,空穴迅速成长。观测到橡胶层的空穴,渐呈三角形,空穴宽度为1.2 mm,见图7(d)。当压应力大于6 MPa时,观测到橡胶层的空穴,呈锐角,空穴宽度为1.8 mm,见图7(e)。随着载荷的增加,内部胶层空穴在成长、发展,裂尖明显,如果存在交变负荷则裂纹必将在裂尖处形成裂纹并扩展,将直接影响支座的耐久性。直至穿透5 mm厚的橡胶保护层,使加劲钢板失去保护。支座的局部损伤首先表现为橡胶层首先与钢板剥离,其次为橡胶层的开裂,最后为裂纹的扩展。理论推算的结果基本上与试验现象相符合。

3 疲劳寿命的估算

根据上述分析,支座的疲劳寿命与应变的变化幅度有关,当有一辆汽车通过桥梁时,支座胶层与钢板结合边缘主拉应变就会产生一次变化过程,形成一次疲劳循环。设

式中:ΔP为支座在车辆通过时的平均压应力的变化幅度;Pmax为支座在车辆通过时最大荷载下的平均压应力;Pmin为支座在桥梁恒载作用下的平均压应力。

通过式(3)、式(5),可计算出Δτmax,根据式(2)钢板与胶层结合边缘处的压应力为零,此处实际上为纯剪切应力状态,近似根据应力与应变在线弹性范围的对应关系,可求出Δε。

再根据式(1)得出支座疲劳循环的次数,从而大致估计出其疲劳寿命。从以上的过程不难看出,当形状系数变小时,Δτmax变大,相应的Δε亦增加,Nf变小,疲劳寿命缩短。以下根据[7]的桥梁设计实例,按现行的设计规范设计出不同形状系数的支座,分别取5 mm,8 mm胶层厚度的2种支座,进行疲劳寿命的估算。

某桥为5梁式双车道简支梁桥,标准跨径L=20 m,计算跨径l=19.5 m,荷载为汽车-20级、挂车-100级。上部结构恒载反力N=165 kN,汽车与人群荷载最大反力N汽+人=171 kN,挂车荷载最大反力N挂=307 kN,汽车与人群引起跨中最大挠度为12.8 mm,主梁计算温度差ΔT=35℃。疲劳寿命估算不考虑轻型车辆的影响,只考虑重载车辆的影响;不考虑胶层厚度的不均匀对支座形状系数的影响。车辆通过时,计算支座反力不考虑桥梁横向变形的影响,按5根梁平均承担车辆荷载计算。

桥梁支座的设计步骤:

(1)计算支座反力并初步拟定平面尺寸;

(2)计算支座位移并确定支座总高;

(3)计算支座转角、验算支座不脱空条件。

根据最大支座反力,初步选择支座半径为R=250 mm。

当20 t车辆通过桥梁时的支座反力为:1.191×(13+5.6)×9.8/5=43.42 kN,平均应力的变化幅度,

(1)中间橡胶层厚度5 mm

S=4×5240=12,由式(5)放大系数为y=0.381,Δτ=

(1+μ)=30.3.066(1+0.5)=0.183(广义虎克定律)。

以上是按1.9 mm厚的橡胶片的疲劳破坏结果计算,裂纹从支座内部扩展到支座边缘为5 mm,循环次数应按比例修正,修正结果Nf=31.34×106。

(2)中间橡胶层厚度8 mm

S=4×8240=4.5,由式(5)放大系数为y=0.880,Δτ=

修正结果Nf=1.44×106。

2种支座均满足支座的设计要求,但其疲劳寿命却相差很大。主要原因是支座的形状系数对橡胶层与钢板连接的边缘处的剪应力集中现象有很大的影响,尽管车辆通过时2种支座平均应力变化幅度是相同的,但是由于两者对平均应力的放大系数相差2.31倍,从而使主拉应变的变化幅度相差2.31倍。主拉应变的变化幅度也同样按此比例变化,而疲劳寿命取决于主拉应变的变化幅度,导致两者疲劳寿命差距。由此可见支座的形状系数对其疲劳寿命影响起到决定性的作用。因此在支座的设计上应将形状系数作为支座设计的主要控制参数和支座成品验收的主要依据。

4 结语

支座的损伤与疲劳寿命与其形状系数密切相关。支座的损伤主要由于支座钢板边缘的剪应力,剪应力与形状系数成反比,并且有应力集中的现象也与形状系数成反比,当形状系数较小时,胶层与钢板之间容易达到剥离强度,容易造成胶层与钢板剥离,产生空穴,支座的损伤程度较高。支座的形状系数对支座的疲劳寿命起到决定性的影响,因此在支座的设计上,除了要考虑支座承载面积和支座高度这两个主要因素外,还应将支座的形状系数作为设计的主要参数予以考虑。在支座设计中,应将形状系数作为支座设计的主要控制参数和支座成品验收的主要依据。

摘要：系统地对公路桥梁板式橡胶支座在容许荷载作用下进行了试验研究,根据橡胶支座内部橡胶与钢板结合部位的应力集中特点,分析了橡胶支座裂纹萌生的扩展情况,初步建立了简单的损伤模型,并根据该模型预测了橡胶支座损伤发展的趋势。

关键词：橡胶支座,损伤模型,裂纹扩展,应力集中

参考文献

[1]W.V.MARS Factors that affect the fatigue life of rubber a literature survey Spring,ACS,Rubber Division Meeting(Savannah,Georgia),April29-May1,2002.

[2]Bo Wang,Hongbing Lu,Gyu-ho Kim.A damage model for the fatigue life of elastomeric materials[J].Mechanics of Materials,2002,(34):475-483.

[3]M.Imbimbo,A.De Luca,F.E.Stress analysis of rubber bearings under axial loads[J].C omputers and Structures,1998,(68):31-39.

[4]JT/T4—2004公路桥梁板式橡胶支座[S].

[5]A.N.Gent.橡胶工程(第一版)[M].北京:化学工业出版社,2002.

[6]庄军生.桥梁支座(第二版)[M].北京:中国铁道出版社,2000.

板式橡胶支座施工病害及防治措施 篇6

关键词：板式橡胶支座,支座病害,解决措施

0前言

桥梁支座是桥梁工程中重要的受力构件, 是连接桥梁上部结构与下部结构的重要结构构件, 它将上部结构传来的恒载和活载传给桥墩或桥台, 并保证桥梁结构在温度荷载、收缩徐变、制动力等作用下的自由变形[1]。在设计、施工、养护的过程中, 必须保证支座能够良好工作。由于橡胶支座弹性好、刚度大、耐久性好, 得到了广泛应用, 成为目前桥梁工程中使用最广泛的支座之一, 它通过不均匀压缩和剪切实现梁体转动和水平移动, 并在上部结构传递的荷载可靠的传递给墩台。在实际工程中, 由于在设计、施工、运营过程中各方面的原因, 导致部分板式橡胶支座在使用一段时间后, 发生不同程度的损害, 使得梁体与设计受力状态不符, 如果不及时调整, 将会造成梁体的损害, 影响桥梁结构耐久性, 甚至造成安全隐患。归纳其原因:主要有板式橡胶支座制造过程中的质量隐患, 设计时出现失误, 施工过程中不规范甚至错误的安装方法等几方面的问题[2~3]。本文根据施工调查, 分析总结了板式橡胶支座安装过程中存在的问题, 并提出来相应问题的解决方案。

1 板式橡胶支座常见问题及解决措施

1.1 安装时间的影响

与普通的钢支座不同, 板式橡胶支座不区分活动支座和固定支座。如果安装时未考虑温度的影响, 将会使支座处于提前受力状态, 严重时会导致支座的提前损害, 进而导致结构的损害。比如, 在炎热季节进行梁体架设, 与年平均气温时相比, 由于温度较高, 梁体安装时处于热胀状态, 当处于寒冷季节时, 随着梁体的收缩, 支座会有较大的剪力, 如不对其进行控制, 可能会导致支座的提前受剪破坏。

防治措施:针对上述问题, 当当地年温差较大时, 应根据桥梁架设时间的不同, 考虑采取支座预偏的方案。以简支梁为例, 如在年平均温度时进行架梁, 则无需考虑支座的影响。若在高温季节架梁, 由于这时梁体处于膨胀状态, 为了降低支座在寒冷季节的过大剪力, 可以对支座施加一个水平力, 使得支座向梁端方向有一个预剪切, 当梁体收缩时可以适当降低支座剪力。反之, 若在低温季节架梁, 则可对支座施加一个向跨中方向剪切的水平力。实践证明, 该方法较好的解决了板式橡胶支座受剪力过大的问题。

1.2 支座变形过大或脱空的影响

支座变形和脱空是支座施工过程中常见的病害, 在施工中常见的病害现象及防治措施如下。

1) 支座变形过大。有些桥梁架设完成后或使用期间, 发现支座承压后侧面出现波纹状凹凸现象, 一些支座压缩变形过大。这种情况, 一般会有两方面的原因, 其一是支座受力不均, 产生了偏压现象;其二是支座质量问题。

防治措施:针对上述问题, 应判断原因, 如果是因垫石顶面或梁靴底面不平整导致的偏压, 则通过千斤顶缓慢、平稳地顶起梁体, 再将垫石顶面、梁靴底面整平后, 落梁, 检查变形状况。如果仍然变形过大, 则说明支座承载力不够或存在质量缺陷, 可以更换支座。

2) 支座脱空。在桥梁施工中, 板式橡胶支座安装完成后, 应检查其是否出现脱空等现象。支座单边、单角受压并形成单边、单角脱空的现象在施工中较为普遍。梁底与支座脱空、垫石与支座脱空及两者同时脱空的现象都有发生。支座脱空会导致支座部分受力, 如果不解决, 则有可能导致梁体、垫石和支座的提前破坏, 必须予以重视。

防治措施:施工过程中, 必须重视垫石、梁靴的平整度和水平度, 安装支座时要检查其四边受力状况。发现支座脱空后, 必须吊起或顶起梁体, 调整支座、垫石及梁靴底面的平整度, 保证消除脱空的情况。

1.3 垫石施工不良的影响

垫石是直接承受支座、传递支座力的重要构件, 其施工质量好坏, 直接决定了支座的受力状态, 施工中, 垫石常见问题为:

1) 垫石质量不合规范要求。在施工过程中, 垫石是施工比较复杂、质量要求较高的构件, 部分施工单位、人员对此不够重视, 造成垫石顶面平整度不够、质量不过关、几何尺寸偏差大、安装支座后垫石中心线与梁底中线偏离、部分受到撞击导致局部破坏等现象时有发生。垫石的不合格或局部损害, 会导致支座安装不平、局部脱空等现象的发生, 故应严格控制垫石施工质量。

防治措施:针对上述问题, 在施工中应严格控制垫石施工质量, 保证垫石尺寸、平整度、混凝土强度、轴线尺寸误差等符合规范要求。施工完成后应采取可靠的措施保护垫石不受破坏。当垫石发生损坏时, 必须修补完成后方可进行架梁和支座安装工作, 当局部损害面积小时可用环氧砂浆修复;若面积较大时则必须凿除垫石, 采用高强度混凝土重新浇筑。

2) 垫石轴线与梁体轴线不一致。由于施工、制造误差的原因, 或者在支座安装时, 垫石顶面不划线, 不认真定位支座中心与梁体设计位置等情况, 导致支座与梁体偏位从而引起支座偏压。挡块位置与梁体位置相冲突时, 为了省事而凑合梁体位置。

防治措施:安放支座时, 必须在垫石顶面划线定出支座及梁体的位置, 以便落梁时能控制支座与梁体准确对位。挡块位置与梁体位置相冲突时, 不能图省事而凑合梁体位置, 必须采取措施保证梁体位置准确无误。

3) 垫石浇筑过高或过低时处理方式错误。在垫石浇筑过程中, 常常发生垫石浇筑高度和设计高度不符合的情况。当垫石浇筑高于设计位置时, 一些单位随意凿除垫石, 支座安放在凿除后未经处理的垫石之上。当垫石浇筑过低时, 一些单位则用钢板垫高, 钢板与垫石顶面之间用水泥干灰找平, 没有粘贴等随意施工的现象。

防治措施:当垫石浇筑过高时, 任何情况下不得随意凿除垫石。要凿除垫石必须经过施工主管人员、监理等各方同意、认可后方可实施, 凿除后必须经过处理, 找平垫石顶面, 并保证垫石设计高度;当垫石浇筑过低, 需要用钢板垫高时, 必须用环氧树脂粘贴, 钢板与垫石之间不得用水泥干灰找平。

4) 垫石顶面找平方式错误。垫石找平是为了让支座和垫石良好接触、受力均匀, 而在施工中, 一些单位常采用在支座下垫水泥干灰的方法来找平垫石顶面, 这达不到上述目的。

防治措施:在支座安装过程中, 应禁止用水泥干灰找平垫石及梁靴, 应根据设计要求确定找平方式, 一般建议采用环氧砂浆。

5) 垫石面粗糙度不够。在有些情况下, 工程技术人员为了追求表明效果, 而忽视了施工要求, 有时会对垫石顶面进行抹光处理, 造成了垫石表面非常光滑的结果, 使得支座底面与垫石顶面摩擦系数降低, 导致支座与垫石之间可能会出现相对滑移的现象。

防治措施:垫石顶面在找平时不得压光, 必须保持顶面粗糙, 以保证垫石顶面与支座间的摩擦力。

6) 安装完成后未对垫石顶面进行清理。由于管理不严、部分工人素质较低等方面的原因, 许多合同段在支座安装完毕后未对垫石顶面的杂物进行处理和清洁, 垫石、支座杂物多且脏, 容易导致支座受到侵蚀或污染。

防治措施:在支座安装完毕后, 必须对支座周围、垫石顶面、支座体上的脏物、杂物进行清理, 保证支座不受到侵蚀, 这是支座安放就位后的一项重要工作。

1.4 挡块施工不良的影响

挡块的主要作用是防止落梁, 对于地震比较严重的地方在各梁间设置挡块用来卡住梁, 防止梁体横向移动。在施工中, 若挡块施工存在问题, 会影响支座的受力。

当纵横向挡块位置与梁体位置偏差较大时, 会使得设计要求无法实现。在施工时为了省事而凑合梁体位置, 使梁体与挡块紧挨, 没有了设计的预留量, 阻碍了梁体的移动。使得支座受力受到较大影响。当纵横向挡块位置与梁体位置偏差较大时, 可能引起主梁与挡块的冲突, 无法架梁。

防治措施:在施工阶段要树立规范施工的理念, 严格按照测量位置施工, 保证挡块位置准确。如果出现了挡块位置偏差过大, 必须找出冲突原因, 根据实际情况进行调整, 解除对梁体的约束, 保证预留量符合设计要求。

1.5 支座组成部分之间出现偏差

支座部分之间经常出现的问题是聚四氟乙烯板式橡胶支座与上钢板的位置出现偏差。板式橡胶支座安装时, 梁底预埋钢板和支座上钢板及支座安装的位置不准确, 出现了支座与上钢板的错位现象, 支座顶面的聚四氟乙烯板偏出上钢板。

防治措施:预埋、粘贴聚四氟乙烯板式橡胶支座上钢板的位置时必须保证位置准确, 保证梁体预制尺寸及放线准确无误。支座安装过程中注意清除阻碍支座滑动的障碍物, 保证支座正常滑动。

2 结语

综上所述, 在确保支座质量可靠的前提下, 施工阶段的每一个环节都需重视, 否则都可能会因技术措施未落实或不合理而极易造成上述的安装质量问题。同时, 要注意施工质量检查, 确保能够及时发现问题, 并及时处理。否则都可能导致支座不能满足基本的功能要求, 最终对桥梁结构的耐久性、安全性、经济性、适用性造成不利影响, 甚至引起安全事故。因此, 在支座的安装过程中, 应注意如下几方面内容[4]:

1) 支座垫石顶面应仔细检查, 必须平整支座顶面, 保证支座平面位置、高程准确, 垫石顶面水平。在支座安装前应采用环氧砂浆进行高程找平。

2) 注意支座不得发生歪斜、不得脱空。

3) 在合理温度下安装支座。

4) 螺栓位置准确, 进行防腐处理等。

在桥梁支座安装施工过程中, 应严格按照设计与规范要求施工, 抓住各种质量问题的预防要点, 聘用过硬的施工队伍, 从细节入手, 确保工程质量, 这样桥梁支座安装施工的质量才能得到保证。

参考文献

[1]庄军生.桥梁支座[M].3版.北京:中国铁道出版社, 2008.

[2]杨其清.桥梁橡胶支座整体更换施工技术研究[J].公路交通技术, 2007, 24 (6) .

[3]刘胜.山区桥梁板式橡胶支座病害分析及防治[J].公路与汽运, 2012, 28 (4) .

橡胶支座 篇7

1 出现支座脱空现象的原因分析

1.1 施工方面的原因

由于施工误差是不可避免的, 尽管一些施工误差均在允许误差内, 也不能完全避免支座脱空现象的出现。如《公路工程质量检验评定标准》 (JTG F40/1-2004) 中规定:简支梁板的墩、台帽或盖梁在支座处顶面高程或支座垫石高程允许偏差为±10mm, 如果梁板一端的两个支座处墩、台帽或盖梁在支座处的顶面高程分别为正误差和负误差, 且在允许误差内, 那么两支座最大高差可达20mm。由于盖梁和墩、台帽或支座垫石顶面高程施工误差的存在, 要使四个支座处于同一平面是很难做到的, 再加上预制过程中梁板底面的不平整, 支座安装和梁板安装时处理不仔细等, 都可能引起支座脱空。

1.2 检查手段方面的原因

由于简支梁板桥支座处的梁板与墩台帽或盖梁间的净空很小, 检查非常不便, 特别是当墩台高度较大时, 登梯或搭跳板检查又很危险。支座和梁板安装后, 承包人往往检查不彻底或根本没有检查, 监理或监督部门也没有更好的办法进行监督和检查。在养护过程中, 也由于同样的原因, 对板式橡胶支座的检查不够彻底, 以致不能及时发现已经存在的支座脱空问题和其它支座病害, 使一些桥梁病害不能得到根治, 严重影响了桥梁的使用寿命。因此, 缺乏有效的检查手段是造成支座脱空的根本原因。

2 桥梁支座检查镜的使用

2.1 桥梁支座检查镜的工作原理

如图1所示, 利用平面镜反射光线的简单光学原理, 改变支座检查人员的视线方向, 进而改变检查桥梁支座与梁板接触情况时的工作位置, 避免了登梯或跳板检查的危险性。

2.2 桥梁支座检查镜的组成

桥梁支座检查镜由可伸缩手柄和镜头两部分组成 (如图2所示) 。镜头与手柄间采用铰或者蛇皮管连接, 便于镜头角度的调节。镜头可以是平面反光镜或凸面反光镜, 上面设有照明灯, 便于在光线较暗时对支座的检查。照明灯的开与关可以采用图2所示的手动开关, 也可采用光敏开关进行控制, 根据支座处光线的明暗自动启动照明灯, 从而实现对橡胶支座和梁板间的接触情况进行检查。

2.3 桥梁支座检查镜的使用方法

通过调整可伸缩手柄的长度将镜头伸到梁板与支座接触处, 通过镜头与梁体的轻轻触碰, 由球铰或蛇皮管调整镜头的角度, 实现对桥梁支座的检查。当支座处光线较暗时, 通过电源开关或镜头处的光敏开关, 打开照明灯, 实现对桥梁支座的检查。

3 桥梁支座检查仪的设计与应用

3.1 需解决的实际问题

桥梁支座检查仪主要应解决以下几方面的问题:

(1) 克服因梁板与墩台帽间的净空小而检查非常不便的困难, 对支座进行多角度检查;

(2) 应改变支座检查人员工作位置, 避免登梯或下到跳板检查的危险性;

(3) 发现支座脱空能以照片形式进行记录, 以便根据脱空程度进行支座调整。

3.2 桥梁支座检查仪的设计方案

利用数码成像技术实现对板式橡胶支座的检查。具体实现方案为:利用直径1cm左右的数码摄像头通过蛇皮管与可伸缩手柄连接, 2.5/3.5吋液晶屏与主板为一体并安装手柄上, 主板上有若干个按键和一个SD卡插口。数据线和电源线通过可伸缩手柄管腔将数码摄像头和主板连接起来, 电源设在手柄末端。也可采用无线摄像头和接收器的形式, 使其结构更加简单。因为桥梁支座处空间狭小、光线较暗, 因此, 摄像头上应设有照明灯, 或采用有红外功能的摄像头, 以保证在光线较暗时能清楚地观察桥梁支座。桥梁支座检查仪的主体结构见图3所示。

1.镜头 2.蛇皮管 3.可伸缩手柄 4.液晶显示屏 5.电源开关

3.3 桥梁支座检查仪的工作原理

桥梁支座检查仪的核心系统由主板、摄像头、2.5/3.5吋液晶屏、SD卡和若干个按键组成 (见图3) 。其工作过程如下:打开系统电源开关后, 系统上电, 由摄像头摄取支座处的图像并在液晶显示屏上显示出来, 以实现对支座与梁板间接触情况的观察, 当发现支座脱空时, 按下快门键拍摄数码照片, 并存入SD卡中。然后用读卡器将SD卡中的数码照片转存入电脑中以便存档和对支座调整量的分析。

为了便于区分照片的所属, 应使用户通过照片文件名称加以识别, 即应使用户能方便地设置照片文件的名称和格式。该仪器除应具有快门键、浏览键、删除键、功能设置键、确认键和翻页键外, 还应通过功能键、确认键和翻页键的组合实现文件名的设置。

1.支座检查仪 2.梁板 3.支座 4.墩帽

3.4 桥梁支座检查仪的使用方法

如图5所示, 通过调整可伸缩手柄的长度将摄像头伸到梁板与支座接触处, 通过调整镜头的角度, 实现对桥梁支座的检查。当支座处光线较暗时, 通过手柄处的电源开关或镜头处的光敏开关, 打开照明灯, 或自动启动红外功能, 实现对桥梁支座的检查。当检查发现支座悬空或其他问题时, 按动快门, 照片自动存入SD卡中, 通过读卡器, 可将照片转存到电脑中进行存档。检查结束后, 收回手柄至最小长度, 并将桥梁检查仪放回箱内, 便于携带和保管。

4 桥梁支座检查镜和检查仪的应用前景

4.1 实现对桥梁支座的全面检查

桥梁支座检查镜的镜片厚度可做得很薄, 基本可控制在5mm左右, 而桥梁支座检查仪镜头小巧, 其直径可控制在1cm以内。只要梁端有1cm以上的空隙就可以将镜头伸到支座处或临近支座处, 从而实现对桥梁支座从不同角度进行检查。

在施工阶段, 梁板安装就位后, 梁板端的空隙一般均在2～4cm之间, 为使用桥梁支座检查仪和桥梁支座检查镜检查支座的安装质量提供了条件。此时, 只要按图1和图5所示, 检查人员在桥上将桥梁支座检查仪或支座检查镜伸入到桥梁支座处, 并适当调整镜头的角度, 即可实现对桥梁支座的检查, 及时发现支座脱空问题并做出调整, 从而有效消除支座脱空现象。

在桥梁养护管理期间, 桥梁调查人员站在桥下, 调整伸缩杆, 将镜头伸入桥梁支座处, 即可实现对桥梁支座现状的检查, 以便及时发现支座存在的缺陷和病害。

4.2 实现对边梁外部质量的检查

在对旧桥边梁的外观质量或病害的检查时, 需要检查人员探身于桥外, 十分危险。通过桥梁支座检查镜和检查仪, 检查人员站在桥上即可对边梁的外观进行检查。在旧桥加宽时, 可能通过边梁加装承托的方式进行加宽, 用桥梁支座检查仪可以方便对承托质量的检查。

5 结束语

桥梁支座检查镜和检查仪的开发与应用, 使施工人员在桥上即可对桥梁支座与梁板接触情况进行检查, 克服了因支座处空间狭小而检查不便和下桥检查的危险性等困难, 方便了对桥梁支座、承托、梁底部和横隔梁底部等工程部位的检查, 有效地实现了桥梁加固施工的质量控制, 保证了工程质量。实践证明, 桥梁支座检查镜和检查仪不仅可用于旧桥加固施工中, 也可用于新建桥梁施工和桥梁调查中对支座的检查, 具有较高的实用价值和推广价值。值得指出的是, 桥梁支座检查镜和检查仪虽然解决了对桥梁支座的脱空或半脱空的检查问题, 同时检查仪还能自动记录支座处存在的质量缺陷, 但只能从梁板与支座间有无脱空现象定性地判定各支座的受力情况, 不能定量地分析各支座受力的均匀性。因此, 在桥梁支座检查技术方面还要进行更深入的研究。

参考文献

[1]刘宗海.矩形板、空心板梁支座脱空分析及施工控制措施[J].东北公路, 2002, 25 (2) :85-86.

橡胶支座 篇8

某桥跨径6×30 m,全桥共2联,前3孔一联,后3孔一联。上部采用预应力混凝土先简支后桥面连续T梁,单孔横向5片梁。下部构造:桥墩采用柱式墩、空心薄壁墩,Φ2.0 m、Φ2.2 m钻孔灌注桩基础;0#桥台采用组合式桥台,Φ1.5 m钻孔灌注桩基础;6#桥台采用柱式桥台,Φ1.7 m钻孔灌注桩基础。

根据桥梁结构的总体构造布置,建立全桥动力特性和地震反应分析的3维有限元分析模型。

主梁、桥墩、横系梁、盖梁和桩模拟采用考虑剪切变形的3维铁木辛克弹性梁单元,承台本应该是实体建模,但因为在地震响应计算中,承台主要作为质量单元参与地震响应贡献,所以承台也作为梁单元处理,但质量仍然精确反映。主梁采用梁格模型,较精确地模拟了上部结构的刚度和质量。要注意的是,在大震作用下,虽然加装了隔震装置,但桥墩仍很有可能进入抗弯屈服工作阶段,所以必须对桥墩是否进入抗弯屈服进行判断。如果发现墩身出现塑性铰,应将墩身改为3维弹塑性梁单元重新进行分析。

使用分层文克尔土弹簧模型模拟桩基础。将土层分层离散为文克尔弹簧,离散后的等效弹性支承的弹簧刚度k,就等于弹性支承作用面积A,(即单元高度与基础计算宽度的乘积)与地基系数C0的乘积,即k=A×C0。在离散等效弹性支承时,同一土层可根据精度需要,将其分成若干部分,但在土层分界处,必须分开。将每一个分出的部分看成一个弹性支承,其作用点就在该部分的合力作用点处。据此可得:

式中:Ki为每层土弹簧的刚度系数;hi为每层土的厚度。

依据《公路桥梁抗震设计细则》第6.3.8条,动力计算时,土抗力的取值比静力大,一般取m动为2～3倍的m静,本文取2.5m静。

全桥空间有限元模型见图1。

2 铅芯橡胶支座及伸缩缝的模拟

根据分析目的的不同,铅芯橡胶支座大致可分为2种模拟方式:(1)针对于振型分析、反应谱分析等线性分析,一般采用具有等效刚度及等效阻尼比的线性恢复力模型弹簧元;(2)针对于非线性静力分析、非线性时程等非线性分析,一般采用双线性恢复力模型(如新西兰MWD CDP818/A规范)或修正的双线性恢复力模型(如日本桥梁免震条例)。国内外很多学者对铅芯橡胶支座的力学参数进行了研究,大部分的研究表明(如范立础《桥梁减隔震设计》,吴彬、庄军生《铅芯橡胶支座的非线性动态分析力学参数试验研究》,等)其主要力学参数在支座剪应变时变化趋势明显变缓,而一般在地震作用下支座剪应变都比较大。所以目前在非线性分析中使用较多的是常数型双线性恢复力模型。

本次地震响应分析的方法主要采用非线性时程分析,所以可以较真实地考虑支座的非线性行为,支座的水平剪切恢复力模型见图2。

本桥采用某厂提供的270 mm×270 mm×141mm方形铅芯橡胶支座,厂家提供的支座力学参数见表1。

在地震作用下,联与联之间的梁体在纵桥向可能发生不同步振动,此时梁体间相对压缩位移若是超过了梁缝的初始间距,两联间的主梁将发生碰撞引发桥梁的破坏甚至落梁。特别是在加装了隔震支座桥梁的地震分析时,考虑到梁梁间的纵横向相对位移比较大,应该考虑梁梁间存在的碰撞可能。在非线性时程分析时可采用如图3所示的间隙单元来模拟伸缩缝。

3 计算结果

依据《公路桥梁抗震设计细则》第3.4条,地震作用下的效应组合应包括永久作用效应+地震作用效应,在永久作用效应基础上按照横向1.0+纵向1.0+竖向0.5的系数同时输入3向人工地震波,如图4所示。

3.1关键截面轴力-弯矩屈服面能力分析

当考虑3向地震力同时作用时,除了竖向地震荷载会导致双柱墩和桩群轴力发生很大变化外,在横桥向地震力作用下,双柱墩和群桩基础还会因为“框架效应”也会导致产生很大的轴拉力,所以双柱墩和桩群也必需通过截面的P-M屈服面来进行判别,其中屈服面以首根钢筋受拉屈服定义。

截面轴力-弯矩屈服面能力分析的原理是把横截面按约束混凝土、非约束混凝土、纵向钢筋双向划分为平面网格,每一网格的中心为数值积分点。网格的纵向微段即定义为纤维。通过计算每个纤维的应力,并在断面内进行数值积分,即可求解每个微段的内力变化过程。此时,只要纤维分得足够细,材料本构关系正确,计算精度就可满足相应的要求。

钢筋纤维采用考虑了“Bauschinger”效应和硬化阶段的修正的Menegotto-Pinto本构。圆形截面钢筋混凝土纤维一般采用mander本构。

通过验算可以看到,墩柱及桩所有最不利截面在E2地震作用下其内力P-M相关时程点基本都处于截面P-M屈服面内(偶尔有极少部分内力相关点超过了屈服面,此时截面的裂缝宽度可能会超过容许值,但混凝土保护层还是完好。由于地震过程的持续时间比较短,地震后,由于结构自重,地震过程开展的裂缝一般可以闭合,不影响使用),所以判断双柱墩和桩在E2地震作用下均处于弹性阶段内工作。图5给出了2#墩的最不利截面的验算图示。

通过计算还表明,0#桥台伸缩缝在E2地震作用下不会发生碰撞,5#桥台伸缩缝在E2地震作用下的某些特定工况会发生碰撞。所以在构造上两端部桥台处(特别是5#桥台)伸缩缝需要加橡胶缓冲吸能垫。

4 隔震结构隔震性能评估

对隔震结构的隔震性能评估一般可通过2方面来表现:(1)隔震结构构件最大内力与非隔震结构构件最大内力之比;(2)隔震结构基本周期与非隔震结构基本周期之比。本次分析参考《公路桥梁抗震设计细则》第10.1.6条,采用第2种评估方法。

隔震结构的基本周期是与隔震支座的等效刚度密切相关的,而支座的等效刚度又和支座的有效位移相关。参考平成14年3月的《道路桥示方书(V耐震设计编)同解说》,支座的有效位移取为支座整个时程位移中最大值的70%。具体的方法就是根据非线性直接积分法得到每个支座的顺桥向、横桥向最大位移结果,然后取每个值的70%作为有效位移,根据该有效位移再得到每个支座顺桥向、横桥向方向的有效刚度,最后得到整个结构的周期、振型。

将所有的隔震支座换成与非隔度结构相同尺寸的普通板式橡胶支座,其水平剪切刚度应与铅芯隔震支座的一次刚度相同为4 700 kN/m,隔震桥梁与非隔震桥梁同期对比见表2。

通过表2可以看出,隔震结构的第1阶周期是非隔震结构的第1阶周期的1.44倍,而从第2阶周期开始则增加为1.8倍。到第10阶周期时,则达到了2倍。显然,隔震效果非常明显,采用隔震装置后结构的动力特性性能基本达到《公路桥梁抗震设计细则》第10.1.6条的建议值。

5 结论

本次研究表明,在高烈度地区的桥梁结构,使用铅芯橡胶支座进行隔离、吸收和耗散地震能量效果显著。但要注意的是:

(1)对于安装了减隔震装置的桥梁的下部结构,在大震作用下也不一定是一定在弹性范围内工作,一定要对其进行屈服验算,否则可能需要对其减隔震装置的性能、安置方式进行调整;

(2)对于安装了减隔震装置的桥梁的上部结构,在大震作用下主梁端很容易因为较大的位移发生碰撞,此时一定要注意在伸缩缝处设置吸能缓冲装置,以减小碰撞给上部结构带来的损坏。

参考文献

[1]范立础.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,2003.

[2]黄方,王爽.两种弹塑性梁单元在桥梁地震响应分析中的研究比较[J].中国西部科技,2009,8(23):31-33.