板式橡胶支座（精选7篇）
板式橡胶支座 篇1
板式橡胶支座是一种在国内外桥梁工程上被广泛应用的支座形式。它具有构造简单、加工制造容易、用钢量少、成本低廉、安装方便等优点[1]。近几年, 由于城市大建设, 混凝土罐装车、渣土车等工程车辆超载运行, 对城市桥梁造成严重损害, 支座出现了变形、脱空等病害, 直接影响桥梁的整体性能。本文运用橡胶材料疲劳破坏寿命估算经验公式, 结合桥梁检测中的支座现状, 对支座疲劳寿命进行估算。
1 橡胶支座疲劳寿命分析
1.1 橡胶特性
橡胶材料具有良好的弹性, 在一定压力下可以把橡胶材料近似的视为线性弹性体, 橡胶材料的体积可以近似看作是不可压缩的。
1.2 橡胶支座疲劳破坏模型
支座的失效形式主要表现为橡胶保护层在剪力反复作用下产生裂纹, 裂纹发展并贯穿保护层。钢板失去橡胶保护层保护, 会受到腐蚀, 导致橡胶层与钢板之间的粘结力下降, 钢板脱胶, 从而导致支座失效破坏。
橡胶的疲劳破坏主要影响因素是荷载作用的过程和环境因素, 其中最大值和最小的循环荷载极限值对橡胶疲劳性能影响非常敏感[2]。一般我们可以采用最大应变和最小应变之间的应变变化幅度来表示最大值和最小的循环荷载极限值。
基于橡胶可看作不可压缩和各向同性的弹性体, 文献[3]在厚度为1.9 mm的拉伸试件的试验基础上, 依据Ogden模型绘出了橡胶材料的疲劳寿命与应变变化幅度的趋势图, 提出了橡胶材料疲劳寿命估算公式:
其中, Nf为疲劳循环次数;Δε为应变变化幅度。
1.3 应变幅度Δε求解
根据不可压缩弹性理论, 对于圆形支座在轴向压力作用下, 支座胶层内部的应力分布规律[4]可以由式 (2) , 式 (3) 表示:
其中, pm为支座平均压应力;σ为压应力;τ为剪应力;R为支座半径;r为点到支座中心距离;t1为支座中间单层橡胶片厚度。
依据JT/T 4-2004公路桥梁板式橡胶支座[5], 圆形支座形状系数S为:
其中, d0为圆形支座加劲钢板直径。
根据式 (3) 可知, 当r=R时, τ有最大值:
JT/T 4-2004公路桥梁板式橡胶支座中板式橡胶支座的形状系数一般取5～12。文献[4]指出, 当形状系数S>20时, 剪应力的有限元计算结果与不可压缩弹性理论解基本吻合;当形状系数S<20时, 则橡胶层与钢板连接的边缘处存在剪应力集中现象。剪应力与平均压应力之间存在一个放大系数K。文献[6]给出了放大系数与形状系数的函数关系式:
K=24.324S-1.647 1(6)
依据广义胡克定律:
2 橡胶支座剩余寿命估算
某市政桥梁为单跨20 m预应力混凝土空心板桥, 桥宽52.0 m, 由52块预制空心板装配组成, 每个空心板宽1.0 m, 设计荷载为城—A级, 支座为GYZ 250×42 (CR) 。支座由6层钢板组成, 每层厚2 mm, 中间有5层橡胶片, 每层橡胶片厚5 mm, 2层橡胶保护层, 每层厚2.5 mm。现场经外观检查发现, 一些支座出现纵向变形, 与竖直方向最大夹角为10°。根据CJJ 77-98城市桥梁设计荷载标准汽车水平制动力取H=160 kN, 现考虑设计车辆最大轴载对变形支座的疲劳效应, 不考虑轻型汽车的荷载效应, 估算变形支座的寿命。
1) 支座反力N:
运用杠杆原理法, 桥梁横向分布系数moq=0.5;
N=200×0.5=100 kN。
2) 偏心距x:x=42×tan10°=7.41 mm。
3) 平均应力幅Δpm:
4) 形状系数S:
5) 放大系数K:K=24.324×12-1.647 1=0.406。
6) 水平力引起的剪力应力幅ΔτH:
7) 剪应力总变化幅Δτz:
Δτz=KΔpm+ΔτH=0.406×2.282+3.262=4.189。
8) 每层橡胶片的剪应力变化幅Δτ:
9) 应变幅Δε:
10) 疲劳循环次数Nf:
因为此支座橡胶片保护层厚度为2.5mm, 疲劳循环次数修正后为2.3×106。
11) 支座的疲劳破坏时间t:
桥梁交通量取中等交通量4 000辆/日, 则:
3结语
支座是连接上部结构和下部结构的关键部位, 其在桥梁运营中的健康状况直接关系到桥梁的整体性能。本文通过对橡胶支座的疲劳破坏研究得出以下结论:1) 橡胶支座的疲劳破坏与支座的形状系数密切相关。形状系数和剪应力成反比, 若形状系数偏小时, 由于剪应力集中, 可能会造成剪应力过大, 从而导致胶层和钢板剥离, 直接造成损坏。2) 剪应力变化幅主要由水平制动力产生。3) 通过支座疲劳寿命估算, 我们可以预测支座的剩余使用时间, 以便及时更换。
摘要：针对橡胶的特性, 建立橡胶支座的疲劳损坏模型, 通过对应变幅度的求解, 估算支座的疲劳寿命, 结合具体实例, 对产生纵向变形的圆形板式橡胶支座进行疲劳寿命的估算, 得出了一些有益的结论。
关键词：橡胶支座,疲劳破坏,疲劳寿命,损坏模型
参考文献
[1]庄军生.桥梁支座[M].第3版.北京:中国铁道出版社, 2008.
[2]W.V.MARS Factors that affect the fatigue life of rubber a liter-ature survey Spring, ACS, Rubber Division Meeting, 2002.
[3]Bo Wang, Hongbing Lu, Gyu-ho Kim.A damage model for thefatigue life of elastomeric materials[J].Mechanics of Materials, 2002 (34) :475-483.
[4]M.Imbimbo, A.De Luca, F.E.Stress analysis of rubber bearingunder axial loads[J].Computer and Structures, 1998 (68) :68-69.
[5]JT/T4-2004, 公路桥梁板式橡胶支座[S].
[6]胥明, 徐伟健, 黄跃平.桥梁橡胶支座疲劳损伤的初步研究[J].现代交通技术, 2010 (6) :17-18.
板式橡胶支座施工病害及防治措施 篇2
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) .
板式橡胶支座 篇3
橡胶支座作为桥梁上下部结构承上启下的结构, 由于施工和运营等各种原因, 在运营后一至两年内, 部分支座会出现不同程度的病害, 必然对桥梁结构产生不利的影响, 加上其他外力的作用下, 会导致梁体出现裂缝, 严重的出现较宽较深的裂缝, 影响桥梁结构安全和使用寿命, 造成安全隐患。
1 板式支座病害成因的分析
1.1 板式支座本身的原因
支座本身存在原因大多数是支座厂家为了不正当获利, 销售不合格支座或翻新支座。这些支座材料有可能不均匀, 橡胶耐疲劳程度差。
1.2 板式支座安装存在问题
(1) 安装方向不正确。除圆形板式支座没有方向要求外, 其他形式支座均有安装方向的要求, 在施工中施工人员经验不足, 或没有仔细阅读支座使用说明等原因导致支座安装错误。
(2) 型号搞混。有些特殊的板式支座, 如同等支撑反力的常温与耐寒支座, 在大小与外观无法判别, 但在极限耐寒温度上有很大差别。一旦安装错误, 在寒冷条件下, 常温支座极容易损坏。
(3) 板式滑动支座滑动面处理不到位。由于硅脂油比较贵, 但用量却比较少。一些施工单位为了施工简便, 在滑动支座安装过程中, 滑动支座的表面少涂硅脂油、不涂硅脂油或涂硅脂面被污染, 导致滑动支座与梁体之间摩擦力增大, 梁体的位移对滑动支座产生的巨大内力无法消除, 导致滑板支座剪切破坏。
1.3 支座支承面平整度、高差控制不到位
桥梁一般设置支座垫石作为支座的支承面, 支座垫石顶面平整度及四角高差要求比较高, 顶面高程误差±5mm, 四角高差不大于2mm。工人在一般在施工利用水平尺进行平整度控制, 水平尺只能控制两端, 另两端控制不到位。加上水平尺的精度不够, 支承面的平整度和高差难以达到施工规范要求的精度。支座安装后, 由于支座支承面平整度、高差控制不到位, 使梁体下单个支座或多个支座受力不均衡, 出现支座局部脱空现象发生, 导致支座被压实的部位变形超出规定值, 加速了支座橡胶的老化。
1.4 预制梁安装时未采取消除应力措施
橡胶支座安装落梁后, 由于桥梁横纵坡的影响, 梁底与支座面不能完成接触。桥梁投入运营后, 车辆反复对梁板的冲击, 梁板将冲击传递到支座上, 由于梁板与支座不能完全接触, 导致梁板与支座接触处应力增大, 形成座剪切破坏。
1.5 桥梁横纵向连接或伸缩缝未完成, 就进行开放交通
在施工中有些施工单位为了施工方便, 在桥梁横纵向连接未完成时, 就在桥梁行驶载重车辆, 个别梁板下支座单独受力, 而非桥梁支座集体受力, 导致支座过载受压破坏。
现桥梁伸缩缝施工基本上在路面黑色完成后, 伸缩缝施工前, 伸缩缝槽内施工为方便填筑石子等半刚性材料。在黑色施工过程中载重运输车辆通过时, 半刚性材料会使梁板与支座的摩擦系数增加, 导致支座剪力增加, 支座受剪切破坏或出现位移。
2 板式支座病害防范对策
根据支座病害的形成原因, 进行支座病害防范。
2.1 加强支座本身质量控制
施工单位在选择支座供应商时, 应尽量选择支座生产厂家, 而不是中间贸易商。必要时派试验人员进厂进行监督, 主要防止厂家以翻新支座冒充优良支座。支座进场后按照规范标准, 选择质量最为可疑支座进行试验。
2.2 板式支座附属构件的检查
对完成的支座垫石的强度、平整度, 四角高差进行严格的测量。施工中一般将支座垫石的混凝土标号提高一个等级以保证支座垫石的强度, 支座垫石方量不大, 提高一个强度等级不会增加太大的成本支出。
在施工支座垫石时, 利用两把水平尺交叉控制平整度。支座垫石在测量时尽量多测量几处进行相互校核。为了避免人为和机械的误差, 测量精确度比较高的电子水准仪为优选。支座附件中上下铁板选择时, 必须平整, 厚度均一, 不宜变形。
2.3 加强支座安装质量的控制
支座安装时, 仔细核对支座的型号并做出明显的记号。并根据设计的要求在支座垫石上测放出支座的轮廓线, 安装时以轮廓线为控制线, 利于支座位置精确定位, 也不会搞混支座的安装方向。
滑动支座的滑动面若被污染, 利用沾有少量汽油纱布将被污染的滑动面上硅脂油擦拭干净后, 放置~3min待汽油挥发后, 用新的硅脂油均匀涂抹。严禁利用润滑油代替硅脂油。
2.4 板式支座与支座垫石、梁板之间空隙处理
支座安装后, 与支座垫石之间存在空隙, 若支座垫石起伏不平, 利用角磨机将支座垫石高处进行打磨, 由于支座垫石在制作过程中测量控制比较严, 打磨工作量不大。若支座垫石成盆地状利用环氧砂浆将支座垫石进行顶面调平后二次安装支座。
由于桥梁纵横坡及梁体地面为平面的影响, 三种办法处理, 一种将支座垫石做成倾斜状, 但该方法施工精度难以控制, 加上后期运营过程中会出现支座位移现象, 该方法运用不多。另一种将梁底与支座接触处做成倾斜面, 该方法在现浇桥梁运用比较多, 但在预制安装梁中, 运用不多, 预制时由于支座位置难以确确定, 以及桥梁的纵坡在变化, 预制梁底与支座接触处倾斜面坡度难于控制, 加上要在预制梁底板开孔, 施工难点比较大。第三种办法是在梁底与支座之间夹加填充物, 以保证梁体与填充物, 填充物与支座能够完全接触密贴。对于桥梁的纵坡大于1%, 现通用在支座与梁底架设锲型钢板, 考虑纵横坡的影响, 铁板四角厚度利用以下公式计算:
H1、H2、H3、H4分别为铁板厚度;h为铁板的中心厚度;A为顺桥向铁板长度;B为横桥向铁板长度;i1为桥梁纵坡;i2为桥梁横坡。
铁板在安装时要注意方向, 使用前利用计算机或其他方式进行模拟, 以确定最佳的锲型铁板最佳的摆放的位置, 使铁板与梁板下预埋问题重合且密贴。该种方式比较有效, 但制作铁板成本较高。
对于桥梁纵坡小于1%时, 在梁板安装完成后, 可以使用高喷头在支座与梁底之间空隙喷洒高强砂浆或环氧砂浆, 以消除空隙的存在。
2.5 消除或减小支座所受应力的措施
(1) 增加支座上铁板的尺寸。适当增加支座上铁板的几何尺寸, 可以减小支座所受应力太过集中。
(2) 梁板安装时二次落梁。梁板安装时, 由于梁板的体积与重量较大, 不能达到设计中的理想状态, 安装过程中, 需要多次调整。在调整过程中, 有可能导致支座轻微挪动、梁底与支座刮擦等现象发生, 落梁后支座变形会较一般时偏大, 如不二次落梁支座的变形是不可以逆的, 运营期会使变形越来越大。二次落梁是一次落梁后将梁板垂直提起后, 将支座调整到最佳状态后落梁, 使其达到最佳状态 (与梁板的支点重合) 。
(3) 利用便道或加强梁板横纵连接, 解决单个支座受力。桥梁施工时, 一般在桥梁侧会有便道, 利用便道运输。在一些桥梁不能设置便道时, 可以利用铁板等设施将桥梁进行横纵向连接, 避免支座单点受力, 减小支座在桥梁运营前变形量。
(4) 选择合适的伸缩缝槽内的填充材料。伸缩缝未工前, 在伸缩缝位置, 黑色下填充一些弹性材料, 模拟伸缩缝的特性, 可以使梁板自由的滑动, 减小支座所受剪应力和位移。
3 结语
桥梁支座直接关系到桥梁结构安全, 影响到桥梁抗震效果和行车的舒适度。一旦支座出现病害, 更换支座的成本较高。为了解决支座可能出现的病害, 预防优于后期的处理。
参考文献
[1]《公路桥梁板式橡胶支座》JT/T4-2004.
[2]江苏省交通规划设计院.南京机场高速公路改扩建工程支座更换方案, 2013, 6.
[3]乔乃洪, 陈向辉.公路桥梁板式橡胶支座的病害及维修方法[J].交通运输工程与信息学报, 2006, 4 (01) .
板式橡胶支座 篇4
通过近年来的调查、检测、施工和桥梁病害分析发现, 橡胶支座在产品内在质量、试验检测、设计选用、施工安装以及养护维修等方面存在诸多问题和隐患, 如板式橡胶支座生产质量堪忧, 橡胶材料和金属板材料不合规范, 制作工艺不合理, 更有甚者为降低成本, 在橡胶胶料中掺加再生橡胶, 导致橡胶支座品质劣化、容易老化。支座的正确施工安装也是影响桥梁技术性能的一个重要环节, 然而施工中一些技术人员对支座安装施工质量意识薄弱, 常常出现支座垫石不平整、支座与梁底脱空、支座偏位、支座型号与设计不符等质量问题等等, 上述问题直接影响了橡胶支座的使用性能和使用寿命, 对桥梁结构造成严重影响。
2 板式橡胶支座构造及减震原理
常用的桥梁隔震装置有柔性支承装置和阻尼装置两种类型, 其中橡胶支座是世界上应用最广、实用性最好的一种柔性支承装置。橡胶支座由薄钢板和薄橡胶板交替叠合经高温硫化粘结而成, 所采用的橡胶一般有天然橡胶和氯丁胶。由于在橡胶层中加设夹层薄钢板, 而且橡胶层与夹层钢板紧密粘结, 当橡胶支座承受垂直荷载时, 橡胶板的横向变形受到约束, 使橡胶支座具有很大的竖向承载力和竖向刚度。因薄钢板不影响橡胶板的剪切变形, 使橡胶板对任何水平方向的运动均呈柔性约束, 当橡胶支座承受水平荷载时, 其橡胶层的相对侧移大大减少。使橡胶支座可达到很大的整体侧移而不致失稳, 而且保持较小的水平刚度。并且由于夹层钢板与橡胶层紧密粘结, 橡胶层在竖向地震作用下还能承受一定的拉力, 使该种支座成为一种竖向承载力极大、水平刚度较小、水平侧移容许值很大、又能承受竖向地震作用的理想隔震装置。
3 板式橡胶桥梁支座设计
板式橡胶支座的基本设计数据如下: (1) 支座使用阶段的平均压应力限值σc=10.0Mpa, 常温下支座剪变模量Ge=1.0MPa橡胶支座剪变模量随橡胶变冷而递增, 当累年最冷月平均温度的平均值为0~-10℃时, Ge值应增大20%;当低于-10℃时, Ge值应增大50%;当低于-25℃时, Ge值应为2Mpa。 (2) 橡胶支座抗压弹性模量和支座形状系数应按下式计算:Ee=5.4GeS, 矩形支座:, 圆形支座:。式中:Ee-支座抗压弹性模量 (MPa) ;Ge-支座剪变模量;S-支座形状系数;l0a-矩形支座加劲钢板短边尺寸;l0b-矩形支座加劲钢板长边尺寸;d0-圆形支座钢板直径;t1-支座中间层单层橡胶厚度。橡胶弹性体体积模量Eb=2000Mpa。
4 支座安装应用
安装时, 应按照设计图纸要求, 在支座垫石和支座上均标出支座位置中心线, 以保证支座准确就位;支座安装时, 应防止支座出现偏压或产生过大的初始剪切变形。安装就位完成后, 必须保证支座与上下部结构紧密接触, 不得出现脱空现象, 对未形成整体的梁板结构, 应避免重型车辆通过;预制梁板落梁时, 应先放置略高于支座的对头木楔块保护支座, 以防止落梁时支座移位或发生较大初始剪切变形, 待梁体就位准确后, 退出木楔块均匀落梁。个别支座落空、出现不均匀受力或支座压偏严重、局部受压侧面鼓出异常时须重新调整。对于弯、坡、斜桥重点控制支座标高, 使每片梁四块垫石标高控制点处于一个平面上。安装聚四氟板支座时, 应注意聚四氟乙烯板面应向上;预应力梁板张拉后, 梁体因中间起拱而支承于两端, 因而特别要防止梁端台座的沉降;支座安装后, 应全面检查是否有支座漏放, 支座安装方向、支座型式是否有错, 临时固定措施是否拆除, 防尘罩是否安装, 四氟滑板支座是否注入硅脂油等现象。一经发现, 应及时调整和处理, 确保支座安装后的正常工作, 并记录支座安装后出现的各项偏差及异常情况。
5 板式橡胶支座应用常见问题及预防处理措施
支座垫石与梁底支承楔块的位置、尺寸、标高的施工偏差过大。预防要点:墩台、支座垫石及梁底支承楔块施工前应对测量放线进行复核, 确保其施工控制线的精度满足要求, 并向有关的施工人员进行技术交底, 施工时严格遵照设计与规范要求进行, 确保其施工质量满足要求。
支座垫石混凝土顶面不水平、不平整, 且强度不足, 混凝土不密实, 内部有空洞等缺陷, 影响承载能力。预防要点:垫石侧模安装时应用水平尺侧模顶的水平情况, 不水平时应及时予以调整。垫石混凝土施工时注意对垫石顶面进行抹平但不得压光, 使垫石混凝土顶面与侧模顶接顺在同一水平面上, 且如果有必要应征得设计人同意, 提高混凝土标号。垫石部位帽梁表面混凝土应凿毛彻底, 垫石混凝土方量较小, 但也必须机械拌合, 严禁人工随意拌合。
支座垫石与梁底支承楔块内钢筋缺漏或保护层厚度过大。预防要点:重视支座垫石与梁底支承楔块等细小部位的施工质量, 严格按设计图纸和规范要求安装上述部位的钢筋。
支座安装的位置、方向的施工偏差过大, 甚至支座长宽方向倒置。预防要点: (1) 墩台与支座垫石应严格按设计与规范要求施工, 确保墩台顶与垫石的轴线位置、标高、垫石尺寸、平整度等方面的施工质量满足设计与规范要求。 (2) 支座安装前应在垫石上标示支座纵向与横向设计位置的中心线, 并在支座上标示支座轴线, 支座安装时使支座轴线与垫石上的支座设计位置中心线重合。 (3) 垫石上测放支座设计位置的中心线时, 应注意复核支座位置纵向控制线的方向是否与桥梁中心线重合或平行 (按设计要求) , 确保其施工控制线的精度满足要求。
支座上、下面未与梁底支承面、垫石顶面完全密贴或支座顶面不水平、支座顶标高的施工偏差过大, 出现支座局部脱空、偏压等现象。预防要点: (1) 垫石侧模安装时应用水平尺检查侧模顶的水平情况, 不水平时应及时予以调整, 使垫石混凝土顶面与侧模顶接顺在同一水平面上。 (2) 支座安装前, 应先将垫石顶面清理干净, 确保垫石顶面无浮砂、灰尘、油污, 然后在垫石上采用环氧树脂砂浆找平、坐浆, 将支座及时安放在砂浆上, 并采用水平尺检查支座的水平度, 确保支座顶面水平。 (3) 应在支座上加设一块比支座稍大的支承钢板, 注意支承钢板外观应平整, 无翘曲、变形、锈蚀、裂缝等现象, 钢板还应刷防锈漆。当梁体采用整体现浇混凝土结构时, 支承钢板上焊锚固钢筋与梁体连接, 此时支承钢板可兼作梁体底模的一部分;当梁体采用装配式施工时, 支承钢板与梁底之间采用环氧树脂砂浆粘结, 注意砂浆厚度应均匀、合适, 以确保梁底填充砂浆饱满、密实。
四氟乙烯滑板与不锈钢滑板划伤、表面脏污、硅脂未注满, 四氟滑板倒置。预防要点:四氟滑板式橡胶支座开箱后, 应注意对支座内的四氟乙烯滑板与不锈钢滑板进行保护, 避免划伤和表面粘附脏物、砂尘等, 并注意检查四氟乙烯滑板表面储油坑是否已注满, 如果不满, 则应在支座安装前, 采用产品使用说明书上规定的硅脂予以注满, 避免四氟乙烯滑板与不锈钢滑板之间的摩擦系数超大。
摘要：近年来我国交通事业发展迅速, 桥梁作为我国重要社会基础设施的地位愈显突出, 在国民经济和居民日常生活中发挥着重要作用。桥梁支座是桥梁结构的重要组成部分, 直接影响桥梁的使用寿命和结构安全, 其中, 板式橡胶支座由于其具有构造简单、性能可靠、安装更换方便、造价低等优点, 被广泛应用于公路、城市桥梁建设中。通过对桥梁板式橡胶支座的研究探讨, 强化支座在桥梁结构建设中的重要作用, 提出各级设计、施工、生产技术管理人员应对支座质量重要意义充分认识, 加强质量管理的责任心, 不断提高桥梁建设水平。
关键词：板式橡胶支座,应用,耐久性
参考文献
[1]鲍卫刚, 郑学珍等.公路桥梁板式橡胶支座的应用[J].公路, 2006.
[2]橡胶支座在公路桥梁中的应用[J].黑龙江交通科技, 2005.
板式橡胶支座 篇5
早在20世纪30年代,法国已将合成橡胶支座应用于小跨径桥梁,40年代起,许多国家陆续开始在桥梁中采用橡胶支座。50年代末,美国在位于林肯城的Pelham大桥,第一次使用了板式橡胶桥梁支座。苏联从1959年就开始在公路及铁路桥梁上使用板式橡胶支座。日本东北干线的鬼怒川铁路预应力混凝土连续梁桥于1961年应用了板式橡胶支座。我国在60年代初开始,对板式氯丁橡胶支座进行了研究和试验。1965年首先将氯丁橡胶支座应用于广东省肇庆公路桥梁上。1975年开始以天然橡胶为主体的耐低温板式橡胶支座应用于北方,从此板式橡胶支座在全国各地开始广泛应用于公路、铁路和市政桥梁工程。
2 公路板式橡胶支座早期破坏的分析与对策
2.1 橡胶支座质量因素的分析与对策
2.1.1 加劲钢板和胶层对橡胶支座质量的影响
普通板式橡胶支座至少由两层以上的加劲钢板,且钢板包括在橡胶弹性材料内形成支座。加劲钢板与其上下层橡胶经压硫化牢固地粘结成一体,嵌入橡胶层之间的加劲钢板能有效阻止橡胶层侧向膨胀,从而显著提高橡胶层的抗压强度和支座的抗压刚度。加劲钢板的层数、厚度、强度不符合要求而失去作用,将导致橡胶支座抗压强度降低,以致过载引起早期破坏。加劲钢板与橡胶离层或粘结强度不符合要求,将使橡胶支座形成夹层而降低抗剪强度,也是引起早期破坏的关键因素。支座胶层厚度和支座胶层不均匀分布,将会产生支座局部应力集中,局部胶层表面裂纹萌生概率大幅增加,导致支座提前损坏。
2.1.2 再生胶对支座质量的影响
1)再生胶对支座产品力学性能的影响。试验表明,掺入15%再生胶后,检测胶料物理机械性能(除硬度外)符合JTT 4-2004要求,常温状态下支座抗压弹性模量、抗剪弹性模量也符合标准要求,但经热空气70 ℃×72 h老化后检测,掺入再生胶的支座比未掺入再生胶支座的胶料硬度、抗压弹性模量、抗剪弹性模量大幅增加,不能满足标准要求。再生胶对支座老化后力学性能的不利影响是很明显的。
2)再生胶对支座使用寿命的影响。橡胶的老化直接影响支座的寿命,橡胶的老化是一种由多种因素参与的、复杂的、不可逆转的化学反应,再生胶本身已存在相当程度的老化,其分子链之间的交联已发生断裂,不同于生胶的线形大分子链结构,也不同于橡胶硫化后而构成的三维网状交联结构。
2.1.3 支座质量的检验与控制
橡胶支座主要检验外形尺寸、外观质量、内在质量、力学性能。通过解剖可检验加劲钢板的层数、厚度、强度,检验橡胶层厚及其均匀性,检验加劲钢板与橡胶层粘结力以及剥离胶层的性能等支座内在质量。JTT 4-2004要求,加劲钢板层数不少于两层,厚度不少于2 mm,强度不低于GB/T 912标准Q235C钢板性能要求。加劲钢板不应拼接,且同一支座中不允许厚度不同的钢板。加劲钢板平面尺寸偏差为±1 mm。要求橡胶层厚度均匀,误差符合要求。要求加劲钢板与橡胶粘结牢固、无离层现象,剥离强度大于10 kN/m。要求剥离胶层的抗拉强度的下降不应大于15%,扯断伸长率下降不应大于20%。
力学性能通常只检验抗压弹性模量、抗剪弹性模量、极限抗压强度三项指标。试验表明,橡胶料中掺入一定数量的再生橡胶,在常温条件下,其上述三项指标均能符合要求。但进行热空气老化后,力学性能显著降低。因而我国交通行业标准JTT 4-2004公路桥梁板式橡胶支座明确规定,不允许在支座胶料配方中使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶。并规定通过抗剪粘结性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是否含有再生胶。抗剪粘结性试验要求,在两倍的剪力作用下,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。抗剪老化试验要求,试样在(70±2)℃老化箱内老化72 h,老化后的抗剪弹性模量比规定值增加在15%以内。
2.2 设计因素分析与对策
1)“斜,坡,弯”桥梁结构,是一种空间体系,调整坡度主要靠支座来实现,如以上部桥面结构设计标高推算至4个支座,多数不在同一平面内,必然有1个支座脱空或受力不均衡。设计中应将4个支座标高调整在一个平面内。2)柔性墩上的多跨梁桥,在考虑支座的弹性嵌固后,支座反力发生变化。支座设置应有足够的厚度,以避免因支座弹性嵌固作用而引起支座反力变化甚至出现受拉。3)在斜交桥中,斜交板梁在预应力的作用下,短边(钝角)有向上翘曲的趋势,支座有脱空或受力不均衡的趋势。设计应从梁板交角、张拉力、加载龄期、梁板混凝土与桥面二次混凝土龄期差,限制挠曲的发展程度。4)现代高性能塑性混凝土梁体收缩、徐变大,而梁板吊装必须白天高温安装,安装季节也因工期和梁板与桥面系混凝土龄期差的双重控制不能选择季节,造成支座的位移增大。设计应分析计算和最不利组合验算。5)四氟板与不锈钢板之间摩擦系数随着正应力增大而减小,若采用比桥梁支点实际反力大得多的支座规格,摩擦系数会增大,对桥梁结构受力不利。四氟板式支座选择支座承载力时,要与桥梁实际支反力相吻合。6)慎用球冠支座。球冠支座在其顶部形成4 mm～10 mm高度不等的球面构造,意图是使梁底与支座形成平面与球面接触,并有地方企业标准,如上海市企业标准Q/SODC 05-2001桥梁球冠圆板式橡胶支座。但球冠支座受压时边缘必然脱空,当梁底和支承垫石表面有偏斜时,单边脱空更为明显。因而JTT 4-2004公路桥梁板式橡胶支座规定不宜使用带球冠的橡胶支座。
2.3 施工因素分析与对策
1)预应力梁板张拉后,梁体因中间起拱而支承于两端,因而特别要防止梁端台座的沉降。梁底调平楔形块模具角度要精确,并进行重点检查控制。梁体预制后,应及时安装、整体化和进行桥面铺装施工,以防因反拱形成支座脱空。2)对于弯、坡、斜桥要计算复核支座设计标高,使每片梁四块垫石标高控制点处于一个平面上。3)要严格控制盖梁及墩台帽施工质量。支座垫石应分两道工序精细施工,保证其标高、平整度和轴线。支座垫石表面清洁、干爽、无浮砂,标高应按JTT 4-2004控制,同一墩台支座垫石标高误差±1.5 mm,同一支承垫石平整度标高误差小于0.5 mm。4)支座安装要精心,保证位置准确。梁板吊装要就位准确,杜绝产生梁体倾斜、偏位现象,保证支座与上、下部结构之间紧密接触,不得出现空隙。5)对重要的桥梁结构,为了避免各种因素造成的支座受力不均匀而导致其过早破坏,在支座安装过程中,采用平板式压力传感器预先安装在支座位置,吊装梁板就位,测定支座顶面的压力情况,并用预先测得的压力—变形关系曲线反算应调整的间隙,再用合适的钢板垫片调整厚度,最终将各支座顶面的压力控制在一定的范围内,使其平衡受力。
3 结语
1)引起公路板式橡胶支座早期破坏的因素很多,但橡胶支座本身的产品质量是关键因素。严格控制所购橡胶支座的品质,充分考虑支座的剪切和转角变形,控制支座垫石的轴线、标高、平整度,防止支座脱空和受力不均匀,是防止公路板式橡胶支座早期破坏的重要措施。
2)橡胶支座胶料中掺入再生橡胶对橡胶支座的力学性能和老化均产生劣化影响,不仅拉伸强度下降,扯断伸长率、硬度、恒定压缩永久变形等力学性能和老化均有不同程度的劣化影响,热空气老化后变化更加明显。
3)我国交通行业标准JTT 4-2004公路桥梁板式橡胶支座中明确规定,不允许在支座胶料配方中使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶。并要通过抗剪粘结性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是否含有再生胶;通过解剖来检验加劲钢板、橡胶层以及钢板与橡胶的粘结、剥离层橡胶性能等支座的内在质量。
4)设计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。对支座的反力、位移和转角进行最不利组合,正确地选择和设计桥梁支座,防止支座脱空和受力不均匀。
5)球冠支座偏心受力,有易发生单边脱空现象,当梁底和支承垫石表面有偏斜时,单边脱空更为明显,因而不宜使用。
6)支座安装要逐个检查支座垫石的轴线、标高、平整度。安装时防止出现偏压或过大的初始剪切变形。保证支座与上、下部结构紧密接触,不出现脱空现象。
摘要：介绍了橡胶支座的应用与发展,从橡胶支座质量、设计、施工等方面分析了公路板式橡胶支座破坏的原因,提出了具体的对策,指出防止支座脱空和受力不均匀是防止公路板式橡胶支座早期破坏的重要措施。
关键词：板式橡胶支座,早期破坏,再生橡胶,支座脱空
参考文献
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[2]JTT 4-2004,公路桥梁板式橡胶支座[S].
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[6]鲍卫刚,郑学珍,刘金贤.再生胶对板式橡胶支座的影响[J].公路,2005(8):21-23.
[7]周明华.橡胶支座的应用前景与质量忧患[J].桥梁建设,2003(4):63-66.
板式橡胶支座 篇6
在桥梁结构中, 支座是桥梁上、下部结构的连接点, 其作用是将上部结构的荷载舒适、安全地传递到桥梁墩台上去, 同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩徐变等因素作用下的自由变形, 以便使结构的实际受力情况符合计算图式, 并保护梁端、墩台帽不受损伤[1]。
桥梁板式橡胶支座是一种应用广泛的桥梁支座。它适用于中小跨径的公路、城市和铁路桥梁[2]。板式橡胶支座是由几层橡胶和薄钢片迭合而成的, 主要作用是将桥跨结构上的恒载与活载反力传递到桥梁的墩台上, 同时保证桥跨结构所要求的位移与转动, 以便使结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合。根据以上要求, 板式橡胶支座应设计成在垂直方向具有足够的刚度, 从而保证在最大竖向荷载作用下, 支座产生较小的变形;在水平方向则应具有一定的柔性, 以适应梁体由于制动力、温度、混凝土的收缩、徐变及其它荷载作用引起的水平位移;同时, 橡胶支座还应适应梁端的转动。在进行桥梁支座受力分析时, 首先必须计算每个支座上所承受的竖向力和水平力, 根据这些外力来选定支座的尺寸并进行强度和稳定性验算[3]。
2 桥梁板式橡胶支座的设计与计算
板式橡胶支座的设计与计算包括确定支座尺寸、验算支座受压偏转情况以及验算支座的抗滑稳定性[4]。
2.1 确定支座的平面尺寸
橡胶支座的平面尺寸a×b要由橡胶板本身的抗压强度、梁部或墩台顶混凝土的局部承压强度等三方面因素全面考虑后来确定。在一般情况下, 尺寸a×b多由橡胶支座的强度来控制, 即满足表1的要求。
表1中形状系数, 其中δ为中间层橡胶片厚度, a为支座短边尺寸 (顺桥向) , b为支座长边尺寸 (横桥向) 。
2.2 确定支座的厚度
板式橡胶支座的重要特点是:梁的水平位移要通过全部橡胶片的剪切变形来实现。则橡胶片的总厚度t与梁体水平位移△之间应满足下列关系:
式中:-tanγ-为橡胶片的容许剪切角正切值, 桥规[5]规定, 当不记汽车荷载制动力时采用0.5, 计及汽车荷载制动力时可采用0.7。
则t≥1.43-△g+△p-, 式中△g为上部结构在恒载作用下由温度变化等因素引起作用于一个支座上的水平位移;△p为由汽车荷载制动力引起作用于一个支座上的水平位移, 按下式计算:, H为作用于一个支座上的汽车荷载制动力。
同时, 考虑到橡胶支座工作的稳定性, 《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》[5]还规定t不应大于支座顺桥向边长的0.2倍 (t≤0.2) 。确定了橡胶片的总厚度∑t, 再加上金属加劲薄板的总厚度, 就可得到所需支座的总厚度h。
2.3 验算支座的偏转情况
主梁受荷后发生挠曲变形时, 梁端将引起转角θ。此时支座伴随出现线性的压缩变形。为了确保支座偏转时橡胶与梁底不发生脱空而出现局部承压的现象, 则必须满足条件:
式中:δc为支座平均压缩变形;Ee为支座抗压弹性模量;Eb为橡胶弹性体体积模量, Eb=2000MPa;R为支座压力标准值, 汽车荷载应计入冲击系数。
此外, 《桥规》[5]还规定橡胶支座的竖向平均压缩变形应不超过0.07∑t。
2.4 验算支座的抗滑稳定性
为了保证橡胶支座与梁底或墩台顶面之间不发生相对滑动, 则应满足以下条件:不计汽车制动力时:;计入汽车制动力时:
式中:RG为结构自重引起的支座反力标准值;Rc为由结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值引起的支座反力;μ为摩擦系数, 橡胶与混凝土间的摩擦系数采用0.3, 与钢板间的摩擦系数采用0.2;F为由汽车荷载引起的制动力标准值;A为支座平面毛面积。
3 算例
预应力混凝土五片式T形梁桥全长19.8m, 计算跨径L=19.5m。梁的两端采用等厚度的橡胶支座。已知支座压力标准值R=354.12KN, 其中结构自重引起的反力标准值RG=162.7KN, 公路Ⅱ级和人群荷载引起的支座反力标准值分别为183.95KN和7.47KN;公路级和人群荷载作用下产生的跨中挠度f=1.82cm;根据当地的气象资料, 主梁的计算温差△t=36℃。试设计板式橡胶支座。
⑴确定支座平面尺寸:
选定支座的平面尺寸为a×b=18×20=360cm2, 采用中间层橡胶片厚度t=0.5cm。
(1) 计算支座的平面形状系数S:
(2) 计算橡胶支座的弹性模量:
(3) 验算橡胶支座的承压强度:
⑵确定支座的厚度:
温度变形由两端的支座均摊, 则每一支座承受的水平位移△g为:
橡胶片总厚度计算结果见表2。
选用4层钢板和5层橡胶片组成的支座, 上下层橡胶片厚0.25cm, 中间层厚0.5cm, 薄钢板厚0.2cm, 则橡胶片总厚度:∑t=3×0.5+2×0.25=2.0cm。
支座总厚:h=∑t+4×0.2=2.8cm。
⑶验算支座的偏转情况:
(1) 计算支座的平均压缩变形
(2) 计算梁端转角
由关系式f=5gl4/384EI和θ=gl3/24EI, 可得:
(3) 验算偏转情况
即0.0502cm>18×0.00299/2=0.0269cm, 满足要求。
⑷验算支座的抗滑稳定性:
(1) 计算温度变化引起的水平力
(2) 验算滑动稳定性:
即76.4kN>17.92kN, 表明支座不会发生相对滑动。
4 结语
支座在桥梁中起到承上启下的作用, 施工中, 一定要重视支座设计和施工的质量。桥梁支座的设计和选用, 应根据支座反力的大小、支座处最大竖向及水平位移、桥梁跨度、抗震等级等因素来确定, 不可盲目选用。
板式橡胶支座具有构造简单、加工制造容易、用钢量少、成本低廉、安装方便等优点。本文通过大量计算, 给出了板式橡胶支座设计及稳定性验算方法, 提供的计算方法和步骤简明清晰。
另外, 目前应用前景看好的铅销橡胶支座是在板式橡胶支座中加入铅销而成, 很多基本特性与普通橡胶支座类似, 因此了解和掌握普通板式橡胶支座的构造、设计方法是必要的, 可以利用板式橡胶支座规格系列的原有标准, 进行推广、应用。
参考文献
[1]孙素霞.桥梁支座的类型.黑龙江交通科技.2004, 第3期.
[2]周剑光.桥梁支座类型及其应用.四川建筑.2006, 26 (2) .
[3]黄秀金.桥梁板式橡胶支座的设计计算.辽宁交通科技.2005
[4]邵旭东.桥梁工程.武汉理工大学出版社.2005.
板式橡胶支座 篇7
1 板式橡胶支座的定义、分类、特点及对其产生影响的因素
1.1 板式橡胶支座的定义
所谓的板式橡胶支座, 就是指在许多建筑 (如:水电工程、桥梁建筑、房屋的抗震设施) 中都广泛使用的, 其有足够的竖向刚度以承受垂直荷载, 且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台;有良好的弹性以适应梁端的转动;有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移。有助于延长建筑的使用寿命, 保持建筑的长久健康发展。一般的板式橡胶支座都是由均匀分布的多层钢板和橡胶粘合而成的, 因此其在稳定性和耐久性上面具有强大的优势。板式橡胶支座中的橡胶材料一般都是由特殊的粘弹性极强的材质构成的, 如氯丁橡胶和天然橡胶等都是合成这种橡胶的重要材质, 这种橡胶材料在性能上可以和弹簧相媲美, 同时通过其幅度较大的弹性性能进行能量的消耗和能量的存储, 见图1。
1.2 板式橡胶支座分类及其特点
板式橡胶支座由于其材质和设计结构的特殊性具有其独特的性能特点, 本文通过对相关文献资料的参考和实际的考察, 将其分类和特点总结如下:
1.2.1 圆形 (矩形) 板式橡胶支座
圆形橡胶制作主要是由薄钢板和多层的橡胶片经过多次的粘合和镶嵌构成的一种支座形式。同其他板式橡胶支座一样, 圆形橡胶支座在其性能上和功用上具有长久性和稳定性的特点。同时, 此种橡胶制作也具有弹性极好的特点。除此之外, 因为造型和设计结构的不同, 尽管形状一样, 但是由于内部结构的不同, 形状系数S则不尽相同, S不同则抗压弹性模量E不同, 弹性模量是表征橡胶支座质量的重要数据:
支座抗压弹性模量E和支座形状系数S应按下列公式计算:
圆形橡胶制作还具有其自身独特的优势, 由于其构造相对简单, 因此其用材较少, 与其他板式橡胶支座相比, 具有明显的价格优势, 而且此后的保养也十分简单容易。但是, 其在减少地震损害的方面却丝毫不逊色, 因此, 其广泛的应用于各种建筑中。
1.2.2 球冠圆板式支座
圆形板式橡胶支座在漫长的发展中, 人们根据实际情况对其进行了相应的改革和创新, 发明了新式的球冠圆板式支座。这种板式橡胶支座与传统的圆形板式橡胶支座相比更具优势, 由于其在圆形板式橡胶支座的底部增添了直径为2.5mm的半圆形圆环, 同时又以彩纯橡胶作为橡胶支座的表面, 更加加强了其稳定性和长久性, 现在正在各种立交桥等大型桥梁建筑广泛使用。
1.2.3 四氟乙烯板式橡胶支座
四氟乙烯板式橡胶支座也是近几年来逐渐开始兴盛的一种新型的板式橡胶支座类型, 它的突出特点就是在原有的板式橡胶的支座上增加了一层四氟乙烯板, 其厚度大致在1.5mm~3mm之间, 在计算形状系数S时要将四氟板厚加进去, 这个就是与普通板式橡胶支座弹性模量上的最大不同。在这层四氟乙烯板的保护下, 桥梁和支座之间的摩擦系数会大大降低, 原有的板式橡胶支座可以大大增强桥梁的上部构造稳定性, 保证其在正常运转中不会受到其他外部因素的影响, 导致其发生一定的安全事故, 见图2。
2 板式橡胶支座在使用中的常见问题及其防治措施
2.1 板式橡胶支座在使用中的常见问题
板式橡胶支座主要是由橡胶做成的, 橡胶是一种非常容易受到外部因素影响的原材料, 容易对支座整体的稳定性发生改变, 本文试图将板式橡胶支座在使用中的常见问题总结如下:
首先, 由于橡胶是一种植物原材料, 极易受到温度等外部环境的影响。橡胶原材料的性能会随着温度不断升高而不断降低, 直至温度升高到可以使橡胶硫化的程度的时候, 板式橡胶支座中的橡胶原材料就会随着硫化程度的不断升高而变的非常僵硬, 这也就是业内人士经常说的“热老化”现象, 这对于板式橡胶支座的性能会产生十分不利的影响, 甚至会造成其所在建筑物发生一定的安全问题。
其次, 对板式橡胶支座产生影响的因素除了温度之外, 还有大气层中的臭氧和疲劳应力等。大气层中的臭氧在一定程度上会对板式橡胶支座造成一定的侵蚀作用, 使其内部的化学键发生断裂, 则弹性模量E变大, 最终导致板式橡胶支座由于外部裂变而缩短其使用寿命。在板式橡胶支座的生产中, 难免会因为制作人员和质量检测人员的疏忽, 造成不合格的产品流放到市场中去, 如果施工人员在建筑过程中也没有进行质量检查, 将不合格的板式橡胶支座投入使用, 将会导致建筑的严重质量问题, 危害到人们的生命财产安全。
最后板式橡胶支座在使用过程中容易发生变形现象。对于板式橡胶支座来说, 在使用中最常见的问题就是其会随着使用时间和使用方式的不当发生变形现象。尤其是其在桥梁建筑中, 这种情况发生的非常普遍, 最显著的就是支座变形过大现象和支架脱空现象。
2.2 板式橡胶支座在使用中的损伤防制措施
针对上述板式橡胶支座在使用中发生的相关问题, 本文经过实践参与和资料分析, 总结出以下几点防治措施:
(1) 由于板式橡胶支座的材料特性对温度的要求极高, 这就使得在进行建筑的时候, 要首先考虑到当年的温度情况。如果建筑当年的温差较大, 就应该将板式橡胶支座安装在偏离预定位置的区域。这样安装板式橡胶支座的话, 即使在气候十分炎热的夏季和气候极其寒冷的冬季也不会发生由于橡胶受到温度影响而发生的相关变形状况, 较好的保证了建筑的安全。
(2) 针对于板式橡胶支座在使用中发生的变形现象, 施工人员可以考虑在对其进行安装的时候, 仔细分析找出可能发生变形的原因, 进行安装前期的千斤顶工作, 使梁体被平稳的顶起。如果在板式橡胶支座安装中发生了变形现象, 则可以通过将梁体顶起和吊起或者是调整相应的垫石、梁靴和支座等工作来进行补救, 从而保证施工的顺利完成。
3 结束语
在对板式橡胶支座进行使用的过程中, 应该首先保证其质量的可靠性;同时, 在进行板式橡胶支座的建筑安装的时候, 也应该注意其外部环境和内部环境对其产生的影响, 并对相关因素进行合理的分析和控制, 保质保量的完成其安装工作, 以便于其在日后的工作中正常的发挥作用, 将地震等自然灾害对建筑的损害减小到最低, 保障人们的生命财产安全, 真正的造福人类。
摘要：随着经济的发展和科学技术的进步, 我国的建筑行业也开始飞速发展, 尤其是铁路行业, 在近几年迅速崛起, 动车和高铁的列车投入使用, 使我国的铁路交通迅速与国际接轨, 方便人们的日常出行的同时也为我国的经济发展提供了相应的交通运输支持。板式橡胶支座在铁路建筑中应用十分广泛, 但是由于其材料的特殊性, 在其使用过程中会经常受到损伤。本文主要针对板式橡胶支座使用中的常见损伤进行分析探讨, 并对其提出防制建议, 仅供大家参考。
关键词：板式橡胶支座,常见磨损,防治措施
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