既有鐵路橋梁支座病害調查及原因分析

張 勇，侯廣偉，莊軍生

(1.中國鐵道科學研究院 鐵道建筑研究所，北京 100081;2.西安鐵路局，陜西 西安 710054)

2008年汶川地震后，隴海線、寶成線及陽安線部分橋梁支座存在不同程度的病害，其中隴海線下行關莊渭河大橋支座病害較嚴重，地震致使隴海線下行方向出現停運情況，后經緊急搶修才恢復了線路運行。病害較輕的支座則仍投入正常運營中，運營一段時間后部分支座病害才陸續進行了處理。為了查清地震對橋梁支座的損壞情況，對上述三條線路的部分典型支座病害進行了調查。調查結果表明，部分支座出現了地震或活載引起的病害，部分支座存在維修養護不及時引起的病害。

1 既有線橋梁支座概況

三條既有線橋梁支座均采用鑄鋼支座。鑄鋼支座的特點是承載能力強，能適應橋梁的位移和轉動的需要。20世紀80年代以前，鑄鋼支座普遍應用于我國鐵路橋梁上，近年來逐漸被板式橡膠支座、盆式橡膠支座、柱面和球面支座所代替。本次檢查涉及到的支座類型共有4種:平板支座、弧形支座、搖軸支座和鉸軸支座。

1.1 平板支座

平板支座是橋梁支座最早，也是最簡單的一種支座形式。它由平面鋼板組成，其位移量是有限的，而且梁的支承端也不能完全自由轉動，所以平板支座一般用于小跨度橋梁，在鐵路橋上可用到8 m跨度，在公路橋上常用到12～15 m跨度。目前平板支座已被板式橡膠支座所取代。

1.2 弧形支座

弧形支座有上、下支座板和銷釘組成。下支座板的頂面是一個曲率很大的弧面，上支座板底面是一個平面，上、下支座板之間在銷釘孔處設有銷釘。固定支座的上、下支座板之間的銷釘孔為圓孔，由銷釘承受水平力，約束支座的各向位移;活動支座的銷釘孔為長圓孔，以使支座沿順橋向可做少量的滑移。

弧形支座一般分為大弧形和小弧形兩種，每孔梁需設置4套大弧形支座(活動支座和固定支座各2套)或8套小弧形支座(活動支座和固定支座各4套，用于П型梁)，前者每個支座采用8個錨栓與梁體及墊石連接，后者每個支座采用4個錨栓與梁體及墊石連接，弧形支座運輸時一般采用φ8 mm鋼筋將上下支座板臨時焊接?；⌒沃ё话阌糜?6 m以下的鐵路橋上，目前大部分橋梁的弧形支座已被板式橡膠支座、盆式橡膠支座或柱面支座所代替?；⌒沃ё鶚嬙烊鐖D1所示。

1.3 搖軸支座

搖軸支座有固定支座和活動支座之分?；顒又ё傻装?、下擺(搖軸)和直接與梁底相連的上擺組成，下擺的頂面和底面均做成圓曲面形，能自由轉動，并由下擺轉動后頂、底面的位移差，來適應梁體位移的需要。固定支座由上、下擺組成，下擺頂面為一個大曲率半徑的柱面，以滿足支座的轉動要求，下擺的底面為平面，直接與墩臺固接，支座只能轉動，不能位移。鐵路橋梁跨度在20～32 m之間時，一般均采用鑄鋼搖軸支座。搖軸支座構造如圖2所示。

1.4 鉸軸支座

鉸接搖軸支座(鉸軸支座)是搖軸支座的一種改進形式，其優點在于支座轉動發生在鉸軸處，支座轉動靈活。但當相鄰兩個鉸軸支座的安裝軸線不重合時，也會影響支座的正常轉動?；顒又ё奈灰迫砸揽肯聰[的轉動來實現。鐵路橋梁跨度在20～32 m之間時，一般可采用鑄鋼鉸軸支座。鉸軸支座構造如圖3所示。

2 支座病害

本次調查共檢查了8個平板支座、240個弧形支座、40個搖軸支座及138個鉸軸支座，根據檢查結果，上述四種類型支座的主要病害如下:

圖1 弧形支座構造示意

圖2 搖軸支座構造示意

圖3 鉸軸支座構造示意

1)平板支座病害有:①支座安裝施工質量較差，錨栓螺母未擰緊，支座存在橫向位移;②支座銹蝕嚴重。

2)弧形支座病害有:①活動支座往跨中方向或相鄰跨跨中方向縱向錯位，最大錯位量3 cm;部分支座存在少量橫向錯位;②梁底預埋鋼板與支座上座板脫開;③支座輕微銹蝕;④部分支座上、下座板錨固螺栓斷裂。

3)搖軸支座病害有:①支座錨固螺栓缺失螺母;②支座上下擺連接板螺栓松動;③支座防護罩螺栓缺失;④支座輕微銹蝕。

4)鉸軸支座病害有:①鉸軸防護封條脫落，鉸軸外露;②支座防護罩銹蝕脫落，部分支座出現銹蝕，跨越旱地橋梁支座輕微銹蝕，跨越水庫橋梁支座銹蝕嚴重;③支座上凸字形擋板安裝反向、外偏、突出、脫落，螺栓缺失或斷裂，下半圓形擋板外凸、脫落，螺栓松動或斷裂脫落;④支座上下擺連接板缺失螺栓;⑤支座錨固螺栓缺失螺母，錨栓松動;⑥活動支座朝跨中方向轉動后無法復位。

3 病害原因分析

從以上分析可以看出，施工質量缺陷、地震、溫度和活載作用是病害產生的原因。部分典型病害產生原因分析如下:

1)平板支座在檢查的結構物中僅一座橋梁使用，其病害主要是施工缺陷引起，同時后期養護不及時加速了病害的發展。

2)弧形支座在使用過程中經常發生轉動不靈活、錨栓剪斷及上下座板之間縱向錯位超限的現象(銷子可能已經剪斷)。轉動不靈活主要是由于弧形接觸面線接觸應力過大被壓平，造成支座轉動困難;支座錨栓與梁底鋼板大多采用焊接連接，焊接缺陷及焊接殘余應力使得錨栓疲勞強度降低，容易引起錨栓疲勞斷裂的病害;上下座板之間縱向錯位主要是梁體在荷載作用下出現伸長或縮短，是由于支座弧形接觸面被壓平，梁體縱向變形無法復位所致。

3)搖軸支座在使用過程中經常發生活動支座無法復位的現象，主要原因是由于下擺與支座底板的線形接觸面接觸應力過大被壓平，下擺與底板之間由原來的線接觸轉變為弧面接觸所致。此外，該類支座還經常發生活動支座下擺與底板之間的銷子被剪斷、上擺與搖軸之間的擺卡被剪斷、錨固螺栓被拔掉及墊石崩裂等病害，這主要是由于支座承受了超過設計水平的橫向力或縱向力所引起。

4)鉸軸支座在使用過程中經常發生的病害與搖軸支座類似，主要有活動支座無法復位、活動支座下擺與底板之間的銷子被剪斷、錨固螺栓被拔掉及墊石崩裂等病害。此外，該類支座在橫向力作用下其上擺左右兩側凸字形限位板及下擺左右兩側半圓形限位板容易出現病害，如限位板外凸變形及限位板螺栓剪斷后限位板脫落缺失等。與搖軸支座相比，此類支座在橫向力作用下更容易出現病害，這主要是由于兩種支座橫向限位構造不同所致，鉸軸支座主要靠限位板上的螺栓抵抗橫向力，而搖軸支座主要靠上擺和下擺之間嵌套的擺卡抵抗橫向力，后者比前者更能抵抗橫向水平力。

4 結語

1)從4種支座的病害情況來看，搖軸支座在使用過程中出現的病害相對較少，弧形支座及鉸軸支座出現的病害相對較多，弧形支座縱向錯位及上下座板錨固螺栓斷裂的病害較為普遍，后續使用時應對錨栓連接構造進行調整，避免支座錨栓與梁底鋼板采用焊接的連接方式;

2)鉸軸支座左右兩側限位板在橫向力作用下出現變形和限位板螺栓剪斷后脫落的病害應引起重視，尤其是在高烈度地區使用這種支座時應加強限位板的抗震能力;

3)對于弧形支座、搖軸支座和鉸軸支座線接觸部位被壓平導致活動支座發生位移后無法復位的情況，可通過增大線接觸部位兩側材料的表面硬度來提高容許接觸應力，避免此類病害的再次發生;

4)各種支座在使用過程中均存在維修養護不及時引起的病害，為保證支座的耐久性，使用過程中應加強定期檢查和養護工作。

［1］莊軍生．橋梁支座［M］．北京:中國鐵道出版社，2008.

［2］中華人民共和國鐵道部．鐵運［2010］38號 鐵路橋隧建筑物修理規則—支座［S］．北京:中國鐵道出版社，2010.

［3］鐵道部專業設計院．跨度10～20 m，專橋8140 九度地震區鋼筋混凝土梁及預應力混凝土梁支座［S］．北京:鐵道部專業設計院，1986．

［4］鐵道部專業設計院．跨度10～32 m，專橋8144 鋼筋混凝土梁及預應力混凝土梁鑄鋼支座［S］．北京:鐵道部專業設計院，1988.