公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計(jì)

張 弢

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

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公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計(jì)

張 弢

(貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司)

將簡(jiǎn)單介紹公路橋梁板式橡膠支座，闡述其設(shè)計(jì)理念及受力分析，然后詳細(xì)介紹公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計(jì)過(guò)程，最后還要說(shuō)明采用板式橡膠支座應(yīng)注意的問(wèn)題。

公路橋梁；板式橡膠支座；設(shè)計(jì)

1 公路橋梁板式橡膠支座介紹

公路橋梁板式橡膠支座一般都能夠在梁端作用力作用下，通過(guò)球形表面橡膠層來(lái)調(diào)整受力點(diǎn)，然后逐漸將力擴(kuò)散到圓板式橡膠支座的鋼板和橡膠層上，保證支座受力均勻。傳統(tǒng)的公路橋梁制作為鋼制作，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、使用年限較短，板式橡膠支座在結(jié)構(gòu)復(fù)雜度、安裝復(fù)雜度方面都有明顯優(yōu)勢(shì)，而且使用年限增長(zhǎng)，而且能夠適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)發(fā)生不同變形的橋梁，如寬橋、斜橋等等。

公路橋梁板式橡膠支座具有傳遞荷載的作用，能夠?qū)蚩缃Y(jié)構(gòu)的荷載傳遞至橋梁墩臺(tái)，并且在荷載的傳遞過(guò)程中，保證橋跨結(jié)構(gòu)的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，使其受力情況與設(shè)計(jì)要求保持一致。為了達(dá)到以上作用要求，板式橡膠支座設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須保證其垂直方向剛度，確保支座在最大豎向荷載作用下能夠有效抵御變形。除此以外，支座在水平方向還應(yīng)該保持一定柔性，適應(yīng)梁體由于溫度、混凝土收縮等諸多因素而產(chǎn)生的位移。最后，公路橋梁板式橡膠支座還應(yīng)該能夠適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)。公路橋梁板式橡膠支座的受力分析，首先應(yīng)該分析各個(gè)支座的豎向力和水瓶里，然后綜合考慮外力因素，確定支座的尺寸，然后進(jìn)行支座的強(qiáng)度運(yùn)算和穩(wěn)定性運(yùn)算。

2 公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計(jì)理念

在對(duì)公路橋梁板式橡膠支座進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)該對(duì)其強(qiáng)度和剪切變形做詳細(xì)驗(yàn)算，另外，還要認(rèn)真校核其局部總應(yīng)變，防止其在后期使用過(guò)程中因?yàn)榫植繎?yīng)變過(guò)大而發(fā)生斷裂，以此確保公路橋梁板式橡膠支座的使用性能。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，應(yīng)該參考國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO22762-2；2005中的規(guī)定，對(duì)橡膠支座進(jìn)行局部總應(yīng)變進(jìn)行設(shè)計(jì)控制，具體思路如下所示：

(1)仔細(xì)選擇施工中所用的橡膠材料，保證其扯斷伸長(zhǎng)率符合要求。(2)在設(shè)計(jì)過(guò)程中，保證一定強(qiáng)度儲(chǔ)備的局部總應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)上限值。(3)在設(shè)計(jì)前，要對(duì)橡膠支座無(wú)無(wú)剪切壓縮條件下的應(yīng)力做詳細(xì)計(jì)算，并且繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。(4)對(duì)于橡膠支座的其他工作狀態(tài)，也應(yīng)該做詳細(xì)估算研究，繪制應(yīng)力-應(yīng)變曲線圖。(5)公路橋梁設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)過(guò)程中，要根據(jù)橋梁設(shè)計(jì)的橡膠支座的具體變形條件，選擇其所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力水平，保證橡膠支座局部總應(yīng)變小于局部總應(yīng)變?cè)O(shè)計(jì)上限值。根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計(jì)工作能夠保證橋梁后期的使用功能，生產(chǎn)廠家也可以根據(jù)支座設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行驗(yàn)算，防止盲目生產(chǎn)，而施工單位也可以據(jù)此不斷優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，保證制作的使用安全。

3 板式橡膠支座的受力分析

公路橋梁板式橡膠支座所承受的豎向力包括結(jié)構(gòu)自身重力的反作用力、活載支點(diǎn)反力等。對(duì)于活載支點(diǎn)反力的計(jì)算，需要在最不利位置加載，而且還要計(jì)入沖擊效應(yīng)。支座所受水平方向的力有縱向水平力以及橫向水平力。其中，縱向水平力包括上部結(jié)構(gòu)混凝土收縮、溫度變化導(dǎo)致的支座變形這兩種因素所產(chǎn)生的水平力；風(fēng)力、汽車牽引力，以及各類因素所產(chǎn)生的水平力。

4 板式橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算

4.1 確定支座的平面尺寸

公路橋梁板式橡膠支座平面尺寸的確定，需要綜合考慮橡膠板本身的抗壓強(qiáng)度、梁部或墩臺(tái)頂混凝土的局部承壓強(qiáng)度等影響因素。一般情況下，橡膠支座的平面尺寸主要由橡膠支座的強(qiáng)度來(lái)控制，但是，還應(yīng)該滿足表1所示要求。

表1 橡膠支座的力學(xué)性能要求

4.2 確定支座的厚度

公路板式橡膠支座中，梁的水平位移主要通過(guò)所有橡膠片的剪切變形來(lái)實(shí)現(xiàn)。橡膠片的總厚度t與梁體水平位移Δ之間應(yīng)滿足下列關(guān)系：

式中：tanγ指的是橡膠片的容許剪切角正切值，根據(jù)橋規(guī)規(guī)定：如果汽車荷載制動(dòng)力忽略不計(jì)時(shí)，則tanγ采用0.5，而如果需要考慮汽車荷載制動(dòng)力，則選用0.7。

t≥1.43(Δg+Δp)

式中：Δg指的是支座上的水平位移，主要在上部結(jié)構(gòu)在恒載作用下，由溫度等因素引起；Δp指的是作用于支座上的水平位移，主要由汽車荷載制動(dòng)力引起，其計(jì)算公式為

式中：H指的是作用于一個(gè)支座上的汽車荷載制動(dòng)力。

除此以外，支座厚度的確定還應(yīng)該考慮橡膠支座的穩(wěn)定性。《公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定t應(yīng)該小雨支座順橋向邊長(zhǎng)的0.2倍。確定小膠片總厚度以及金屬加勁薄板的總厚度后，即可計(jì)算支座的總厚度。

4.3 驗(yàn)算支座的偏轉(zhuǎn)情況

公路橋梁主梁受到荷載作用而發(fā)生變形后，梁端會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角。同時(shí)，支座壓縮，產(chǎn)生線性變形。為了確保支座偏轉(zhuǎn)時(shí)，橡膠與橋梁底部不會(huì)出現(xiàn)局部承壓，則必須滿足以下條件

式中：Eb為橡膠彈性體體積模量；δc指的是支座平均壓縮變形；Ee為支座抗壓彈性模量；Eb=2 000MPa；R為支座壓力標(biāo)準(zhǔn)值，汽車荷載應(yīng)計(jì)入沖擊系數(shù)。另外，根據(jù)《橋規(guī)》規(guī)定，橡膠支座的豎向平均壓縮變形范圍應(yīng)該在0.07∑t以內(nèi)。

4.4 驗(yàn)算支座的抗滑穩(wěn)定性

為了保證支座的抗滑穩(wěn)定性，確保橡膠支座與梁底之間不產(chǎn)生華東，則應(yīng)該滿足以下條件：如果不計(jì)入汽車制動(dòng)力，則

如果計(jì)入汽車制動(dòng)力，則

式中：RG指的是由于橋梁結(jié)構(gòu)自重而產(chǎn)生的反力標(biāo)準(zhǔn)值；RC指的是由于橋梁結(jié)構(gòu)的自重標(biāo)準(zhǔn)值以及0.5倍汽車荷載標(biāo)準(zhǔn)值所產(chǎn)生的支座反力；μ為摩擦系數(shù)，根據(jù)規(guī)定，橡膠與混凝土之間的摩擦系數(shù)為0.3；F指的是汽車荷載引起的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值；A指的是支座平面毛面積。

5 采用板式橡膠支座應(yīng)注意下列問(wèn)題

(1)支座抗滑最小承載力主要用于不計(jì)汽車制動(dòng)力時(shí)的情況。如果在計(jì)算最小抗滑承載力時(shí)，當(dāng)?shù)販囟鹊陀?30℃，則還應(yīng)該考慮抗剪彈性模量增大值。

(2)公路橋梁板式橡膠支座安裝，對(duì)氣候有一定的要求。應(yīng)該盡量在年平均溫度下進(jìn)行安裝，且必須按照設(shè)計(jì)圖紙表明的位置進(jìn)行安裝，保證結(jié)構(gòu)之間緊密接觸，沒(méi)有控制。另外，支座安裝還應(yīng)該盡量保證水平狀態(tài)，如果必須傾斜安裝，則應(yīng)該將最大縱坡控制在2%以內(nèi)，而且，還要充分考慮剪切變形產(chǎn)生的影響。

6 結(jié) 語(yǔ)

雖然我國(guó)已經(jīng)對(duì)公路橋梁中板式橡膠支座設(shè)計(jì)做出了明確規(guī)定，但是對(duì)于局部結(jié)構(gòu)總應(yīng)力，并沒(méi)有明確規(guī)定，導(dǎo)致在后期使用中，支座橡膠經(jīng)常出現(xiàn)開(kāi)裂等質(zhì)量問(wèn)題。因此，在設(shè)計(jì)與施工過(guò)程中，有關(guān)部門和設(shè)計(jì)人員應(yīng)該充分考慮到這一問(wèn)題，做好承載力及厚度計(jì)算，保障公路橋梁板式橡膠支座設(shè)計(jì)質(zhì)量。

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2015-02-09

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