公路橋梁板式橡膠支座設計及計算

潘文濤

摘要：在公路橋梁項目中，支座的設計是否合理，直接關系到公路橋梁的質量和性能，近些年來橋梁板式橡膠支座的應用日益廣泛，對此本文探討公路橋梁板式橡膠支座設計及計算方法。

關鍵詞：公路橋梁；板式橡膠支座；設計；計算

中圖分類號：U443.361文獻標識碼：A 文章編號：1674―3024（2016）07―140―02

前言

公路橋梁板式橡膠支座公路橋梁中應用的較為廣泛，尤其是在一些中小跨徑的公路橋梁項目中，此類支座的應用十分普遍，基于上述形勢，如何做好橋梁板式橡膠支座的設計和計算工作，成為了備受關注的熱點問題，為了促進公路橋梁的質量和性能，保障橋梁的使用壽命，有必要深入研究公路橋梁板式橡膠支座設計及計算方法。

1 工程實例

某公路橋梁項目，橋長19.8m，采用預應力混凝土五片式T形梁，梁兩端設厚度相等的板式橡膠支座，計算跨徑L為19.5m，已知支座設計和計算的相關參數如表1所示。

下面本文以該項目為例，分析公路橋梁板式橡膠支座設計及計算方法。

2 公路橋梁板式橡膠支座的設計理念

首先，在公路橋梁板式橡膠支座的設計過程中，一定要做好各項驗算工作，包括剪切變形驗算、強度驗算等等。其次，設計人員一定要對局部總應變進行嚴格校核，防止板式橡膠支座在投入使用之后由于局部應變過大而導致斷裂問題。再次，整個設計過程一定要嚴格遵守相關規定，依據相關規范，本次公路橋梁工程中板式橡膠支座設計工作堅持以下幾點思路：

（1）設計方案中所用的橡膠材料一定要嚴格篩選，橡膠材料的扯斷伸長率等參數必須要符合標準。

（2）合理控制局部總應變設計上限值，保證一定的強度儲備。

（3）在設計初期，應認真計算橡膠支座無剪切壓縮條件下的應力，同時對其他工作狀態下的應力進行計算，并繪制應力-應變曲線圖。

（4）確保橡膠支座的局部總應變小于設計上限值

3 公路橋梁板式橡膠支座的受力分析

在公路橋梁板式橡膠支座的實際使用過程中，所承受的豎向力主要包括活載支點反力以及結構自身重力的反作用力等等，本次項目中設計人員在計算活載支點反力時，盡可能選擇最不利的位置進行加載和計算，并且計入沖擊效應。

板式橡膠支座受到的水平方向的力包括橫向水平力和縱向水平力，上部混凝土結構收縮和溫度變化引起的支座變形、汽車牽引力、風力等因素，都會產生水平力，本項目設計人員在公路橋梁板式橡膠支座的設計和計算過程中，認真分析支座所承受的各種豎向力和水平力，力爭為后續的設計和計算工作提供有力依據。

4 公路橋梁板式橡膠支座的設計計算

4.1 確定支座的平面尺寸

在確定板式橡膠支座的平面尺寸時，設計人員應該充分考慮到墩臺頂以及梁部混凝土的局部承壓強度、橡膠板自身抗壓強度等各方面因素，一般情況下，公路橋梁板式橡膠支座應該符合表2的要求。

式中a和b分別為支座短邊尺寸（順橋向）、支座長邊尺寸（橫橋向）；δ為中間層橡膠片厚度。經過計算該項目中支座平面尺寸為18×20=360cm2。

4.2 確定支座的形狀

通常情況下，公路橋梁板式橡膠支座應該具備2層以上的加勁鋼板，并且所有鋼板都應該包在橡膠彈性材料之內，在滿足上述要求的基礎上，設計人員在板式橡膠支座的設計過程中，可以根據工程項目的實際情況來確定支座的形狀，可以圓形支座、矩形板式支座等等。

4.3 確定支座厚度

在公路橋梁板式橡膠支座的使用過程中，主要是通過全部橡膠片的剪切變形來實現梁的水平位移，橡膠片厚度t和梁體水平位移Δ之間具備以下關系：

式中[tanγ]為橡膠片容許剪切角正切值，依據相關規范標準，若計入汽車荷載制動力，那么[tanγ]可以取0.7，若不計入汽車荷載制動力，則[tanγ]可取0.5。

由此可以得出下式：

上部結構在恒載作用下，受到溫度變化等因素的影響，會產生作用于支座上的水平位移，即為△g；汽車荷載制動力也會引起作用于支座上的水平位移，即為△p，△p可以通過下式進行計算：

式中H為作用支座上的汽車荷載制動力。

為了確保板式橡膠支座的穩定性，相關規范標注中明確指出，支座厚度不能超過支座順橋向邊長的0.2倍。

結合上述內容，在公路橋梁板式橡膠支座的設計和計算過程中，設計人員首先需要明確橡膠片總厚度，之后要確定金屬加勁薄板的總厚度，這樣就能夠確定支座的總厚度。經過計算，本次項目中支座總厚度為2.8cm。

4.4 驗算支座的偏轉狀況

當主梁在荷載作用下出現撓曲變形現象時，梁端會產生轉角θ，與此同時支座也會產生線性壓縮變形，為了避免發生局部承壓問題，就要防止支座偏轉時橡膠與梁底發生脫空，因此支座偏轉狀況應該滿足下式：

式中δc為支座平均壓縮變形；R為支座壓力標準；Ee和Eb分別是支座抗壓彈性模量、橡膠彈性體體積模量，Eb一般取2000MPa。

在滿足上述條件的同時，支座偏轉狀況還應該符合相關規范標準，依據相關規定，橡膠支座的豎向平均壓縮變形不能夠超出0.07∑t。

4.5 驗算支座的抗滑穩定性

在公路橋梁板式橡膠支座的設計和計算中，設計人員要確保橡膠支座與梁底墩臺頂面之間不會產生相對滑動，為了滿足這一需求，因此當不計入汽車制動力時支座的抗滑穩定性要符合下式要求：

而在計入汽車制動力時支座的抗滑穩定性要符合下式要求：

式中μ為摩擦系數，橡膠和鋼板之間的摩擦系數一般取0.3，而橡膠與砼之間的摩擦系數一般為0.3；RG是結構自重引起的支座反力標準值；A是支座平面毛面積；RC是結構自重標準值和0.5倍汽車荷載標準值引起的支座反力；F是汽車荷載引起的制動力標準值。

5總結

橋梁支座對整座橋梁的性能和質量具有重要影響，只有做好支座設計和計算工作，才能保證結構受力合理，保障公路橋梁的使用壽命，如今大型運輸工具的應用越來越廣泛，對公路橋梁的性能提出了更高的要求，同時也給公路橋梁項目的設計和施工帶來了更加嚴峻的挑戰。本文分析了板式橡膠支座的應用日益廣泛，對此本文旨在為相關工作者開辟思路。

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