橋梁設計中支座的選擇及應用

胡玲

【摘 要】橋梁支座，將橋面板的各種荷載作用傳遞到橋墩上，在橋梁結構中發揮著重要作用。本文首先介紹了幾種不同類型的橋梁支座，闡述了它們適用的橋梁工程類型，接著分析了橋梁支座應用過程中的問題及支座應用的發展，最后討論了橋梁設計中支座的設計方法，以供有關部門參考。

【關鍵詞】橋梁；設計；支座；應用

1 橋梁設計中支座的選擇

在進行橋梁設計時，橋梁支座的設計占據著十分重要的地位。在整個橋梁結構中，支座是連接橋梁上下結構的重要紐帶。它的主要功能是分散上部結構的荷載力到橋梁墩臺上，另外，在上部結構受到外力影響時，起到保護梁端、墩臺帽的作用。以下對橋梁設計中支座的種類進行了總結，并討論了不同支座的優點及適用范圍，可供施工單位選擇橋梁支座提供借鑒。

1.1 板式橡膠支座

這是一種新型的橋梁支座，板式橡膠支座有成本低、安裝方便等優點，是由束層包薄膠片以及薄鋼板粘合、壓制形成的。在橋梁結構的設計中，選用這種支座，能夠將橋梁上部結構的反力傳遞到墩臺中，減緩橋梁上部結構的壓力。此外，這種支座還具備彈性較好的優點，這有利于梁端的自由轉動，減緩橋面壓力。較好的剪切變形也是板式橡膠支座的一個優點，它能夠適應上部結構的水平位移。在大多數情況下，板式橡膠支座被應用在中小跨徑的橋梁中。板式橡膠支座有圓形、矩形兩種，在圓形橋墩的橋梁結構設計中主要選擇的前者。在具體的設計過程中，板式橡膠支座的高度等參數，要根據實際中的情況來確定。在對這種支座進行安裝時，采用的是水平安裝的方式。在規定的要求下，進行傾斜安裝，應把最大縱坡斜度控制在2%以內，不能超出2%。

1.2 鋼支座

在早期的橋梁建設中，鋼支座的使用相對廣泛。它的種類也相對較多，有輥軸支座、弧型支座、搖軸支座和鉸軸支座四種。其中，搖軸支座和弧形支座適用于中小跨度的的鋼梁；輥軸支座由于自身的承載力較強，被應用在混凝土梁、大跨度鋼梁中。使用這種支座時，要注意鑄件的銹蝕問題。一旦鑄件受到損害，支座容易凍死，失去應有的功能。為此，在部分橋梁設計的過程中，施工單位一般會選擇在活動支座中以聚四氟乙烯滑板代替輥軸，在固定支座、活動支座和下擺的連接之間使用鉸軸連接，所以這種支座又被稱為鉸軸滑板鋼支座。

1.3 盆式橡膠支座

此種橋梁支座主要是由橡膠和鋼構件兩部分組合而成，是橋梁支座發展的新型支座。這種支座的轉動性強，能夠承受的水平位移量較好。因此，即使是在支座承載力為1000kN以上的大跨徑橋梁中，也能發揮出良好的效果。加上盆式橡膠支座相對靈活，所以林區、礦區以及城市軌道交通的橋梁中都可以應用這種支座。單向支座、多向支座和固定支座分別是盆使橡膠支座的三個不同種類。

1.4 球型支座

球型支座的產生是在盆式橡膠支座的基礎上發展的。現階段，隨著橋梁技術的不斷進步，橋梁結構的種類也發生了變化，比如寬橋和彎橋。這種橋梁支座的設計轉角偏大，達到了0.01-0.02rad，在必要條件下，可以調節至0.05rad，已經被部分橋梁工程所選用，并且取得了良好的效果。

2 橋梁設計中支座的應用

2.1 橋梁支座應用過程中的問題

作為橋跨結構的支承部分，支座的功能是將上部結構的反力傳遞給墩臺，并且完成橋梁結構產生的變形、水平位移、轉角等工作。在整個橋梁結構中，支座的作用必不可少。但是一些支座在應用過程中，也難免產生一些問題，進而引起橋梁結構受到破壞。以下分析了幾種設計中常用的支座在應用過程中出現的問題，并且簡單闡述了出現這些問題的原因，以便工作人員對橋梁支座在實際過程中的應用，有一個更加清醒的認識，進而改進設計工作。

（1）轉動不靈活、錨栓剪斷、上下座板之間縱向錯位超限

這些情況主要體現在弧形支座的應用過程中。導致支座出現轉動不靈活的情況由多方面的。最主要的是弧形接觸面線接觸應力過大被壓平，進而妨礙了支座的運作；由于梁底鋼板和支座錨栓之間是焊接的，焊接缺陷容易導致錨栓疲勞強度，促使錨栓疲勞斷裂，最后影響到橋梁結構；一旦支座弧形接觸面被壓平，梁體縱向將會發生變形，并且無法復位，最終導致梁體受荷載力作用出現伸長或縮短，上下座板之間縱向錯位超限。

（2）支座無法復位

在橋梁的設計過程中，支座無法復位現象一般發生在搖軸支座中。仔細追究支座無法復位的原因，可以發現這是因為下擺和支座底板之間的線形接觸應力超出承受范圍引起的。由于線形接觸應力過大，導致接觸面被壓平，原本的線接觸變成了弧面接觸。因此，在搖軸支座的實際應用過程中，必須根據實際情況來設計，以規避病害。

（3）錨固螺栓被拔掉、墊石崩裂

這種病害一般出現在鉸軸支座的使用過程中，它的情況和前面提到的搖軸支座有點相似。受橫向作用力的影響，鉸軸支座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最容易受到破壞。因為這種支座的橫向限位與搖軸支座有所差距，因而更加容易受到破壞。

（4）橡膠老化、變質

顯而易見，這種情況主要體現在板式橡膠支座中。一旦這種支座的橡膠老化或者是變質，梁體將不能自由伸縮，逐漸導致梁端的混凝土破裂，破壞橋梁的結構。

2.2 橋梁支座應用的發展

（1）復合球型支座

這種橋梁支座主要是由耐壓材料和鋼制成的，它的外觀結構和當下的球型支座十分接近。根據功能的不同，分為以下四種：多向活動支座、固定支座、縱向活動支座、橫向活動支座。這種支座的優點突出表現在以下幾個方面：第一，在支座的上下擺內分別填充了耐壓材料，并且填充的耐壓材料重量較輕，性能良好；第二，在上下擺的球殼內，耐壓材料處于三向應力狀態，這使得橋梁的承載能力得以增強；第三，支座結構的設計相對簡單，加工起來比較容易；第四，支座的耐久性強。

從構造和用料兩個方面，復合球型支座改進了以前的鑄造工藝。同時，在改善球型支座的工藝同時，使得支座的造價得以降低，這是橋梁支座應用過程中的一大進步。

（2）雙曲面球型支座

近年來，我國科研人員研究出一張新型橋梁支座，用于城市立交橋、城市軌道橋梁等區域，這就是雙曲面球型支座。其具備以下優勢：上下球面采用不同半徑，減震效果好，同時支座摩擦部位選擇聚四氟乙烯填充，承載力強。現已經被部分橋梁工程所應用。

（3）新型減震支座

這種支座主要由油壓減震器和橡膠減震器兩部分組成，主要作用就是通過液體介質的粘滯性，或者橡膠的彈性所產生的阻尼力來實現減震的目標。

2.3 橋梁支座的設計方法

（1）確定支座的尺寸

在這個過程中，需要計算出支座的高度以及支座平面面積。其中，支座平面面積可以通過以下方式進行計算：

σ=Nmax/A≤[σ]

其中，Nmax為最大的支點反力；A為橡膠支座的平面面積；[σ]為支座的平均許用應力。

（2）驗算支座偏轉與壓縮變形

受行車荷載力的作用，橋跨結構在支座處會產生轉角。而支座為完成這個轉角，必須借助不均勻壓縮實現，在這個過中，要防止橋跨結構和支座之間出現“脫空”現象。支座的平均壓縮量增大，轉動能力也會跟著加強。所以，在轉角確定的前提下，必須保證支座的最小平均壓縮量，這里用Δs表示。

（3）驗算支座抗滑

為發揮出支座的功能，在橋梁設計階段就應該控制好支座的位置。必須保證水平力作用力下，支座與橋跨結構的接觸面、支座與墩臺的接觸面不會出現相對滑動。這就要求支座和混凝土之間產生一定的摩擦力，這個摩擦力的大小主要是利用摩擦因數與壓力以及相關的經驗系數確定。

3 結語

當下社會，橋梁結構不斷朝著精細化、智能化方向發展，與此同時，研究出荷載力強、抗震性能良好、耐久性強的支座，是未來橋梁支座設計發展的方向，這需要廣大工作者的共同努力。

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[責任編輯：張濤]