一種特殊結(jié)構(gòu)及大噸位支座設(shè)計(jì)

周孝林

摘 要：橋梁支座是連接梁上下結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，能將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力和變形（位移和轉(zhuǎn)角）可靠地傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)。其力學(xué)性能及可靠性對橋梁的正常承載和安全性有重要的影響。本文主要對一種特殊設(shè)計(jì)支座進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。

關(guān)鍵詞：一種特殊設(shè)計(jì)支座;設(shè)計(jì)計(jì)算;重要構(gòu)件

1 概述

目前，鐵路橋梁標(biāo)準(zhǔn)跨度和常用跨度橋梁支座通用安裝圖有以下三類：

（1）通橋（2007）8160客貨共線鐵路常用跨度簡支T梁支座，豎向承載力（1 000～3 000）kN共5級;

（2）通橋（2007）8360客貨共線鐵路常用跨度簡支梁支座，豎向承載力（1 000～7 000）kN共12級;

（3）通橋（2009）8361鐵路常用跨度連續(xù)梁支座，豎向承載力（4 000～45 000）kN共15級。

若支座噸位超過上述使用范圍，需要對支座的安裝尺寸進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，特殊設(shè)計(jì)原則滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，并結(jié)合橋梁結(jié)構(gòu)需求：

（1）支座必須具有較大噸位支座高承載、高耐磨等特點(diǎn)，以適應(yīng)荷載相對較大的要求;

（2）根據(jù)最新頒布的鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 3320-2013《鐵路橋梁球型支座》要求，為了提高球面光潔度及耐腐蝕能力，球冠襯板凸球面擬采用球面包覆不銹鋼板取代鍍硬鉻處理;

（3）為了確保支座外部防護(hù)結(jié)構(gòu)耐久、可靠，擬采用“聚四氟乙烯涂覆玻璃布+不銹鋼護(hù)罩”雙層密封防護(hù)結(jié)構(gòu)對支座進(jìn)行保護(hù);

（4）對于鋼桁拱支座，其結(jié)構(gòu)形式宜采用倒置布置（即球面向上布置）方案，目的是為了防止支座在發(fā)生位移后受力中心發(fā)生變化而產(chǎn)生的較大彎矩作用于梁體，對梁體產(chǎn)生不利影響。

2 主要設(shè)計(jì)內(nèi)容

2.1 滑板材料的選擇

大噸位球型鋼支座主體結(jié)構(gòu)由鋼構(gòu)件和高分子滑板材料組成，鋼構(gòu)件按照設(shè)計(jì)要求進(jìn)行防腐處理和正常的養(yǎng)護(hù)完全能夠滿足使用壽命要求，大噸位球型鋼支座的使用壽命關(guān)鍵在于高分子滑板材料的承載應(yīng)力和磨耗性能是否滿足設(shè)計(jì)要求[1]。

2.2 球面包覆不銹鋼板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

支座球冠襯板凸球面按照TB/T 3320要求采用球面包覆不銹鋼板取代鍍硬鉻層，不僅提高了球面光潔度，減小了轉(zhuǎn)動摩擦因素，而且還提高了支座的耐腐蝕能力，延長了支座的使用壽命。

2.3 雙層密封防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

為了確保支座外部防護(hù)結(jié)構(gòu)耐久、可靠，本方案采用了“聚四氟乙烯涂覆玻璃布+不銹鋼護(hù)罩”雙層密封防護(hù)結(jié)構(gòu)對支座進(jìn)行保護(hù)。

2.4 鋼桁拱支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

由于鋼桁拱上部結(jié)構(gòu)支承重量大，結(jié)構(gòu)型式復(fù)雜，結(jié)構(gòu)支點(diǎn)受力的位移影響較大，支座需采用位移面下置的倒置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)（即球面向上布置），這樣能防止支座在發(fā)生位移后受力中心發(fā)生變化而產(chǎn)生的較大彎矩作用于梁體，避免對梁體產(chǎn)生不利影響。同時考慮到鋼桁下弦節(jié)點(diǎn)和支座接觸處為鋼結(jié)構(gòu)件，為了分配鋼結(jié)構(gòu)和支座的受力，支座上設(shè)計(jì)有載荷分配板，為滿足支座滑板材料的均勻受力，根據(jù)傳力計(jì)算要求，按照45°角傳遞，上部載荷傳遞到滑板處，應(yīng)該覆蓋整個滑板，可以認(rèn)為支座滑板受力均勻。

3 設(shè)計(jì)計(jì)算書

3.1 主要材料許用應(yīng)力

3.1.1 改性超高分子量聚乙烯

改性超高分子量聚乙烯設(shè)計(jì)容許壓應(yīng)力為，考慮到支座受梁底及支座墊石混凝土局部承壓強(qiáng)度的需要，實(shí)際取值為45 MPa，計(jì)算時不超過實(shí)際取值的5%[2]。

3.1.2 鋼材

各種鋼材容許應(yīng)力按照TB 10002.3-2005《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第7.2條的規(guī)定進(jìn)行選取，實(shí)際計(jì)算時不得超過鋼材容許應(yīng)力的5%。

3.2 支座主要部件設(shè)計(jì)計(jì)算

3.2.1 改性超高分子量聚乙烯設(shè)計(jì)計(jì)算

另外改性超高分子量聚乙烯摩擦系數(shù)、滑板的厚度和外露凸緣高度、球面滑板載荷偏心以及圓心角等按照符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN1337-2中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，這里不作詳細(xì)闡述。

3.2.2 鋼構(gòu)件計(jì)算校核

這里主要針對縱向活動支座以及錨固螺栓按照理論強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算。

（1）上支座板擋塊設(shè)計(jì)計(jì)算。計(jì)算內(nèi)容包括縱向活動支座擋塊彎剪組合應(yīng)力計(jì)算。（2）梁底和墩頂螺栓水平剪力設(shè)計(jì)計(jì)算。錨固螺栓材料為40Cr，并進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，其強(qiáng)度等級要求達(dá)到8.8級。錨固螺栓主要受到剪切應(yīng)力作用。

3.3 混凝土局部承壓校核

在進(jìn)行混凝土局部承壓校核時，通常以混凝土標(biāo)號墩臺頂為C40、梁底為C50，鋼件與混凝土的傳力擴(kuò)散角為45°進(jìn)行計(jì)算校核。根據(jù)TB 10002.3-2005《鐵路橋涵鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》第5.2.1條的規(guī)定，不大于3，混凝土的局部承壓容許應(yīng)力墩臺頂為、梁底為。當(dāng)β=≈2時，混凝土的局部承壓容許應(yīng)力墩臺頂為21.6 MPa、梁底為26.8 MPa，再通過在梁體和墩臺的支承部位設(shè)置鋼筋網(wǎng)加勁，則完全滿足混凝土局部承壓的要求。

D——滑板材料按照45°傳力擴(kuò)散角通過鋼件傳遞到支承墊石或梁底的直徑范圍（mm）。

4 結(jié)束語

橋梁支座作為橋梁工程上、下部結(jié)構(gòu)的連接、傳力部件，橋梁支座的優(yōu)、劣直接影響橋梁的整體性能。因此鐵路工程對橋梁支座產(chǎn)品的安全性、耐久性、承載能力、環(huán)境適應(yīng)性等方面都提出了更高的要求。為了適應(yīng)市場需要，本文主要介紹了一種特殊支座的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、性能指標(biāo)、材料選擇、關(guān)鍵點(diǎn)控制、計(jì)算校核等內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]莊軍生.橋梁支座[M].遼寧大學(xué)出版社，2015年11月第1版.

[2]TB/T 3320-20113，鐵路橋梁球型支座[S].北京：中國鐵道出版社，2013年7月第1版.