基于實際橋梁工程的板式橡膠支座的設計研究

王 怡，陶慶東，羅丹霞

(綿陽職業技術學院，四川 綿陽 621000)

0 前 言

板式橡膠支座由多層橡膠與薄鋼板粘合壓制而成,具有較大的豎向承壓能力,在水平方向具有較大的剪切變形能力和一定的轉動能力,在公路橋梁中得到廣泛的應用[1]，實際工程應用中，橋梁工程師們常常是憑借經驗,很少進行嚴格的驗算,導致支座成為橋梁整體設計中的一個薄弱環節，在以往舊橋加固的資料中,支座的損壞率和更換率往往較高[2]。而現有的文獻對橋梁支座的設計研究較少，有些研究計算是建立在老規范上[3]，已經不適用于新規范、新技術下的橋梁支座設計。為此，本文以實際工程橋梁案例為背景，依據新規范的原理、方法及參數選用，介紹板式橡膠支座的設計方法。

1 板式橡膠支座工作原理

目前，我國公路橋梁中大部分使用的都是各類橡膠支座，橡膠支座已經基本上完全替代了剛性支座成為橋梁支座的主要構造形式，特別是板式橡膠支座兼有高分子彈性體橡膠和加勁物的優點,構造簡單、價格便宜,是目前國內公路與城市橋梁廣泛采用及深受歡迎的一種支座形式[4-5],被廣泛應用在大中小跨徑公路橋梁、城市高架橋梁中。板式橡膠支座應設計成在垂直方向具有足夠的剛度,從而保證在最大豎向荷載作用下,支座產生較小的變形;在水平方向則應具有一定的柔性,以適應梁體由于制動力、溫度、混凝土的收縮、徐變及其他荷載作用引起的水平位移;同時,橡膠支座還應適應梁端的轉動。在進行橋梁支座受力分析時,首先必須計算每個支座上所承受的豎向力和水平力[3],根據這些外力來選定支座的尺寸并進行強度和穩定性驗算。

2 板式橡膠支座的構造特點

板式橡膠支座通常由多層橡膠片與薄鋼板(以鋼板作為剛性加勁物)鑲嵌、粘合、壓制而成。板式橡膠支座的承載能力可達10 000 kN，允許壓應力一般為10 MPa左右。適用于標準跨徑在50 m以內的簡支板(梁)橋。這種支座在豎向荷載作用下,嵌入橡膠片之間的鋼板將限制橡膠的側向變形,垂直變形則相應減少,從而可以大大提高支座的豎向剛度(抗壓剛度)。此時,支座的豎向總變形即為各層橡膠片變形的總和。橡膠片之間嵌入的鋼板在阻止橡膠層間側向膨脹的同時,對支座的抗剪剛度幾乎沒有什么影響。支座在水平力作用下,加勁橡膠支座所產生的水平位移主要取決于橡膠片的凈厚。同時，為了防止加勁鋼板的銹蝕,板式橡膠支座上、下面及四周均有橡膠保護。

3 板式橡膠支座的設計計算及選定方法

3.1 設計條件

某公路橋梁由多跨簡支梁橋組成。橋梁每跨跨徑為20 m，橋梁總寬10 m。每孔上部結構采用預應力混凝土箱梁,橋墩上設立四個支座,支座的橫橋向中心為4 m橋墩支承在巖基上。假定上述橋梁每個支座在恒載和活載作用下,最大垂直反力為2 000 kN。選用板式橡膠支座，對該公路橋梁進行板式橡膠支座的設計及選用。該橋在四季均勻溫度變化的溫差為：0°～+35°(使用地區的最低和最高溫度)。板式橡膠支座平均壓應力[σ]=10 MPa。橋址處年平均相對濕度RH為75%，結構理論厚度h=600 mm,混凝土彈性模量Ec=3.45×104MPa，混凝土軸心抗壓強度標準值，混凝土的fck=32.4 MPa，線膨脹系數為1×10-5，預應力引起的箱梁截面重心處法向平均壓應力σpc=9 MPa。假定允許平均壓應力[o]=10 MPa,支座形狀系數s>8。

3.2 確定支座的平面尺寸

根據《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》(JTG 3362—2018)規定板式橡膠支座有效承壓面積為：

根據《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2019)選用公路橋梁普通矩形板式橡膠支座序號33，平面尺寸選用la×lb=400 mm×500 mm。

可確定支座形狀系數：

3.3 確定支座的厚度

1)由溫度變化產生的位移量：Δlt=αTL=1×10-5×35×10×103=3.5 mm。

根據以上參數的確定參照《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2019)規范，選用公路橋梁普通矩形板式橡膠支座規格，見表1。

表1 公路橋梁普通矩形板式橡膠支座規格

3.4 板式橡膠支座豎向平均壓縮變形

E=5.4GS2=5.4×1.0×7.792=327.7

3.5 板式橡膠支座抗滑移穩定驗算

摩擦系數μ=0.3，Fbk=165 kN

4 結 論

1)本文對板式橡膠支座的設計較完整，并系統地介紹了支座的設計方法，以實際工程作為載體，將設計計算過程完整演練了一遍，可以指導實際工程中板式橡膠支座的設計及選用。

2)本文支座的研究方法是建立在當前最新的規范基礎上。設計的支座形式更精確，適用性更強、節約成本、經濟效益高。

3)可以在今后的進一步研究中，能夠建立某些參數與支座選取的關系，方便設計人員能夠有效、快速地選擇合理的支座型號。

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