浅谈公路桥梁橡胶支座的设计与安装

浅谈公路桥梁橡胶支座的设计与安装

奥武鹏

（陕西省交通工程咨询公司，陕西西安710003）

作者简介：奥武鹏，陕西省交通工程咨询公司。

摘要：文章主要从桥梁支座的作用和种类、公路桥梁橡胶支座的种类、优点及使用、橡胶支座的设计计算及安装进行阐述。

关键词：桥梁；橡胶支座；设计；安装

1桥梁支座的作用和种类

支座是桥跨结构的支撑部分，其设置在梁板式体系中主梁与墩台之间，作用是将桥跨结构的荷载反力传递到墩台上，并将集中反力扩散到一个足够大的面积上，以保证墩台工作的安全可靠；是保证桥跨结构在荷载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素作用下能自由地变形(水平位移及转角)，使结构实际受力时情况与结构的受力模型相符；是保证桥跨结构在墩台上的位置充分固定，使其不至滑落。

支座按其作用可分为固定支座和活动支座两大类。固定支座的作用是将桥梁结构固定在墩台上并传递竖向应力和水平力，允许桥梁结构在沿着线路的竖直平面内自由地转动，但不能移动；活动支座除了能自由地转动外，还应允许在活、温度变化及混凝土收缩的作用下，梁端可纵向水平移动。

2公路桥梁橡胶支座的优点及类型

2.1优点

橡胶支座之所以被广泛采用，是因为橡胶支座具有：构造简单、价格低廉、加工制作容易、可定型生产；用钢量少、成本低；其橡胶弹性能消减上下部结构所受的动力，吸收部分振动，可减振、抗震；可改善墩台受力情况；能有效地分布水平力，适用于任意方向变形（宽桥、曲线桥、斜桥）；安装及更换方便等优点。

2.2结构

公路桥梁橡胶支座，主要可以分为板式橡胶支座和盆式橡胶支座。

①板式橡胶支座。板式橡胶支座的工作原理是以橡胶的不均匀弹性压缩来实现梁的竖向转动，以橡胶块的剪切变形来实现梁的水平位移。因而其无固定支座和活动支座之分，所有纵向力和水平力由各个支座均匀分配，有加筋层的（橡胶板内含有几层一定厚度的不锈钢板）可提高支座的抗压强度和抗压刚度，适用于中等跨径的桥梁；无加筋层的仅适用于小跨径的桥梁。标准跨径1<40m以内的桥梁，一般可采用板式橡胶支座。板式橡胶支座有矩形和圆形两种，一般当斜度大于10°时采用圆板形支座，否则采用矩形支座。可根据实际的位移量及支座反力大小来确定板式橡胶支座的型号、高度。

②盆式橡胶支座。盆式橡胶支座是一种新型支座，将承压的橡胶块嵌入钢制的凹形金属盆中，使橡胶处于有侧限的受压状态，其活动机理是利用填充的聚四氟乙烯板与不锈钢板相对摩擦系数小的特点实现水平位移，通过盆内橡胶的不均匀压缩来实现梁体的大转角，大大提高了支座的承载能力。由于其自身具有结构紧凑、摩擦系数小、承载力大、重量轻、结构高度小、转动、滑动灵活、成本低等优点，通常适用于大跨度、大吨位、支座反力大的箱梁桥、斜拉桥和悬索桥。

3橡胶支座的设计计算

在桥梁支座的设计与计算时，应主要考虑支座的受力情况及变位分析。在求得支座上所承受的竖向力和水平力、位移和转角后，选定支座各部位尺寸并进行强度、稳定性等理论计算。在一般情况下，橡胶支座的设计计算根据其自身的特点是不同的，其中板式橡胶支座通常需要进行承压面积计算、支座厚度、竖向平均压缩变形、加劲钢板及抗滑稳定等计算。

3.1板式橡胶支座

3.1.1设计计算

①确定承压面积：Ae=Rck/σe；式中，Ae为加劲钢板的有效承压面积；Rck为支座压力，汽车何载应计入冲击系数。

②确定支座厚度。当板式橡胶支座因温度变化等因素在支座处产生纵向水平位移，支座橡胶层；不计制动力，应满足：te≥2△l；计制动力，应满足：te≥1.43△l；当板式橡胶支座在横桥向平行于墩台帽横坡或盖梁横披设计时，支座橡胶层；不计制动力，应满足：te≥2（△l2+△t2）；计制动力，应满足：te≥1.43（△l2+△t2）。

式中te为支座橡胶层总厚度，公路规范要求其不能大大于支座短边长度的0.2；△l为由上部结构温度变化、混凝土收缩和徐变等作用引起的剪切变形和纵向力（当计入制动力包括制动力）产生的支座剪切变形，以及支座直接设置于不大于1%纵坡的梁底面下，在支座顶面由支座承压力顺纵坡方向分力产生的剪切变形；△t为支座在横桥向平行于不大于2%的墩台帽横坡或盖梁横坡上设置，由支座承压力平行于横坡方向分力产生的剪切变形。

③确定竖向平均压缩变形。板式橡胶支座主梁受荷载挠曲等因素的影响，表面将产生不均匀压缩变形，则其平均压缩变形。

δE+m=RCKte/teEe+RCKte/teEb

根据下式计算：δE+m=Nmaxte/EA

式中δE+m为支座竖向平均压缩变形；Nmax为支座的最大设计范例弹模；E为橡胶支座的弹性模量，其值与支座的形状系数有关。

④确定加劲钢板：ts=KpRCK（tes，u+tes，l）/Aeσs

式中ts为支座加劲钢板厚度；Kp为应力校正系数，取1.3；tes，u、tes，l为一块加劲钢板上、下橡胶层厚度；σs为加劲钢板轴向拉应里限值。

3.1.2抗滑稳定

橡胶支座一般直接设置在墩台和梁底之间，在其受到梁体传来的水平力后，则支座与下面的垫石及上面的梁底间要有足够大的摩擦力，以保证支座不滑走，即：

无活载作用时，应满足：µRGK≥1.4GeAg△t/te

有活载作用时，应满足：µRCK≥1.4GeAg△t/te+Fbk

式中，µ为摩擦系数，橡胶支座与砼表面的摩阻系数取0.3，与钢板的摩阻系数取0.2；RGK为由结构自重引起的支座反力；RCK为由结构自重和汽车活载（计入冲击系数）引起的最小支座反力；GeAg△t/te为温度变化等因素因为支座最大剪切变形时的相应水平力；Fbk为由活载引起的制动力分在一个支座上的水平力；Ag为支座平面毛面积。

就抗滑而言，橡胶支座与砼表面的摩阻系数大于它与钢板间的摩阻系数，则橡胶支座不设钢板，其抗滑稳定性会更好；就局部抗压而言，梁体混凝土的强度大于橡胶支座的容许抗压强度，无须再在垫石或梁底面埋设钢板。

3.2聚四氟乙烯滑板式橡胶支座的摩擦力

不计制动力，应满足：µtRGK≤GeAgtana

计制动力，应满足：µtReK≤GeAgtana

式中，µt为摩擦系数；tana为橡胶支座容许剪切角的正切值，根据是否计入制动力而取不同值；ReK为由结构自重和汽车活载（计入冲击系数）引起的最小支座反力；Ag为支座平面毛面积。

3.3盆式橡胶支座

①按竖向何载（汽车应计入冲击系数）标准值组合计算支座承压力②固定支座在各方向和单向活动支座非滑移方向的水平力标准值，不得大于该标准设计承载力的10%。③计算的支座转动角度不得大于0.02rad。

4橡胶支座的安装

4.1板式橡胶支座

4.1.1安装准备

①板式橡胶支座安装处宜设置支承垫石，要求梁体底面和墩台上的支承垫后顶面具有较高的平整度；一般要求垫石长度、宽度应比支座相应的尺寸大50mm左右，支承垫石顶面相对水平误差不大于1mm，相邻两墩台上支承垫石顶面相对水平误差不大于3mm。②支坐垫石的混凝土强度等级不应低于C30；在安装前，桥梁墩、台内应有竖向钢筋延伸至支坐垫石内；在支坐垫石内应布置钢筋网，钢筋直径为8mm时，间距宜为50mm×50mm。③支座安装前应将墩、台支座支垫处和梁底面清理干净；应先检查支座的中心位置、支坐垫石顶面标高是否准确。

4.1.2支座安装

①支座进场之后，应先检查其是否有制造商的商标或永久性标记；其次应按照设计图纸的要求进行安装；应保证支座在墩、台上的位置要准确。

②支座安装时，应防止支座出现偏压或产生过大的初始剪切变形。安装完成后，必须保证橡胶板上下表面与墩台支撑垫石、梁板底面平整紧贴无缝隙，更不能出现偏心受压、脱空和不均匀受力形象。活动支座应设防尘罩。对未形成整体的梁板结构，应避免重型车辆通过。

③在设有橡胶支座的墩、台上，应预留更换支座所需要的位置，而且应注意在同一根大梁上横向避免设置两个或两个以上的支座，防止桥梁支座受力不均。不同规格的支座不应并排安装。

④支座安装后，应对支座是否漏放、支座安装方向、支座型式、临时固定设施拆除与否等进行检查，并对安装后所出现的偏差进行记录，以确保支座安装后的正常工作。

4.2盆式橡胶支座

4.2.1安装准备

①盆式支座下面建议设置支承垫石，并按支座底板地脚螺栓间距与底柱规格预留螺栓孔位置，要求支承垫石表面平整，施工时支承垫石顶面的标高要注意预留支座底板下环氧砂浆垫层厚度，支座底板以外垫石做成坡面,以防积水。②支座安装前方可开箱，并检查支座各部件及装箱清单，支座安装前不得随意拆卸支座。

4.2.2支座安装

①在支座设计位置处划出中心线，同时在支座顶，底板上也标出中心线。

②将地脚螺栓穿入底板(顶板)地脚螺栓孔并旋入底柱内，底板和底柱之间垫以直径略大于底柱直径的橡胶垫圈。

③支座就位对中并调整水平后，用环氧砂浆或高标号砂浆灌注地脚螺栓孔及支座底板垫层。待砂浆硬化后拆除调整支座水平用的垫块，并用环氧砂浆填满垫块位置，环氧砂浆要求灌注密实。

④当支座采用焊接连接时，在支座顶，底板相应位置处预埋钢板，支座就位后用对称断续方式焊接。焊接时注意防止温度过高时对橡胶板，聚四氟乙烯板的影响。焊接后要在焊接部位做放锈处理。

⑤如T梁采用盆式支座，施工安装时在梁端应采取临时支撑措施，以防T梁侧倾。待两片T梁间横隔板焊成整体后,方可拆卸临时支撑。

⑥活动支座开箱后要注意对聚四氟乙烯板和不锈钢滑板的保护，防止划伤和赃物粘附于不锈钢滑板与聚四氟乙烯滑板表面，并注意检查5201-2硅脂是否注满。

⑦支座中心线与主梁中心线应重合或平行，单向活动支座安装时，上、下导向块必须保持平行，交叉角不得大于5。

⑧连续梁桥等在实行体系转换切割临时锚固装置时，必须采取隔热措施，以免损坏橡胶板和聚四氟乙烯板。

综上所述，基于橡胶支座在公路桥梁的广泛使用，为了确保其使用质量和稳定性，橡胶支座的设计必须按照设计规范严格计算，并在安装时应严格按照设计图纸进行正确安装，使支座整个平面均匀承压，橡胶支座与上下结构之间接触紧密，从而实现延长公路桥梁的使用寿命。

参考文献：

[1]靳进钊.公路桥梁橡胶支座的设计与安装[J].交通标准化,2006,(5).

[2]JT/T4—2004,公路桥梁板式橡胶支座[S]．

[3]JTGD62-2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].

[4]JT391-1999,公路桥梁盆式橡胶支座[S].