公路桥梁支座简介

第六章桥梁支座第一节概述第二节桥梁支座的类型和构造第三节桥梁支座的设计和计算第一节概述一、支座的作用和要求二、支座的分类三、支座的布置原则四、支座的选用一、支座的作用和要求支座设置在桥梁的上部结构与墩台之间，它的作用是：(2)保证结构在活载、温度变化、混凝土收缩和徐变等因素作用下能自由变形，以使上、下部结构的实际受力情况符合结构的静力图式。（适应变形）(1)传递上部结构的支承反力，包括恒载和活载引起的竖向力和水平力；（传递荷载）6.1简支梁的静力图示二、支座的分类1.按其变位的可能性2.按材料分固定支座活动支座：竖向力水平力竖向力简易支座钢支座橡胶支座板式橡胶支座盆式橡胶支座钢筋混凝土支座固定支座活动支座固定支座传递竖向力和水平力，允许上部结构在支座处能自由转动但不能水平移动；活动支座则只传递竖向力，允许上部结构在支座处既能自由转动又能水平移动。活动支座又可分为多向活动支座(纵向、横向均可自由移动)和单向活动支座(仅一个方向可自由移动)。1.按其变位的可能性大致可分为:简易支座钢支座钢筋混凝土支座橡胶支座特种支座(如减震支座、拉力支座等）2.按材料分(1)对于有坡桥跨结构，宜将固定支座布置在标高低的墩台上三、支座的布置原则(2)对于连续梁桥及桥面连续的简支梁桥，为使全梁的纵向变形分散在梁的两端，宜将固定支座设置在靠近桥跨中心三、支座的布置原则(3)对于简支梁，一端固定，一端活动三、支座的布置原则对于特别宽的梁桥，因为要考虑支座横桥向移动的可能性、支座布置如图示。即在固定墩上设置一个固定支座，相邻的支座设置为横向可动、纵向固定的单向活动支座，而在活动墩上设置一个纵向活动支座(与固定支座相对应)，其余均设置多向活动支座。(4)曲线梁桥的支座布置会直接影响到梁的内力分布，同时，支座的布置应使其能充分适应曲梁的纵、横向自由转动和移动的可能性。通常宜采用球面支座，且为多向活动支座。三、支座的布置原则四、支座的选用应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度、对建筑高度的要求、适应单向和多向位移及其位移量的需要，以及防震、减震的需要等因素来选取支座类型。中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座第二节桥梁支座的类型和构造一、简易垫层支座二、钢支座三、钢筋混凝土支座四、橡胶支座五、拉力支座一、简易垫层支座简易支座是指在梁底和墩台顶面之间设置垫层来支承上部结构。简易支座仅适于跨度10m以下的公路桥。由于这种支座自由伸缩性差，为避免主梁端部和墩台混凝土拉裂，宜在支座部位的梁端和墩台顶面布设钢筋网加强。二、钢支座1.铸钢支座（构造复杂、用钢量大、高度大、定期养护）2.新型钢支座钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动的。1.铸钢支座（1）平板支座（2）弧形支座（3）摇轴支座（4）辊轴支座铸钢支座使用碳素钢或优质钢经过制模、翻砂、铸造、热处理、机械加工和表面处理制成、是一种传统形式的支座。各类支座基本上都由可以相对摆动的所谓上、下摆组成。摇轴与辊轴支座还包括摇轴(可以看作下摆)、辊轴与底板。平板支座的上、下摆就是两块平板。固定支座的上、下平板间用钢销固定。活动支座只将上平板销孔改成长圆形。平板支座构造简单、加工容易，但反力不集中，梁端不能自由转动,伸缩时要克服较大的摩阻力，故只适用于小跨度的梁。（1）平板支座弧形支座是将平板支座上、下摆的平面接触改为弧面接触，其它完全一样。这样，反力便能集中传递，梁端也能自由转动。但伸缩时仍要克服较大的摩阻力、所以仍只适用于较小跨度的梁。（2）弧形支座跨度20m左右的梁，下摆加高，做成类似钢轨的截面形式，两侧用肋加强。这样，下摆底部可以其有较大的面积，摆身有足够的刚性，可将较大的支承反力均匀分布于墩台顶垫石面上。活动支座应采用图右边所示的摇轴支座，摇轴支座能很理想地满足活动支座的各项要求。如果摇轴的直径可以任意加大，它的承载能力从理论上讲是没有限制的。但支承反力愈大，相应要求摇轴的直径也愈大,这就使支座高度变得很大。(3)摇轴支座(3)摇轴支座为了克服摇轴支座的缺点，跨度更大的梁，可以采用辊轴支座，它相当于将固定支座放在一些钢辊子上。辊轴支座除了能很好地满足活动支座的各项要求外，由于反力是通过若干辊轴压在底板上的，因此辊子的直径可以随其个数的增多而减小，反力也可分散而均匀地分布到墩台垫石面上。辊轴支座适用于各种大型桥梁。辊轴的个数视承载力大小而定,一般为2~10个。（4）辊轴支座（4）辊轴支座以上各式铸钢支座能较好地适应不同跨度桥梁的要求，但支座构造复杂，用钢量大，大型辊轴支座可高达数米。当弧面半径很大时，若积有污垢，就转动不灵，需要定期养护。目前公路桥梁已较少采用铸钢支座，铁路桥梁也开始使用其他类型支座，如盆式橡胶支座。①采用不锈钢或高级合金钢支座，并封闭在油箱内，以防生锈;②对承受接触应力的部分进行表面硬化处理，以提高其容许承载力;③将支座的转动部分制成钢制或黄铜制成的球冠形，在钢制球冠的上、下分别设置聚四氟乙烯板，构成球面(型)支座。2新型钢支座主要形式：不锈钢或合金钢支座、滑板钢支座、球面支座球面支座钢筋混凝土摆柱式支座跨径大于或等于20m的公路梁桥，或跨径大于13m的公路悬臂梁桥的挂孔。它的水平位移量较大，承载力为5500kN左右，摩阻系数为0.05。钢筋混凝土摆柱放在梁底与支承垫石之间，它的上下两端各放弧形固定钢支座一座。摆柱由C40-C50混凝土制成。三、钢筋混凝土支座橡胶支座与其它金属刚性支座相比，具有构造简单、加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等一系列优点。此外，橡胶支座能方便地适应任意方向的变形，故对于宽桥、曲线桥和斜桥具有特别的适应性。橡胶的弹性还能消减上、下部结构所受的动力作用，这对于抗震也十分有利。在桥梁工程中使用的橡胶支座大体上可分为两类，即板式橡胶支座和盆式橡胶支座。四、橡胶支座板式橡胶支座四氟滑板式橡胶支座球冠圆板式橡胶支座可克服安装后产生的偏压、脱空现象，对坡桥，无需在梁底进行调平（1）板式橡胶支座•变形机理：（1）不均匀弹性压缩实现转动；（2）剪切变形实现水平位移；（3）无固定和活动支座之分。•显然橡胶支座水平位移和转动变形的大小与支座的厚度有关•性能指标：（1）容许应力；（2）弹性模量和剪切模量（3）容许剪切的正切值。•适用范围：支座反力为3000－10000kN的桥梁。无加劲层的纯橡胶支座、由于其容许压应力甚小，约为3000kPa，故只适合于小跨径桥梁。常用的板式橡胶支座都用几层薄钢板或钢丝网作为加劲层。其抗压容许应力可以达到8~10MPa，而加劲物对橡胶板的转动变形和剪切变形几乎没有影响。加劲板式橡胶支座的承载能力可达2000~10000kN，目前已广泛用于中、小跨度的公路及铁路桥梁。（1）板式橡胶支座板式橡胶支座代号表示方法如GJZ30040047(CR)，表示公路桥梁矩形、平面尺寸300400、厚度为47的氯丁橡胶支座；又如GYZF430054(NR)，表示公路桥梁圆形、直径300、厚度为54、带聚四氟乙烯滑板的天然橡胶支座（1）板式橡胶支座板式橡胶支座的构造常见矩形板式橡胶支座的尺寸：12*14cm15*18cm15*20cm厚度：28-51mm竖向支撑反力3000-10000kN材料有氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶三种tbabaS)(20000式中a0——顺桥向橡胶支座钢板的长度（短边）；b0——横桥向橡胶支座钢板的长度（长边）；t——中间层单层橡胶片厚度；d0——圆形支座钢板直径at形状系数S支座的物理力学性能tdS40圆形在用作活动支座的橡胶板顶面贴一片聚四氟乙烯板，再在聚四氟乙烯板与梁底之间垫上一块光洁度很高的不锈钢薄板。由于聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的摩阻力极小(摩擦系数小于0.06）故可利用它们之间的滑动来满足活动支座位移的需要。•四氟滑板式橡胶支座（1）板式橡胶支座其他板式橡胶支座聚四氟板式橡胶支座1-上支座板；2-不锈钢板；3-聚四氟乙烯板；4-防护罩；5-A3钢板；6-橡胶球冠圆板式橡胶支座可克服安装后产生的偏压、脱空现象，对坡桥，无需在梁底进行调平，适于纵横坡较大（3%-5%）的立交桥及高架桥（1）板式橡胶支座其他板式橡胶支座•坡型板式橡胶支座盆式橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上进一步改进后更为完善的一种橡胶支座。它与板式橡胶支座的主要区别在于：它不是利用置于橡胶中的加劲物来加强橡胶，而是将素橡胶板置于圆形钢盆内来加强橡胶。橡胶在受压后的变形由于受钢盆的约束，处于三向受压状态，只要钢盆不破坏，橡胶就永远不会丧失承载力。这时橡胶的容许抗压强度可以进一步提高到25MPa。密封在钢盆内的橡胶板，可以做适度不均匀压缩来实现转动，如果再加上聚四氟乙烯板和不锈钢板，则还可以实现水平位移。（2）盆式橡胶支座因此，盆式橡胶支座可做成固定支座，也可做成活动支座，活动支座又可为多向活动支座和单向活动支座。常用盆式橡胶支座的构造。它是由上支座板不锈钢板、聚四氟乙烯(PTFE)板、圆钢盆、橡胶板、紧箍圈、防水圈和下支座板等组成。盆式橡胶支座具有很大的承载能力，水平位移量大，摩擦系数小,支座建筑高度低，节省钢材。在同样的载重下,它的体积(高度)和重量不到钢支座的1/10；而且，它在纵向及横向均可转动和移动,在功能上优于钢支座、能满足宽桥对支座横向也要能转动及伸缩的要求。图6-13GPZ和TPZ盆式橡胶支座实物照片盆式橡胶支座构造要点（单位：mm）盆式橡胶支座代号表示方法例：GPZ35DX表示GPZ系列中设计承载力为35MN的单向活动的常温型盆式支座GPZ50GD表示GPZ系列中设计承载力为50MN的固定的常温型盆式支座GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座成品盆式橡胶支座的选配１．成品盆式橡胶支座的系列成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。另外，还有其它科研院所设计的类同系列的盆式橡胶支座。这些系列支座，适用于各类桥梁及具类似受力与变形特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它工程结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从1000起至20000kN，最多分为近40个级；并以DX、SX、GD分别表示单向、双向活动支座及固定支座，而GDZ则为抗震型固定支座的代号。２．成品盆式橡胶支座的地区适用性成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满足要求。一般来说，GPZ、TPZ-1等系列的支座对这两个要求均能满足。若转角和水平推力超出容许范围，则需要改变支座的设计。转角特大，可采用球型支座。关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选用固定支座，活动端选用活动支座。但若横桥向伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用GD类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过20已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，有的可达到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。为保证梁不发生纵向位移，又能满足多梁式宽桥的横桥向位移，这时可将单方向活动支座转过90°横置梁下，使其顺桥向起固定支座的作用下，而横桥向则起活动支座的作用。成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、活载的支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的5%，最小反力不低于容许承载力的80%。规定最小反力的目的是保证支座具有良好的滑移性能，因为聚四氟乙烯板的磨擦系数与压力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将会增大。支座选配时，一般不必过多担心支座