LNR系列水平力分散型橡胶支座设计指南

桥梁标准构件系列产品LNR系列水平力分散型橡胶支座设设计计指指南南2012年05月〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗设计指南中交第一公路勘察设计研究院有限公司目录目录1.桥梁支座技术概述....................................................12.桥梁支座的发展及现状................................................23.LNR系列橡胶支座研制................................................33.1设计依据.........................................................33.2产品结构.........................................................33.3支座型号.........................................................43.4产品特点.........................................................54.支座技术性能........................................................55.支座布置原则........................................................66.支座选用原则........................................................77.固定型支座安装、更换、养护及尺寸....................................87.1支座安装工艺细则.................................................87.2支座更换工艺....................................................127.3支座的养护与维修................................................127.4支座安装尺寸....................................................147.4.1LNR矩形固定型系列........................................147.4.2LNR圆形固定型系列........................................188.滑动支座安装、更换、养护及尺寸.....................................218.1支座安装工艺细则................................................218.2支座更换工艺....................................................248.3支座的养护与维修................................................248.4支座安装尺寸....................................................258.4.1LNR矩形滑动型系列........................................258.4.2LNR圆形滑动型系列........................................29〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗设计指南1中交第一公路勘察设计研究院有限公司LLNNRR系系列列水水平平力力分分散散型型橡橡胶胶支支座座1.桥梁支座技术概述桥梁支座是连接桥梁上部结构与下部结构的重要部件，它能将桥梁上部结构的反力和变形（位移和转角）可靠地传递给桥梁的下部结构，从而使结构的受力情况与理论计算图式相符合。由于支座在桥梁工程造价中所占比例很小，因而往往未能引起工程技术人员的足够重视。20世纪70年代之前，我国的公路、铁路桥梁上常常不设支座或仅设置传统的钢支座。随着桥梁建设事业的发展，各种型式的大跨度桥梁也不断涌现。因而，对桥梁支座的承载能力、对支座适应位移和转角能力的要求不断提高，需要研究和开发出与之相适应的各种新型桥梁支座。桥梁支座的布置主要和桥梁的结构形式有关，支座的布置合理与否将直接影响到支座的受力状况，进而影响到桥梁的受力状况，桥梁支座的布置原则是既要便于传递支座反力，又要使支座能充分适应梁体的自由变形。上部荷载通过桥梁支座传递给桥墩，桥墩不仅要承受恒载、活载等引起的竖向力，还要承受汽车制动力、温度变化、混凝土收缩徐变、地震等作用引起的水平力，若采用以往常见的中墩选用固定支座、其余墩台选用活动支座的布置方式，可能本联桥内大部分的水平力将由固定支座所在的桥墩承受，而活动支座所在的桥墩承受较小的滑动摩擦力，使得桥墩受力不均，而工程技术人员在桥梁设计时，在桥墩高差不大的情况下通常墩柱尺寸和配筋相同，此举将有可能埋下严重的安全隐患。因此，结构受力比较合理的方式应该是全桥桥墩水平力分散，共同或协同抵抗水平力。曲线梁桥受曲率影响受力与直线桥相差较大，空间受力复杂，一般直桥只有在偏心荷载作用下才产生扭矩，而曲线梁桥无论在恒载还是活载作用下都会产生扭矩，即弯曲、扭转耦合作用。曲线连续梁桥的支座布置方式对于桥梁的正常使用影响很大，支座设置不合理不仅易造成支座脱空，甚至影响桥梁结构的正常使用乃至倒塌，或对限位支座（固定支座和单向活动支座）所承受的水平力估计不足，造成一些曲线连续梁桥的支座，在温度作用下发生限位约束被剪断，使支座发生过大的横向位移（甚至于达到20~30cm），直接影响到桥梁的行车安全。因此，尤其对于曲线梁桥，各墩协同受力，避免支座脱空，水平力分散更有必要。桥梁支座是上部结构荷载传递给下部结构的关键，设置好坏直接影响桥梁结构的安全，且长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构易遭到破坏而又较难以修补的部位，一旦损坏需要中断交通进行更换，从而造成不同程度的经济损失和不良社会影响。因此，现今桥梁设计对桥梁支座的安全、性能、寿命、外观等均提出了较高的需求。桥梁支座在使用上的基本要求主要有：1、具有足够的承载能力，安全可靠地传递上部力；2、对桥梁变形的约束应尽可能小，适应梁体的自由伸缩和转动；3、各墩协同受力，水平力分散；4、具有良好的整体性、耐久性；5、安装、养护、维修、更换方便。〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗设计指南2中交第一公路勘察设计研究院有限公司2.桥梁支座的发展及现状我国改革开放以来，桥梁建设的规模日益壮大，也出现了更多、更先进的新桥型，桥梁的长大化更为明显。作为桥梁组成构件之一的支座，用量越来越大，使用范围越来越广，形式也越来越多，对桥梁支座的耐久性和使用性等也提出了更高的要求。鉴于此，不少桥梁工作者，在深入调查分析以往各类支座存在的问题基础上，借鉴国内外成功经验，对国内已有支座的结构形式和构成材料等不断加以改进，从而研发出了多种新型支座，以适应现代桥梁建设的高端需求。板式橡胶支座是由多层薄钢板与多层橡胶片硫化粘合而成的一种普通橡胶支座产品，它具有构造简单、加工制造容易、用钢量少、成本低廉、安装方便等优点。目前，市场上常用的板式橡胶支座主要有GYZ、GJZ系列板式橡胶支座，满足JT/T4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》行业标准，该支座产品有相当长的应用历史和很多工程案例，但由于其在结构与性能上的缺陷，特别是行业市场（竞争）现状，在已使用的工程中出现了诸多质量问题。总结起来主要存在如下问题：1、只能满足较小剪切位移，不能适应温度、地震及其它水平力作用下的较大剪切位移要求，支座易发生撕裂，如图1所示；2、仅靠摩擦作用未与主梁和桥墩进行有效连接，支座在较大水平力作用下有可能滑移、破坏或失效，主梁的受力难以保证，主梁的位移会进一步增大，产生不可恢复的变形，易发生落梁，支座滑移和滑出如图2和图3所示；3、橡胶保护层较薄，在严寒、高温暴晒等长期恶劣环境下容易破坏，耐久性较差；4、准入门槛低、生产企业多，引发恶性竞争，产品质量参差不齐，危及工程安全。图1普通板式橡胶支座撕裂图2普通板式橡胶支座滑移图3普通板式橡胶支座滑出〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗设计指南3中交第一公路勘察设计研究院有限公司3.LNR系列橡胶支座研制〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗是按照国家标准GB20688.2-2006及相关行业规范，同时参照欧洲标准研制的新型桥梁构件系列产品，属国家专利技术成果（ZL201120279078.3），适用于7度（0.10g）及以下地震烈度区的各类公路及市政桥梁。〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗是在充分调研GYZ、GJZ等系列板式橡胶支座产品及使用现状的基础上，借鉴了“水平力分散”的工作原理而开发的一种性能优异的新型板式橡胶支座。它在常规叠层橡胶支座的基础上做了较大的改进和创新，能满足较大的剪切位移，且与主梁、墩台进行有效连接，确保桥梁上部结构有效传力至下部结构，实现了桥梁下部结构水平力分散，各墩协同抵抗水平力。3.1设计依据《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）《城市桥梁设计载荷标准》（CJJ77-98）《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）《公路桥梁抗震设计细则》（JTG/TB02-01-2008）《城市桥梁抗震设计规范》（CJJ166-2011）《公路桥梁高阻尼隔震橡胶支座》（报批稿）《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）《橡胶支座：桥梁隔震橡胶支座》（GB20688.2-2006）《橡胶支座：隔震橡胶支座试验方法》（GB/T20688.1-2007）《Structuralbearings-Part2:Slidingelements》（EN1337-2：2005）《Structuralbearings-Part3:Elastomericbearings》（EN1337-3：2005）《聚四氟乙烯大型板材规范》（GJB3026-1997）《Anti-seismicdevices》（EN15129-2009）3.2产品结构1、按功能形式分类固定型支座——支座位移通过橡胶剪切变形实现，橡胶的水平剪切能承受较大的水平力，通过橡胶在水平方向的大位移剪切变形实现水平力分散的功能；滑动型支座——支座位移通过顶面设置的聚四氟乙烯滑板与不锈钢板组成的滑移摩擦副实现，低摩擦系数使支座承受较小的摩擦力。2、按结构形式分类依据支座本体与锚固件（或预埋件）之间的连接形式以及支座与梁、墩的锚固（连接）形式、支座本体的形状，可以划分为如下两种类型（参见下图）：〖LNR系列水平力分散型橡胶支座〗设计指南4中交第一公路勘察设计研究院有限公司LNR固定型——支座与墩、梁之间采用套筒连接，支座底面不设预埋钢板，上、下封层钢板和套筒之间采用锚固螺栓连接，上预埋钢板和套筒之间采用配合焊接。固定型支座结构示意图如下：图4LNR水平力分散型橡胶支座结构示意图（固定型）LNR滑动型——支座与梁之间采用锚固钢筋连接，支座底面不设预埋钢板，上预埋钢板和锚固钢筋采用焊接，上封层钢板和上预埋钢板采用焊接连接。滑动型支座结构示意图如下：  图5LNR水平力分散型橡胶支座结构示意图（滑动型）3、按支座本体形状分类圆形水平力分散型橡胶支座——支座本体平面形状为圆形；矩形水平力分散型橡胶支座——支座本体平面形状为矩形。3.3支座型号LNR（□）-□-G□-e□支座设计剪切方向（纵桥向）剪切位移量，固定型可省略；支座设计剪切模量，1.0MPa，可省略；支座规格，圆形dh，矩形abllh，单位为毫米（mm）；支座结构类型，固定型，G，可省略；滑动性，H；公路桥梁水平力分散型橡胶支座名称代号。示