桥梁支座讲座

桥梁支座讲座（铁路工务系统高级技术人员研讨班）主讲人：庄军生2009年6月铁路桥梁支座一.桥梁支座的功能二.桥梁支座的分类三.铁路桥梁支座的布置方式四.铁路客运专线桥梁支座的主要形式简介五.桥梁支座的制造工艺要求六.桥梁支座的安装工艺七.桥梁支座的养护维修八.桥梁支座的发展概况一、桥梁支座的功能桥梁支座设置在梁体与墩台之间，起承上启下的作用1.传递梁体作用的反力：竖向力、水平力2.适应桥梁的位移需要：温度伸缩位移（双向）混凝土收缩徐变位移（单向性）列车活载引起梁体下翼缘伸长所产生的位移位移可取分为顺桥向和横桥向3.满足桥梁梁端转角的要求：恒载转角活载转角梁体安装误差引起的初始转角转角设计余量rad005.0二、桥梁支座的分类１.按支座用材料可区分为：钢支座、橡胶支座、聚四氟乙烯滑板支座２.按支座类型可区分为：钢铰轴、辊轴支座板式橡胶支座盆式橡胶支座球形钢支座柱面支座３.按支座受力功能可区分为：固定支座活动支座：纵向活动、横向活动和多向活动支座铁路桥梁铸钢支座铁路桥梁铸钢支座是上世纪九十年代以前最常用的桥梁支座形式。铸钢支座有弧形钢支座、摇轴支座、铰轴支座和辊轴支座等。在中小跨度混凝土桥梁上，主要采用弧形钢支座（Lp≤16m),摇轴支座和铰轴支座（Lp＞16m)。在大跨度钢桥上采用辊轴支座。铸钢支座的加工、制造和检验依据TB/T1853-2007《铁路桥梁钢支座标准》。桥梁钢支座（弧形支座）弧形支座由上支座板，下支座板和销轴组成。该支座通过上下支座板之间的线接触传递梁体垂直力，通过销钉承受水平力。该支座通过上支座板的弧面在下支座板上转动，来适应梁体的转角需要。通过在上支座板上设置长圆形的销钉孔，来满足支座的位移要求。该支座用于16m以下的小跨度混凝土桥梁，目前常被板式橡胶支座所取代。摇轴支座由上支座板，下支座板和摇轴（活动支座无此项）组成。该支座通过摇轴的摆动来适应梁体的位移需要。摇轴的上下弧面为同心圆。该支座常用于32m及以下跨度的混凝土桥梁。近年来摇轴支座已经被铰轴支座或盆式橡胶支座所取代。桥梁钢支座（摇轴支座）铰轴支座有上支座板，下支座板，铰轴和摇轴（活动支座无此项）组成。支座的转动由铰轴来实现。支座的位移由摇轴的摆动来实现。目前铰轴支座常常被盆式橡胶支座所取代。桥梁钢支座（铰轴支座）桥梁钢支座（辊轴支座）辊轴支座由上支座板，铰轴，下支座板，辊轴和座板（活动支座无后两项）组成。辊轴支座主要用于大跨度钢梁桥。辊轴支座的位移通过多个平行辊轴的摆动来实现。目前辊轴支座常出现辊轴倾倒，无法复位和连接多个辊轴的连杆螺栓被剪断等病害。桥梁钢支座（铰轴滑板支座）铰轴滑板支座是为了克服辊轴支座病害而设计的一种支座铰轴支座取消了辊轴支座的辊轴部分，用聚四氟乙烯滑板和不锈钢板组成的平面滑动摩擦副来替代，以满足支座的位移需要。铁路桥梁板式橡胶支座板式橡胶支座有多层橡胶和钢板粘接硫化而成。由于在橡胶内部设置了钢板，约束在垂直荷载作用下的橡胶变形，从而可提高支座的承载能力（σ=8MPa）。板式橡胶支座通过橡胶承压和转动，并通过橡胶的剪切来满足梁体位移的需要。板式橡胶支座适用于20m以下的混凝土桥梁。常用于替代弧形钢支座。板式橡胶支座质量控制应符合TB/T1893-2006《铁路桥梁板式橡胶支座》标准。铁路桥梁板式橡胶支座１.板式橡胶支座的构造：橡胶板、钢板粘结后硫化成型2.板式橡胶支座的工作原理通过钢板约束橡胶的变形，从而提高支座的承载力３.板式橡胶支座的基本力学性能a.板式橡胶支座的抗压性能形状系数（矩形），(圆形)公路抗压弹性模量G—剪切模量铁路抗压弹性模量ES(表格对应)b.板式橡胶支座剪切模量c.板式橡胶支座的转动xhbabaS)(2xhDS424.5SGEMPaG15.00.17.0静＋活tgr45.0活tgr铁路桥梁板式橡胶支座由于板式橡胶支座纵、横向剪切刚度相等，在列车摇摆力等横向力作用下，梁体横向位移较大，无法满足《检规》的要求。因此板式橡胶支座必须设置横向限位装置。横向限位装置示意如右图。板式橡胶支座横向限位装置构造铁路桥梁盆式橡胶支座铁路桥梁盆式橡胶支座有上支座板、下支座板、承压橡胶板（含黄铜密封圈）、钢衬板和聚四氟乙烯滑板（活动支座无后两项）组成。支座有设置在钢盆中的承压橡胶板承压和转动，由平面聚四氟乙烯滑板和焊接在上支座板上的不锈钢板滑动，以满足支座位移需要。盆式橡胶支座性能及质量控制按TB/T1853-2006《铁路桥梁盆式橡胶支座》标准。盆式橡胶支座在京九、丰准、候月、南昆、朔黄和秦沈线等预应力混凝土桥梁上大量应用，已成为铁路桥梁最常用的桥梁支座形式之一。铁路桥梁盆式橡胶支座盆式橡胶支座固定支座铁路桥梁盆式橡胶支座１.盆式橡胶支座的构造a.钢盆中橡胶处于三向应力状态，承载能力提高～b.黄铜紧箍圈的作用：防止橡胶在高应力下被挤出；c.上支座盆塞与盆环的间隙控制：防橡胶挤出；控制支座纵向位移；盆塞的厚度与外径直接影响接触应力25MPa300059.0DDDDEhP2.盆式橡胶支座的设计计算a.橡胶直径的取值～,橡胶厚度的取值～15；橡胶在垂直荷载和转动作用下的最大压缩应变不大于b.钢盆外径的取值在平时承受制动力、牵引力、支座伸缩阻力和长钢轨的阻力，一般≦10%P地震时由地震水平加速度决定0.1g，0.15g，0.2g，0.3g,钢盆承受的水平力由外力和钢盆中橡胶的侧向压力两部分组成，由盆环横截面承受，按拉、剪组合。25MPa3012/xhDxh%15３.盆式橡胶支座活动支座a.盆式橡胶活动支座的组成平面滑动部件：聚四氟乙烯板――不锈钢板改性超高分子量聚四氟乙烯板――不锈钢板b.聚四氟乙烯滑板的摩擦与磨耗特性聚四氟乙烯板的摩擦特性：摩擦系数小、应力越大摩擦系数越小、摩擦速度越快摩擦系数越大。聚四氟乙烯板的磨耗特性：ＰＶ越大磨耗越严重，不锈钢板表面平面度0.0003DD―四氟板直径聚四氟乙烯板磨耗对硅脂的影响：硅脂坑排列向与位移方向的关系不锈钢板表面平面度0.0003D不锈钢板表面表面粗糙度。镜面。１Ｃr18NiqTi或其他耐腐蚀不锈钢。c.改性超高分子量聚四氟乙烯板的摩擦磨耗性能。d.聚四氟乙烯板和改性超高分子量聚四氟乙烯板的材质性能要求。MPa30smmV/8mRy1４.盆式橡胶单向活动支座的结构形式a.KTPZ系列盆式橡胶支座双侧导向支座ＳＦ－１三层复合板与不锈钢板滑动摩擦副优点：滑动位移与转动分别实现，加工比中间导向支座方便缺点：用钢量略多b.CKPZ系列中间导向盆式橡胶活动支座通过在钢衬板中心凸起导向块导向优点：用钢量略少缺点：机加工难度增加。c.TGPZ系列盆式橡胶支座双侧导向支座与KTPZ系列支座相同d.公路盆式橡胶支座单向活动支座上支座板直接扣在下支座板上导向缺点：转动与滑动处于同一部位当梁体发生旁弯（水平转角）时容易发生卡死现象。KTPZ系列盆构造特点式橡胶支座GTPZ系列盆构造特点式橡胶支座CKPZ系列盆构造特点式橡胶支座公路盆式橡胶支座单向活动支座５.盆式橡胶支座多向活动支座结构形式结构简单支座应考虑顺桥向和横桥向双向位移支座所承受的水平力只有支座滑动部件所产生的摩擦力铁路桥梁球型钢支座球型钢支座由上支座板、下支座板、球冠钢衬板、平面聚四氟乙烯和球面聚四氟乙烯滑板组成。球型钢支座具有构造简单、传力路线通顺、结构高度低、节约钢材等优点。1990年由铁道科学研究院研究开发后，大量用于公路桥梁上，并首次用于齐齐哈尔嫩江铁路大桥上。球型钢支座的性能和质量控制按GB/T17955-2000《球型支座技术条件》国家标准执行。１.球型支座的构造特点a.通过球面钢衬板与球面聚四氟乙烯板的球面转动满足支座转角要求b.球面支座的转动力矩M=N·μ·R盆式橡胶支座的转动力矩c.球型支座球冦钢衬板的球面滑动面处理•镀硬铬•包覆不锈钢板•合金铝２.球型支座的支座类型与盆式橡胶支座相同3215.1DXKKMm100３.改性超高分子量聚乙烯滑板在球型支座上的应用南京大胜关长江大桥180MN支座简介４.柱面支座•柱面支座的构造特点•柱面支座的应用•柱面支座存在的问题球型钢支座固定支座28002800123453902400240067球型钢支座多向活动支座横桥向28002400280024001234563907球型钢支座单向活动支座2400280024002800顺桥向横桥向1234563907钢桥用球型钢支座为了保证钢桥支点的反力中心与支座的转动中心重合，钢桥用球型钢支座的球面钢衬板应倒置，即球面向上。以避免由于支座在发生位移后，对钢梁结点产生次弯矩。右图为南京大胜关长江大桥180MN球型钢支座构造示意图。球型钢支座设计参数平面和球面聚四氟乙烯板的容许压应力为σ=30MPa：球面半径为聚四氟乙烯板直径的1.5-2.8倍：支座转动力矩M=N×μ×R；支座滑动摩擦系数μ=0.03；支座设计转角θ≥0.03rad。另：平面和球面改性超高分子量聚乙烯的容许压应力为σ=45MPa。三、铁路桥梁支座的布置方式铁路桥梁支座按其位移约束方式可分为固定支座、纵向活动支座横向活动支座和多向活动支座四种。支座的代号如下：固定支座纵向活动支座横向活动支座多向活动支座铁路简支梁桥支座布置铁路连续梁支座布置四、客运专线铁路桥梁支座简介自2005年客运专线铁路兴建以来,主要采用以下几种支座:1.铁路简支梁上用盆式橡胶支座:KTPZ、TGPZ和CKPZ三种。2007年统一按装尺寸为通桥（8360）-2007。2.铁路连续梁桥上用球型钢支座。3.连络线上用盆式橡胶支座、柱面钢支座、双曲面钢支座等。KTPZ系列客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座设计以KTPZ系列盆式橡胶支座为例，说明客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座的规格系列和各项设计参数。设计依据及设计参数设计依据《新建时速300-350公里客运专线铁路设计暂行规定》（铁建设[2007]47号）；《铁路桥涵设计基本规范》（TB10002.1-2005）；《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》（TB10002.3-2005）；《铁路桥梁盆式橡胶支座》（TB/T2331-2004）；《铁路工程抗震设计规范》（GB50111-2006）；《客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件》《新建铁路桥上无缝线路设计暂行规定》《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》KTPZ系列客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座设计参考规范:欧洲标准EN1337-1、2、5部分；英国标准BS5400；美国标准ASSHTO1994；德国标准DIN4141-12滑动支座KTPZ系列客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座设计图纸分类（共9册）KTPZ-Ⅰ地震动峰制值加速度Ag≤0.1g区简支T梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅱ地震动峰制值加速度0.1g＜Ag≤0.15g区简支T梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅲ地震动峰制值加速度0.15g＜Ag≤0.2g区简支T梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅳ地震动峰制值加速度Ag≤0.1g区简支箱梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅴ地震动峰制值加速度0.1g＜Ag≤0.15g区简支箱梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅵ地震动峰制值加速度0.15g＜Ag≤0.2g区简支箱梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅶ地震动峰制值加速度Ag≤0.1g区连续梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅷ地震动峰制值加速度0.1g＜Ag≤0.15g区连续梁用盆式橡胶支座；KTPZ-Ⅸ地震动峰制值加速度0.15g＜Ag≤0.2g区连续梁用盆式橡胶支座。KTPZ系列客运专线铁路桥梁盆式橡胶支座设计荷载分级简支T梁分6级：1000，1500，2000，2500，3000，3500kN；简支箱梁分9级：2500，3000，3500，4000，4500，5000，550