桥梁施工技术

桥梁支座、墩台与基础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。(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；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.按其变位的可能性分: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.按材料分固定支座和活动支座的布置，应以有利于墩台传递纵向水平力为原则：(1)对于桥跨结构，最好使梁的下缘在水平力的作用下受压，从而能抵消一部分竖向荷载在梁下缘产生的拉应力。(2)对于桥墩，应尽可能使水平力的方向指向河岸，以使桥墩顶部在水平力作用下不是受拉。(3)对于桥台，应尽可能使水平力的方向指向桥墩中心，以使桥台顶部受压，并能平衡一部分台后土压力。三、支座的布置原则(1)对于有坡桥跨结构，易将固定支座布置在标高低的墩台上(2)对于连续梁桥及桥面连续的简支梁桥，为使全粱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；但若中间支点的桥墩较高或因地基受力等原因，对承受水平力十分不利时，可根据具体情况将固定支座布置在靠边的其它墩台上(3)对于特别宽的梁桥，尚应设置沿纵向和横向均能移动的活动支座。对于弯桥则应考虑活动支座沿弧线方向移动的可能性。对于处在地震地区的梁桥，其支座构造还应考虑桥梁防震的设施，通常应确保由多个桥墩分担水平力。四、支座的布置注意事项：桥梁支座的布置方式，主要根据桥梁的结构形式及桥梁的宽度确定。简支梁桥一端设固定支座，另一端设活动支座。铁路桥梁由于桥宽较小，支座横向变位很小，一般只需设置单向活动支座(纵向活动支座)，如图6-1所示(图中箭头所指表示支座活动方向，无箭头者表示不能活动)。公路T形梁桥由于桥面较宽，因而要考虑支座横桥向移动的可能性、支座布置如图6-2所。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。图6-1铁路简支梁桥支座布置图6-2公路简支梁桥支座布置连续梁桥每联只设一个固定支座。为避免梁的活动端伸缩缝过大，固定支座宜置于每联的中间支点上。但若该处墩身较高，则应考虑避开，或采取特殊措施，以避免该墩身承受水平力过大。其支座布置如图6-3所示。曲线连续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，此外，曲线箱梁中间常设单支点支座，仅在一联梁的端部(或桥台上)设置双支座，以承受扭矩。有意将曲梁支点向曲线外侧偏离，可调整曲梁的扭矩分布图6-4为曲线梁支座布的示意图。当桥梁位于坡道上时，固定支座应设在较低一端以使梁体在竖向荷载沿坡追方向分力的作用下受压，以便能抵消一部分竖向荷载产生的梁下缘拉力；当桥梁位于平坡上时固定支座宜设在主要行车方向的前端。桥梁的使用效果与支座能否准确地发挥其功能有着密切的关系，因此在安放支座时应使上部结构的支座位置与下部结构的支座中线对中，但绝对的对中是很难做到的因此，要注意使可能的偏心在允许的范围内，不致影响支座的正常工作。正确地确定支座所承受的荷载和活动支座的位移量，关系到支座的使用寿命。一般而言，固定支座除承受竖向压力外，还必须能承受水平力，其中包括可能产生的制动力、风力、活动支座的摩阻力、主梁弹性挠曲对支座的拉力等。这些水平力总是应当偏大地取用，且要求支座伸至上、下部结构中进行锚固或销结。对于弯、斜和宽桥，支座的受力比较复杂，需要认从三个坐标方向去研究、即使是在同一支座位置，不同的部位在受力上可能会有很大的差别。位移量的计算要考虑各种可能出现的工况。（1）对温差产生的位移要有足够的估计。（2）桥梁的挠曲、基础的不均匀沉降都会产生纵向位移，对于高桥墩，墩顶位移可通过活动支座上的挡块加以限制，它能使基底反力变化，并且阻止不均匀沉降；（3）由于一些不可估计的因素，通常计算的位移量宜乘以1.3左右的安全系数。梁桥支座的支承面一般是水平的。图6-3连续梁支座布置图6-4幻灯片6曲线连续梁支座布置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。垫层可用油毛毡、石棉板或铅板等做成，利用这些材料比较柔软又具有一定强度的特性来适应梁端比较微小的转动与伸缩变形的要求，并承受支点荷载。固定的一端，加设套在铁管中的锚钉锚固。锚钉预埋在墩台帽内。简易支座仅适于跨度10m以下的公路桥和4m以下的铁路板桥。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2.特殊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。特点：承载能力强,能适应桥梁的位移和转动的需要,目前仍广泛应用于铁路桥梁。钢支座常用的有铸钢支座和特种钢支座。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。图6-5(a)所示平板支座的上、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）平板支座图6-5(b)所示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）弧形支座跨度大于20m左右的梁，固定支座就得改用图6-5(c)或(d)左边的式样，将下摆加高，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6-5(c)右边所示的摇轴支座，或图6-5(d)右边所示的辊轴支座。摇轴支座由上摆、底板和两者之间的辊子组成。将圆辊多余部分削去成为扇形，就是所谓摇轴。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，相应要求辊子(摇轴)的直径也愈大,这就使支座高度变得很大。(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，它相当于将图6-5(c)左边的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。以上各式铸钢支座能较好地适应不同跨度桥梁的要求。但钢支座构造复杂，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它类型支座，如橡胶支座。（4）辊轴支座图6-6铸钢支座类型示意图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)特种钢支座特种钢支座主要采用以下几种形式:三、钢筋混凝土支座1.钢筋混凝土摆柱式支座2.混凝土铰1.钢筋混凝摆柱式支座钢筋混凝土摆柱式支座可用于跨径大于或等于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40~50号混凝土制成，柱体内一般按含筋率约为0.5%左右配置竖向钢筋，同时要配置水平钢筋网，以承受支座受竖向压力时所产生的横向拉力。2.混凝土铰混凝土铰有各种类型。桥梁上常用弗莱西奈铰，它是利用颈缩部分混凝土的双向或三向应力状态而使其承压能力提高，并可沿铰竖向轴线作少量转动。混凝土铰是最简单、也是最便宜的中心可转动的支座，其构造见图6-9。混凝土铰需要在铰颈上、下设置足以抵抗横向拉应力的钢筋,铰颈高度为铰颈宽度的1/2~1/3。铰颈部分应做成顺滑的抛物线形，铰颈两旁可用玛缔脂或沥青材料填塞。混凝土铰曾多次在大跨径桥梁中采用，支承反力可达10000kN。它的优点是支座高度小，构造简单，用钢量少;缺点是不能抵抗拉力，不能调整高度，转动量少，不便于更换和修理。图6-6克劳茨高级钢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（1）板式橡胶支座（2）盆式橡胶支座板式橡胶支座是仅用一块橡胶板做成的适用于中、小跨度桥梁的一种简单橡胶支座。它的活动机理是：利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角，利用其剪切变形实现水平位移，见图6-10(c)。因橡胶与钢或混凝土之间有足够大的摩阻力(摩擦系数0.25~0.40）橡胶板与梁底和墩台顶之间一般无须连接。在墩台顶部，需铺设一层砂浆，以保证支座放置平稳(图6-10a)。采用橡胶支座可以不设固定支座，所有水平力由各个支座均匀分担，必要时也可采用不等高的橡胶板来调节各支座传递的水平力。（1）板式橡胶支座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(见图6-10b)。由于橡胶片之间的加劲层能起阻止橡胶片侧向膨胀的作用，从而显著提高了橡胶片的抗压强度和支座的抗压刚度，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2000-8000kN，目前已广泛用于中`小跨度的公路及铁路桥梁。国内使用的橡胶以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。氯丁橡胶的使用温度不低于-25℃，天然橡胶不低于-40℃。橡胶的硬度、压缩弹性模量E、剪切弹性模量G、容许压应力[σ]容许剪切角的正切[tanγ]等，应按桥梁的使用级别按现行《铁桥规》或《公桥规》的有关规定取用。根据试验分析，橡胶压缩弹性模量、容许压应力和容许剪切角的值，均与支座的形状系数有关。形状系数S为加劲板式橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，即hbaabS)(2式中a——顺桥向橡胶支座的长度；b——横桥向橡胶支座的长度；h——橡胶层的厚度图6-10加劲板式橡胶支座图6-12盆式橡胶支座的一般构造（尺寸单位：mm）当活动支座的位移量较大时，要使橡胶板产生相应较大的剪切变形，就必须增加橡胶板的厚度。这样一则多耗材料，再则支座不稳,而且相邻支座厚度可能不一，车辆驶过时会产生高差，行车不顺。为克服这一缺点，可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