第二章-混凝土简支梁桥-3

第二章混凝土简支梁桥桥梁工程第三节桥梁的支座一、概述1、支座作用传递上部结构的各种荷载适应温度、收缩徐变等因素产生的位移保证桥跨结构在墩台上的位置充分固定,不滑落2、支座布置桥梁支座的布置，应以有利于墩台传递纵向水平力，有利于梁体的自由变形为原则。根据梁桥的结构体系以及桥宽，支座在纵、横桥向的布置方式主要有以下几种第二章混凝土简支梁桥桥梁工程（1）简支梁桥应在每跨的一端设置固定支座，另一端设活动支座；对于多跨简支梁，一般把固定支座布置在桥台上，每个桥墩上布置一个（组）活动支座与一个（组）固定支座。若个别墩较高，也可以在高墩上布两个（组）活动支座。（2）对于坡桥，宜将固定支座布置在标高低的墩台上。同时，为了避免整个桥跨下滑，影响车辆的行驶，当纵坡大于1%或横坡大于2%时，应使支座保持水平，通常在设置的梁底面，增设局部的楔形构造，如下图所示。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程（3）对于桥面连续的简支梁及连续梁桥，一般在每一联设置一个固定支座，并宜将固定支座设置在靠近温度中心处以使全梁的纵向变形分散在梁的两端，其余墩台上均设置活动支座。在设置固定支座的桥墩（台）上，一般采用一个固定支座，其余为横桥向的单向活动支座；在设置活动支座的所有桥墩（台）上，一般沿设置固定支座的一侧，均布置顺桥向的单向活动支座，其余均为双向活动支座。对于一些特别宽的桥梁，尚应设置沿纵向和横向均能自由移动的活动支座。铁路桥梁一般情况下桥面较窄，支座横向变位很小，一般只须设置单向活动支座(纵向活动支座)。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(1)固定支座：它能承担支承点处顺桥向、横桥向的水平力和竖向反力，并约束相应的线位移。(2)单向活动支座：它在承担竖向反力的同时，能约束顺桥向、横桥向水平位移中的一个线位移。(3)多向活动支座：容许支座在顺桥向、横桥向两个方向发生水平线位移，仅承担竖向反力。二、支座的类型和构造目前我国梁式桥使用的支座，按其容许变形的可能性可分为：第二章混凝土简支梁桥桥梁工程应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度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铁路桥一般采用钢支座桥梁支座按使用材料来分，又可分为简易支座、钢支座、橡胶支座、混凝土支座等四大类。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(一)简易支座对于跨度小于或等于6m的铁路板梁桥或标准跨径小于10m的公路简支梁桥，为简单起见，可不设专门的支座，而采用由几层油毛毡或石棉做成的简易支座，如下图所示。这种简易垫层的变形性能较差。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(二)钢支座钢支座主要用在钢桥或大跨径混凝土桥上。钢支座承载能力大，但用钢量多、易锈蚀，因而养护费用较高，常用的有弧形支座、摇轴支座和辊轴支座。1.弧形钢板支座弧形钢板支座常用于跨径10m~20m，支承反力不超过600KN的简支梁桥上。弧形钢板支座由上、下两块支座垫板以及齿板或销钉组成，上支座垫板是一平板（或弧面），下支座垫板的顶面是一曲率很大的弧面，如下图所示。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程弧形支座第二章混凝土简支梁桥桥梁工程2.摇轴支座梁桥的跨度大于或等于20m时，可采用钢摇轴支座。摇轴支座有活动支座和固定支座之分，如下图所示。活动支座由底板、摇轴和直接与梁底相连的顶板组成。摇轴的顶面和底面均做成圆曲面形，能自由转动，并由摇轴转动顶面、底面的位移差，来适应梁体水平位移的需要。固定支座由顶板、摇轴两部分组成，而摇轴的底面是水平面，直接和墩台顶面连接，因此支座只能转动，不能位移。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程3.辊轴支座辊轴支座是大跨度混凝土桥和钢桥常用的支座形式。辊轴支座通常由若干个小直径的辊轴并列、组联在一起，如下图所示，通过辊轴的转动实现梁体水平位移和转动。辊轴的数量视支座反力的大小而定。为了保证各辊轴之间的相对位置，通常在辊轴两端中心处设置连杆，以使各辊轴平行转动。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程辊轴支座(固定)用于混凝土桥第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(三)橡胶支座橡胶支座一般可分为板式橡胶支座、盆式橡胶支座、四氟橡胶滑板支座、球冠圆板式橡胶支座四类。1.板式橡胶支座板式橡胶支座是由若干层橡胶片和薄钢板为刚性加劲物迭和而成。如下图所示。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程板式橡胶支座板式橡胶支座有矩形和圆形。支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程板式橡胶支座有矩形和圆形。支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-250C的地区，天然橡胶用于-300C∼-400C的地区。根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E、容许压应力[σ]和容许剪切角[tgr]的数值，均与支座的形状系数S有关。形状系数为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，矩形支座为：()tbabaS+⋅=2第二章混凝土简支梁桥桥梁工程式中：a⎯顺桥方向橡胶支座的长度；b⎯横桥方向橡胶支座的宽度；t⎯中间橡胶层的厚度。为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动的要求，支座的长度a与宽度b之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角γ。一般应充分利用有效宽度b，而尽可能减小a的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a5成正比）。根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%。()tbabaS+⋅=2形状系数第二章混凝土简支梁桥桥梁工程它的活动机理是：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。由此可见，板式橡胶支座一般无固定支座与活动支座之区别，所有纵向水平力和位移由各个支座均匀分配。如有必要设置固定支座可采用厚度不同的橡胶板来调节各支座传递的水平力和水平位移。板式橡胶支座活动机理第二章混凝土简支梁桥桥梁工程2.盆式橡胶支座盆式橡胶支座是由钢构件与橡胶组合而成的桥梁支座，它具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，适用于支座承载力为1000KN以上的大跨度桥梁。盆式橡胶支座按其工作特征可以分为固定支座、多向活动支座和单向活动支座三种。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程盆式橡胶支座是由氯丁橡胶板、钢盆、聚四氟乙烯板、不锈钢板、中间衬板、钢紧箍圈、橡胶密封圈等组成。如下图所示第二章混凝土简支梁桥桥梁工程盆式橡胶支座组成第二章混凝土简支梁桥桥梁工程第二章混凝土简支梁桥桥梁工程固定与滑动盆式橡胶支座多向活动支座（DX）第二章混凝土简支梁桥桥梁工程纵向活动支座（ZX）第二章混凝土简支梁桥桥梁工程固定支座（GD）第二章混凝土简支梁桥桥梁工程盆式橡胶支座盆式橡胶支座工作原理是：利用设置在钢盆内的橡胶块实现对上部结构承压和转动，利用中间钢板上的四氟板与顶面上不锈钢板之间的平面滑动适应桥梁较大的水平位移。由于弹性橡胶块在钢盆内处于三向约束状态，因此可获得较大的承载能力。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程3.四氟滑板橡胶支座四氟板式橡胶支座是在普通板式橡胶支座的表面粘贴一层聚四氟乙烯板（厚2～4mm）而成。它除具有普通板式橡胶支座的优点外，还能利用聚四氟乙烯板与梁底不锈钢板之间的低摩擦系数，使得桥梁上部构造的水平位移不受限制。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程四氟板式橡胶支座由上支座板、不锈钢板、四氟板式橡胶支座、下支座板和防护罩组成，如下图所示。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程聚四氟乙烯滑板橡胶支座适应于较大跨径的简支梁桥、桥面连续的公路桥梁；除作为桥梁支座使用外，四氟板式橡胶支座还被大量用作滑块使用，它可以在顶推施工的桥梁上用作施工工具，也可以用来做移动重物滑道。铁路上还利用四氟滑块来横移道岔，可大大减少封闭行车的时间。利用四氟滑板进行梁体的拖拉第二章混凝土简支梁桥桥梁工程4.球冠圆板式橡胶支座球冠园板式橡胶支座是一种改进后的园板式橡胶支座，其中间层橡胶和钢板布置与园板式橡胶支座完全相同，只是在支座的顶面用纯橡胶制成球形表面球冠园板式橡胶支座与板式橡胶支座相比，它具有支座传力均匀，可明显改善或避免支座底产生偏压、脱空等不良现象，特别适应于纵横坡度较大（3%～5%）的立交桥及高架桥。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程球冠圆板式橡胶支座第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(四)特殊功能的支座1、球形支座球型支座是在盆式橡胶支座的基础上发展起来的一种新型桥梁支座，如图。球形支座主要是由上、下支座板、钢球冠形衬板、平面聚四氟乙烯板和球面聚四氟乙烯板等部件构成。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程第二章混凝土简支梁桥桥梁工程球型支座提供桥跨结构水平位移的原理与盆式橡胶支座完全一样，不同之处是盆式橡胶支座通过钢盆中的承压橡胶块的不均匀压缩来满足梁体转角要求的，而球型支座则是通过球冠衬板与球面四氟板之间的滑动来满足支座转角的需要。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程这种支座的设计转角较大，各向转动性能一致，适用于宽桥和曲线桥。QGZ球型钢支座第二章混凝土简支梁桥桥梁工程地震地区的桥梁应使用具有抗震和减震功能的支座。目前国内主要的减隔震支座、抗震支座的类型有抗震铅芯橡胶支座（如图所示）、高阻尼橡胶支座和抗震型球形支座等。2、减震支座第二章混凝土简支梁桥桥梁工程连续梁桥、悬臂梁桥、斜桥以及小半径曲线桥，在运营荷载作用下，有时会在支座处产生向上拉力，此时支座既要承受压力又要承受拉力，拉压支座就是一种既能承受压力又能承受拉力的支座。3、拉压支座板式橡胶支座、盆式支座和球型支座都可以做成拉压支座的形式。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(五)客运专线支座第二章混凝土简支梁桥桥梁工程(六)支座抗震措施（1）墩台顶部沿梁轴方向的预留宽度设计宽度S（mm）：当L≤100m时，S=200+5L当L＜100m时，S=300+4L式中：L—桥梁跨度（m）（二）搭接长度悬臂梁与挂梁在支座处的搭接长度S宜大于600mm；但对软弱地基上的桥梁，其值应大于700mm。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程（3）桥跨结构的抗震连接当墩顶较宽时，可采用连接螺栓和嵌塞将桥跨结构联为一体，如图所示第二章混凝土简支梁桥桥梁工程在墩台顶面设限制位移锚栓或钢筋混凝土挡块，也是常用的防落梁措施第二章混凝土简支梁桥桥梁工程三、支座的设计计算●作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽车荷载支座反力时，应计入冲击影响力。当支座可能出现上拔力时，应分别计算支座的最大竖向力和最大上拔力。●直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。斜桥和弯桥的支座，还需要考虑由于汽车荷载的离心力或其它原因如风力等产生的横向水平力。（一）、支座受力特点第二章混凝土简支梁桥桥梁工程●对于地震地区桥梁支座的外力计算，应根据设计的地震烈度，按设计规范的规定进行计算和组合。●汽车荷载产生的制动力，应按照公路桥涵设计规范要求，根据车道数确定。刚性墩台各种支座传递的制动力，按规范中的规定采用。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程（二）、板式橡胶支座的设计计算1、支座尺寸确定根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过它们相应容许承压应力的要求，确定支座平面面积。在一般情况下，面积由橡胶支座控制设计：][maxσσ≤=AN（1）支座平面尺寸第二章混凝土简支梁桥桥梁工程式中：--运营阶段由桥上全部恒载与活载(包括冲击力)所产生的最大支点反力；A--橡胶支座平面面积；--橡胶支座使用阶段的平均压应力限值，[σ]=10MPa，支座形状系应在5≤S≤12范围内。maxN][σ][maxσσ≤=AN第二章混凝土简支梁桥桥梁工程（2）支座高度梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产生的纵向水平位移Δ，依靠全部橡胶片的剪切变形∑t来实现,Δ与∑t的关系为：t∑Δah][γΔγtgttg≤∑=ϒ由有∑≥][γΔtgt第二章混凝土简支梁桥桥梁工程][γtg--橡胶片容许剪切角的正切，可取用0.5～0.7，不计汽车活载制动力时用0.5；计及活载制动力时取用0.7，则上式可写成：DtΔ2≥∑)(43.1LDtΔΔ+≥∑DΔ---由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支座顶面相对于底面的水平位移。第二章混凝土简支梁桥桥梁工程LΔ--由制动力引起在支座顶面相对于底面的水平位移，可按下式计算GAtHTL2∑=ΔTH--活载制动力在一个支座上的水