道路桥梁职称论文发表浅谈桥梁新型支座

　　摘要:桥梁支座，将桥面板的各种荷载作用传递到桥墩上，在桥梁结构中发挥着重要作用。本文从桥梁支座的分类、最新研究出的新型支座及应用、支座设计方法、支座破坏分析等方面进行了阐述。

　　关键词:桥梁支座,抗震减震,支座设计

　　在桥梁结构中，支座是桥梁上、下部结构的连接点，其作用是将上部结构的荷载舒适、安全地传递到桥梁墩台上去，同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩徐变等因素作用下的自由变形，以便使结构的实际受力情况符合计算图式，并保护梁端、墩台帽不受损伤。此外支座应便于安装、养护和维修，并在必要时进行更换。

　　一、 支座的分类

　　(一) 钢支座

　　我国早期的铁路桥梁大多数都采用钢支座。钢支座的型式有弧型支座、摇轴支座、铰轴支座和辊轴支座。材质上，铸件(支座的上下摆、摇轴、座板等)多采用zG25 II，铰轴、辊轴等采用35号锻钢。弧型支座、摇轴支座主要用于中小跨度钢梁：混凝土梁、大跨度钢梁主要采用承载力强的辊轴支座。钢支座在使用过程中，铸件的锈蚀易导致支座的冻死，从而影响其使用性能。作为改进可以在活动支座中以聚四氟乙烯滑板代替辊轴，活动支座和固定支座上、下摆之间均以铰轴连接，称作铰轴滑板钢支座。

　　(二)板式橡胶支座

　　板式橡胶支座是一种新型桥梁支座。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。板式橡胶支座由数层薄橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合、压制而成。它具

　　有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部结构的反力可靠地传递给墩台，良好的弹性以适应梁端的转动，较大的剪切变形以满足上部结构的水平位移。板式橡胶支座适用于中小跨径的公路、城市和铁路桥梁。板式橡胶支座又可分为矩形和圆形两种 ,圆板式板式橡胶支座主要用于圆形桥墩的桥梁。板式橡胶支座的型号、高度等应根据实际的位移量及支座反力大小来确定。板式橡胶支座应尽量水平安装,当必需倾斜安装时,最大纵坡应≤2%。板式橡胶支座一般分为非加劲支座和加劲支座两种。

　　(三)盆式橡胶支座

　　盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的新型桥梁支座。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1000 kN以上的大跨径桥梁，也适用于城市、林区、矿区的桥梁。盆式橡胶支座可分为单向支座、多向支座和固定支座。

　　(四) 球型支座

　　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。随着桥梁技术的发展，大量的弯桥和宽桥的出现，70年代初国外就研制成球型支座，它的设计转角可远大于盆式橡胶支座，一般为0.0l～0.02rad，必要时也可以达到0.05rad。设计反力从1Kn～30Kn。

　　二、 支座的最新进展

　　(一) 复合球型支座

　　新型复合材料球型支座是由钢和耐压材料结合制造而成的，其外观结构与现有球型支座相似。按支座功能可分固定支座、纵向活动支座、横向活动支座和多向活动支座四种。其技术创新反映在：(1)支座上摆和下摆分别在凸球壳和凹球壳内填充耐压材料，填充的耐压材料重量轻;(2)球壳内的耐压材料处于三向应力状态，大大提高了支座的承载能力，使支座具有很大的抗压安全储备;(3)支座结构简单，便于加工制造;(4)支座不易损坏和老化，耐久性好。

　　复合材料球型支座在构造和用料两方面的技术创新以及新铸造工艺的引进，进一步完善了球型支座的使用性能的同时，也降低了支座的造价，其制造成本不但大幅低于现有同承载力的其它球型支座，而且还低于同承载力的盆式橡胶支座。另外，支座铸钢用量的大幅降低也大大降低铸造能耗。

　　(二)双曲面球型支座

　　双曲面球型减隔震支座是近年来我国科研人员研制的桥梁支座。这种支座主要应用于城市立交桥、公路桥梁、铁路桥梁及城市轨道交通桥梁等领域。同时，也可应用于有减隔震要求的其它建筑工程。双曲面球型减隔震支座的技术创新点主要体现在：(1)设计采用了上下不同半径的两个球面，既可保证支座正常的转动和滑移功能，又能实现抗震刚度要求，达到减震功能;(2)支座摩擦部位采用填充聚四氟乙烯复合夹层滑片与不锈钢板组成，具有承载力大、耐久性好等特点，并可根据使用要求对摩擦系数进行调节。

　　(三)新型抗震支座

　　我国处于环太平洋和北半球中纬度大自然灾害的交汇地区。由于幅员广阔，气候与地貌条件复杂，系世界上自然灾害最严重的国家之一，特别是近年来地震灾害频繁发生，几起特大地震(如四川汶川、青海玉树地震等)对人民群众生命安全和财产造成巨大伤亡和损失。做好城市生命线工程(包括城市交通、城市桥梁)的安全，对于人民群众的生命安全和社会正常运转有重要作用。

　　抗震支座包括支座的上锚碇板组件、下锚碇板组件、与上锚碇板组件固定连接的上滑动板组件、与下锚碇板组件固定连接的下滑动板组件，以及分别设置在支座两侧的两个速度锁定器。上、下滑动板组件通过导轨两侧组件形成滑动配合，上、下滑动板组件分别和速度锁定器的缸体和活塞固定连接，速度锁定器的作用方向与导轨方向平行。这种支座的作用效果是，当地震等因素产生比较大的震动时，能够有效地分散荷载，使得桥梁结构的受力更均匀，性能更稳定，从而避免或减轻自然灾害对桥梁结构的破坏，

　　(四)新型减震支座

　　新型减震支座分为油压减震器和橡胶减震器，减震器的机理主要是利用液体介质的粘滞性或橡胶的弹性所产生的阻尼力来减小地震力的影响。

　　目前国内桥梁采用的减震技术，大致集中在以下两类：一类是延长结构周期，同时采用消耗地震能量的隔震装置来提高结构的抗震性能，如铅芯橡胶隔震支座、摆式滑动摩擦支座等;另一类是利用耗能装置来消耗地震能量，达到改善桥梁结构局部关键部位的抗震性能，如粘滞阻尼器。

　　三、支座设计方法

　　a.确定支座的尺寸

　　支座尺寸包括支座平面面积与支座高度两部分数据的确定。支座平面面积可以这样计算：

　　其中 为最大的支点反力;A为橡胶支座的平面面积; 为支座的平均许用应力

　　b.验算支座偏转与压缩变形

　　桥跨结构在支座处会产生转角，支座通过不均匀压缩来提供这种转动能力，同时支座与桥跨结构之间不能有“脱空”现象发生，支座的平均压缩量越大这种转动能力就越强，这就要求在转角一定的条件下，支座要保证一个最小的平均压缩量 ， 可以这样求得：

　　其中，为橡胶支座的弹性模量;为橡胶层的总高度。

　　c.验算支座抗滑

　　支座要想发挥起作用，必须要保证其处于设计的位置，在水平力作用下在支座与桥跨结构的接触面上以及支座与墩台的接触面上不能出现相对滑动，这种保证来自于支座与混凝土之间要有足够的摩擦力，摩擦力的大小可以通过压力与摩擦因数再考虑一定的经验系数来确定。

　　四、支座破坏分析

　　桥梁支座是桥跨结构的支承部分, 它的作用是将上部结构的反力传给墩台, 并完成梁部结构所需要的变形, 包括水平位移和转角。因而它是桥梁的重要组成部分。某些上部梁跨及墩台基础的病害, 往往首先反映在支座位移的变化上, 所以桥梁支座应经常保持良好的状态, 发现病害要及时整治。支座破坏往往会引起桥梁的灾害。

　　支座在设计使用期限内会出现许多问题。这些问题的来源是多方面的，既有支座所选橡胶材料不耐老化的先天缺陷因素，也有支座选取、布置不合理，施工不规范、不专业，养护不到位等人为因素。下面选取几种设计中常用的支座来分析其发生破坏的原因。

　　(一)弧形支座在使用过程中经常发生转动不灵活、锚栓剪断及上下座板之间纵向错位超限的现象。转动不灵活主要是由于弧形接触面线接触应力过大被压平，造成支座转动困难;支座锚栓与梁底钢板大多采用焊接连接，焊接缺陷及焊接残余应力使得锚栓疲劳强度降低，容易引起锚栓疲劳断裂的病害;上下座板之间纵向错位主要是梁体在荷载作用下出现伸长或缩短，是由于支座弧形接触面被压平，梁体纵向变形无法复位所致。

　　(二)摇轴支座在使用过程中经常发生活动支座无法复位的现象，主要原因是由于下摆与支座底板的线形接触面接触应力过大被压平，下摆与底板之间由原来的线接触转变为弧面接触所致。此外，该类支座还经常发生活动支座下摆与底板之间的销子被剪断、上摆与摇轴之间的摆卡被剪断、锚固螺栓被拔掉及垫石崩裂等病害，这主要是由于支座承受了超过设计水平的横向力或纵向力所引起。

　　(三)铰轴支座在使用过程中经常发生的病害与摇轴支座类似，主要有活动支座无法复位、活动支座下摆与底板之间的销子被剪断、锚固螺栓被拔掉及垫石崩裂等病害。此外，该类支座在横向力作用下其上摆左右两侧凸字形限位板及下摆左右两侧半圆形限位板容易出现病害，如限位板外凸变形及限位板螺栓剪断后限位板脱落缺失等。与摇轴支座相比，此类支座在横向力作用下更容易出现病害，这主要是由于两种支座横向限位构造不同所致，铰轴支座主要靠限位板上的螺栓抵抗横向力，而摇轴支座主要靠上摆和下摆之间嵌套的摆卡抵抗横向力，后者比前者更能抵抗横向水平力。

　　(四)板式橡胶支座中橡胶老化、变质使得梁体不能自由伸缩，直接导致梁端或墩、台帽混凝土破裂，造成掉角、啃边现象，橡胶板易位，严重的还可能导致伸缩缝破坏。

　　五 未来桥梁支座构想

　　随着桥梁结构向智能化、精细化的趋势发展，研制出同时具备抗震性能优良、能随时监测支座位移、耐久性好的支座，应该是未来桥梁支座设计发展的方向。同时，新的桥梁支座，也需要桥梁设计理论的不断创新和进步。

　　为了提高支座的抗震性能，可以考虑在支座中增加较大阻尼的构成材料，来消耗地震作用的能量。同时，在支座上设置适当的传感器，来实时监测桥梁的变形，从而能够及时的对可能发生事故的桥梁提前进行加固和处理，避免灾害的发生。为了提高支座的耐久性和使用寿命，研制新的复合材料共同构成桥梁支座，使支座能够在更为复杂的自然条件下工作更多的时间。与此同时，未来的桥梁支座也应该考虑可持续的理念，优先采用环保节能高强的材料进行支座的设计和制作。

　　参考文献：

　　[1]张勇，既有铁路桥梁支座病害调查及原因分析[J],铁道建筑，2011

　　[2]穆祥纯，论新型桥梁支座在城市桥梁建设中的创新发展[J],特种结构，2012

　　[3]王勇，浅谈桥梁支座设计理论[J],工程技术，2010

　　[4]沈旭辉，浅谈桥梁支座的应用及其类型[J],科技博览，2010

　　[5]陈福斌，某钢箱梁桥支座脱空原因分析及处治[J],中外公路，2010

　　[6]陈露华，简支转连续梁桥支座更换新技术研究[J],公路，2011

　　[7]谢大权，桥梁支座锚栓折断病害的整治[J],哈尔滨铁道科技，2011

　　[8]苗晓瑜，SMA—橡胶复合支座的力学性能及在桥梁结构中的应用研究[J],西安建筑科技大学学报，2012