浅谈桥梁支座及其受力

摘要：本文主要介绍了桥梁支座类型、受力的情况以及桥梁支座布置原则；分析了其主要病害并简述了其发展的方向。

关键词：桥梁支座；位移，发展

中图分类号： K928 文献标识码： A 文章编号：

桥梁支座作为桥梁的重要组成部分，在桥梁的整体中起着非常重要的作用，它使桥梁构成一个整体，桥梁支座也是桥跨结构的重要支撑部分，它是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件。它能够将桥跨结构的支撑反力传给桥墩，并且它还需要能够保证桥跨结构在荷载和温度变化的作用下具有设计时所要求的一些静力条件，从而能够适应梁体转动和自由伸缩的需要。并且还应该具备便于安装、维修和养护的作用，支座还必须能够保证在墩台上的位置充分的固定，不能滑落。桥梁支座的好坏直接影响着桥梁的整个结构，因此对桥梁支座的研究是非常重要的。

1 桥梁支座的分类

按支座变形的情况分为：固定支、座单项活动支座、多向活动支座；

按支座材料的情况分为：钢支座、混凝土支座、铅支座、聚四氟乙烯支座、橡胶支座；

按支座结构形式分为：弧形支座、板式橡胶支座、摇轴支座、盆式橡胶支座、球型支座等。

下面简单介绍几种支座：

（1） 板式橡胶支座

板式橡胶支座由数层薄橡胶片与薄钢板镶嵌、粘和、压制而成。它需要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，需要有良好的弹性，以适应梁端的转动，有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。我国公路桥梁规范规定，标准跨径20 m 以内的梁和板桥，一般可采用板式橡胶支座， 但在实际应用中往往超越上列跨径界限，只要严格按设计原则考虑， 均能取得比较满意的结果。板式橡胶支座有矩形和圆形两种。国产板式橡胶支座的支座承载能力范围可在150~ 7000KN 间。

（2） 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。盆式橡胶支座按使用性能可分为: 双向活动支座( 又称多向活动支座)， 具有转动和纵向与横向滑移性能；单向活动支座，具有转动和单一方向(纵向或横向)滑移性能； 固定支座仅有转动性能。

（3） 大吨位的球形钢支座

随着大跨度桥梁结构的发展，要求桥梁支座的承载能力大，同时具备适应大位移和转角的要求。球形钢支座传力可靠，转动灵活，它不但具备盆式橡胶支座承载能力大，允许支座位移大等特点，而且能更好的适应支座大转角的需要，与盆式橡胶支座相比具有如下优点。

①球形钢支座通过球面传力，不出现力的缩颈现象，作用在混凝土的反力比较均匀。

②支座各向转动性能一致，适用于宽桥、曲线桥。

③支座不用橡胶承压，不存在橡胶老化对支座转动性能的影响，特别适用于低温地区。

（4） 拉力支座

在连续桥梁、悬臂桥梁、斜桥、宽悬臂翼缘箱梁桥以及小半径曲线桥上，因荷载的作用，在某些支点上产生拉力，在这种情况下，必须设置能抗拉、并且能承受相应的转动和水平位移的支座。球形钢支座、盆式和板式橡胶支座都能变更功能作为拉力支座，这种变更既可用于固定支座，还可用于活动支座。板式橡胶拉压支座能够用于拉力较小的桥梁，对反力较大的桥梁则用球形抗拉钢支座或盆式拉力支座更适合。但是， 支座拉力超过1 000 KN时， 上述结构则不经济。

（5） 减震隔震支座

地震地区的桥梁支座不仅应满足支承要求，同时应具有减震、防震等各种功能。按抗震要求设计的支座必须具有抵抗地震力的能力；而减、隔震支座的作用是尽可能地将结构或部件与可能引起破坏的地震地面运动分离开来，以大大减少传递到上部结构的地震力和能量。目前国内主要的减、隔震支座和抗震支座的类型有新型减震橡胶支座、抗震型球形钢支座、高阻尼橡胶支座和铅芯橡胶支座。

下面简述下铅芯橡胶支座为例说明。铅芯橡胶支座是在普通板式橡胶支座中加设圆柱形铅芯的一种特殊的减隔震支座，其结构见图如图1所示。

1—竖向力 2—橡胶 3—铅芯4--钢板

图1 铅芯橡胶支座

其减震原理为：铅芯橡胶支座在正常使用情况下，铅芯所提供的功能与普通固定支座完全一样；在地震作用下，由于铅芯的屈服，使铅芯橡胶支座类似于由固定支座转化为滑动支座，从而延长整个结构的自振周期，降低结构的地震反应。此外，铅芯屈服后还具有很好的耗能能力。因此，铅芯橡胶支座对上部结构具有正常使用条件下的限位和地震作用下的耗能及隔震作用。铅芯橡胶支座是目前桥梁隔震设计中应用的比较多的一种减震支座，对大量的实验进行统计分析后可知，其滞回曲线一般为梭形，图形呈反对称，如图2

图6- 2铅芯橡胶支座滞回曲线

一般情况下，准确地按实验所得结果建立滞回模型十分困难，为简化起见，可以根据滞回曲线中正反向加载时的初始刚度与卸载时的刚度基本平行以及正反向屈服后刚度也基本互相平行的特性，将支座的滞回曲线简化为双线性曲线，从而建立起铅芯橡胶支座滞回曲线的等价线性化模型，如图3。

图3铅芯橡胶支座滞回曲线的等价线性化模型

2 桥梁支座所承受的力

桥梁支座所承受的垂直反力主要有：结构的自重、二次恒载、活载、施加预应力所产生的竖向反力、离心力（桥梁竖向为曲线形）、地基沉陷产生的支座附加力；承受的桥轴方向的水平力有：制动力和牵引力、支座的位移阻力、撞击力等；承受的垂直于桥轴方向的水平力有：离心力、风力、侧向撞击力等。

3 桥梁支座所承受的位移

桥梁支座所承受的位移主要有：桥轴方向的支座位移，包括施加在梁体预应力所产生的支座位移、混凝土收缩与徐变变位、梁体温度伸缩变位、梁体活载作用下的下翼缘的伸长、下部结构的位移等；垂直桥轴方向的支座位移包括梁体横向预应力产生的支座位移、混凝土收缩徐变变位、梁体温度伸缩变位、日照产生的梁体横向弯曲变位、下部结构的横向变位；

4 桥梁支座所承受的转角

沿桥轴方向的转角主要有：自重产生的梁端转角、二次恒载转角、活载转角、梁体上、下翼缘温差产生的转角、梁体施加预应力产生的转角、混凝土收缩和徐变产生的转角、下部结构的转角；支座横桥向的转角主要有：恒载、活载、横向预应力引起的的转角、梁体混凝土横向收缩徐变引起的转角和下部结构横向的转角等。

5 桥梁支座的布置原则

桥梁支座的布置主要与桥梁的结构形式有关，布置时主要考虑以下原则：支座必须能可靠传递水平和垂直反力；铁路桥梁通常在每一联梁体上设置一个固定支座；支座应能同时适应桥梁顺桥向和横桥向的变形；尽可能使梁体所产生的位移和转角不受约束；当桥梁位于坡道时，固定支座应设在下坡方向桥台上；当位于平坡上时，固定支座应设在主要行车方向的前端桥台上；固定支座应设在具有较大支座反力的地方；同一桥墩上的几个支座应该具有相近的转动刚度；斜桥和横向易发生变形的桥梁不宜采用辊轴和摇轴等弧形钢板支座 ；连续梁可能发生沉陷时，应考虑支座高度调整的可能性。其布置原则既要有利于传力，又要使支座能适应梁体的自由变形。

6 桥梁支座的安装和维护

桥梁一定要正确的安装，按照厂家的标识进行合理的安装，还要进行定期的维护。这些是保证桥梁支座能够正常工作的重要措施。

7 桥梁支座的主要病害及处理

桥梁支座的作用很大，但其也存在着一些问题危害着桥梁结构，主要病害有以下几个方面：

(1)厂家材料的不合格，达不到标准，以次充好。因此，一定要对支座进行性能验证；

(2)设计人员的设计不合理、安装工艺不合理以及安装误差等引起的相关问题；

(3)对支座的养护不及时，导致支座过早出现问题危及桥梁安全；

(4)地震力的破坏；

(5)桥面荷载（汽车或火车）超载引起的破坏。

支座病害处理

(1)全面调查， 经综合考虑必要性、有效性、经济性、可行性和安全性确定处理方案， 而且处理方案要有针对性。

（2）对各类材料， 包括新更换的支座质量等要加强检验； 安装精度仍然要符合规范规定。

(3)施工安全性应考虑周全， 统一指挥， 施工过程中应有专人负责监控， 确保人身和设备的绝对安全。

(4)采用顶升法时， 要认真做好测量、观察、记录工作。要准确计算出原支座和现支座的高度差，保证顶升的同步性。

(5)采用顶升施工时， 应尽量缩短支座更换的时间。

(6)顶升施工时宜采用多顶小力多点布设的方法， 一是为确保安全， 二是减小对梁体集中受力过大而产生不利影响。

(7)施工时尽量减少桥面荷载， 对实施处理的桥梁应封闭交通。

(8)如采用搭设支撑平台的方案， 必须对地质情况、墩台受力条件等进行调查和验算。

(9)必要时对上部结构进行演算， 尤其是连续结构， 避免引起上部构在附加内力过大而引起破坏。

(10)由于桥梁本身可能存在其他病害， 在支座更换过程中应注意对原有其他病害的监测。

8 结语

桥梁支座作为桥梁的重要组成部分，在桥梁的整体中起着重要的作用，它将直接影响桥梁结构的使用性能和寿命。作为桥梁重要构件的支座在应用中存在的质量隐患令人担忧， 对结构的安全性和耐久性产生不容忽视的影响。支座病害发生在支座生产、桥梁设计和施工各过程中， 在建设管理过程各环节都应对此引起重视。我国正处于交通运输业大发展的时期，因此有必要对桥梁支座做更多的研究以适应桥梁的整体发展，需研究出承载力更大，允许位移更大，使用周期更长，性能更好，抗震能力更强的桥梁支座，为我国交通事业的建设做出更大的贡献。

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