桥梁支座质量管控思索

梁式桥由上部构造梁、下部构造墩台及中间构造支座组成，可见支座是梁桥不可缺少的组成部位。支座起着支撑主梁、连接主梁与墩台、传递主梁以上各种水平及垂直作用力，因此支座虽小其作用不可轻视。主梁结构设计及墩台结构设计均与其相关，支座的损坏会造成主梁和墩台的损坏，支座的耐久性直接影响着整座桥梁的耐久性，所以对桥梁支座设计上历来都是万无一失。支座所用材料过去大都是钢材，以后发展有的用钢材与高强混凝土相结合，现时用钢材、聚四氟乙烯、橡胶及不锈钢等材料相组合制作支座。根据垂直作用力和变形位移量支座型式设计有平面、弧面、辊轴、摆轴（柱），现除平面仍应用外，辊轴、摆式已发展为盆式及球式支座。利用橡胶材料的特性，将原来刚性支座变成弹性支座，设计时能够满足支座本身的各向变形（位移）。因为橡胶类支座构造简单，制作容易，成本较低，工作性能可靠，施工安装方便，抗震性好，一般条件下，除橡胶老化损坏外，使用中不会损坏。但是，自板式橡胶支座应用二十余年以来，其损坏还是比较严重的，支座橡胶体开裂、整体变形、翘曲、支座底面脱空、老化过快等均有发生。为避免板式橡胶支座过早损坏，延长使用寿命仍需从支座设计、加工制造、施工安装、质量检验试验等方面加以改进，加强管理。

1公路桥梁板式橡胶支座设计

1.1板式橡胶支座的修改完善

公路桥梁板式橡胶支座在我国应用以来已经过多次修订完善。交通部自1988年执行《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》和《公路桥梁板式橡胶支座技术条件》之后，又于1990年了《公路桥梁板式橡胶支座成品力学性能检验规则》，以便确保橡胶支座产品质量。随着公路桥梁建设的高速发展，橡胶支座应用更加广泛。经过试验研究，交通部于1993年再次《公路桥梁板式橡胶支座》行业标准，用以指导广大公路桥梁设计、施工及制作橡胶支座人员正确选择使用。为消除板式橡胶支座应用中发现的问题，提高板式橡胶支座的标准水平，使之与国际接轨，交通部集中各方力量，对以前一系列标准、规则进行了总结，参照外国标准，根据新的公路桥梁设计规范对原行业标准进行修订，于2004年6月1日实施了新的《公路桥梁板式橡胶支座》行业标准JT/T4-2004。随后又根据这个行业标准及《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》（JTGD62-2004）和《公路桥涵设计通用规范》（JTGD60-2004）的规定，对桥梁板式橡胶支座进行设计和计算，颁布实施了《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》(JT/T663-2006)中华人民共和国交通行业标准。这套04标准、04规范及06规格系列标准，对桥梁板式橡胶支座设计的基本数据、计算方法及强度、稳定性做出详细规定；对所用全部材料要求、支座力学指标、平面与厚度尺寸偏差、外观质量及内在质量均提出了明确规定；同时提出了对材料和成品支座的试验检测方法；对支座施工安装工艺、质量也提出了要求；这套标准中还通过设计计算编列出《板式橡胶支座规格系列选用参数表》。这样设计者只要计算出相应支座反力、各种作用（力）产生的支座剪切变形及各种因素引起的支座顶面倾角，便可轻而易举地设计出板式橡胶支座或验算按《板式橡胶支座规格系列选用参数表》所选用的支座。生产橡胶支座厂家按照现行公路桥梁板式橡胶支座04及06标准要求完全可以制作出耐久性很高的产品。下述可证明这一点。

1.2板式橡胶支座设计规范标准的安全性分析

这里将桥涵设计规范JTGD62-2004、橡胶支座标准JT/T4-2004和橡胶支座规格系列标准JT/T663-2006中主要设计规定数据、设计结果及检验指标加以分析，来说明设计规定的安全性。①设计规范规定支座使用阶段平均压应力极限值σc为10MPa，支座规格系列选用参数表中最大承压力RCK除以支座有效承压面积Ae（σc=RCK/Ae）后，所得压应力σc均不大于10MPa，而支座力学性能要求表中支座极限抗压强度Ru大于等于70MPa，可见保证系数之大。②设计规范中规定支座橡胶层总厚度大于等于2倍或1.43倍的ΔL/tanα，tanα是支座剪切角正切值的限值，不计制动力时为0.5，计入制动力时为0.7，其倒数即为2或1.43。支座规格系列选用参数表中橡胶层总厚度te均按此规定计算后另加上下钢板的保护层各2.5mm而得到总厚，这里保护层的5mm作为安全储备，橡胶层总厚度越小储备值比例就越大，最多可达20%，最小也有4%。最小橡胶层总厚度是为满足支座剪切角而确定，剪切角的计算没有考虑加劲钢板加入后的支座总厚度，如按支座总厚度来计算剪切角及其正切值，远远小于设计值，查规格系列参数表算得剪切角减少30%~40%，在剪切角试验计算时应引以注意。③支座压缩变形转角正切值，标准中规定tanθ≤0.0033，由规格系列选用参数表可见tanθ均大于此值。设计规范规定θ≤2σcte(1/Ee+1/Eb)/lα，因为式中σc及te均有很大安全储备，所以θ定会满足要求。θ比较式及表中取得的tanθ值均由规范支座竖向压缩变形公式σc,m=RCKte/AeEe+RCKte/AeEb及θlα/2=σc,m两式导得。只要将式中抗压弹性模量Ee用剪变模量Ge代换，即θ≤2σcte(1/5.4GeS2+1/Eb)/lα，即可算得参数表中tanθ值。表中因θ值很小，所以tanθ等于θ。④支座加劲钢板厚度计算及其与橡胶单层厚度关系，由公式ts=KpRCK(tes,u+tes,l)/Aeσs=Kpσc(tes,u+tes,l)/σs，可看出钢板厚度与橡胶层厚度存在比例关系，假定最上层或最下层钢板保护层不计，只有其下或上部橡胶层，这样上式变为ts=Kpσctes/σs，根据规范及标准σc为10MPa，σs为152.75MPa（0.65fsk=0.65×235），故ts=1.3×10tes/152.75=0.0851tes，这说明钢板层厚度为橡胶层厚度的0.0851倍，即橡胶层厚度为钢板厚度的23.5倍。规范规定钢板最小厚度为2mm，此时橡胶层厚度应为47mm，如果橡胶层是最上或最下层也不过23.5mm。支座规格系列标准选用表中按支座不同最大承压力列出有2~5mm钢板厚度及对应的5mm、8mm、11mm、15mm及18mm橡胶层厚度。如果按推导出的比例关系2~5mm厚度钢板对应的橡胶层厚度分别为23.5mm、32.5mm、47.00mm、58.75mm及58.75mm即可，相比系列表中橡胶层厚度较计算厚度减少2.3～3.7倍，可见设计储备系数很大。⑤桥涵设计规范及支座行业标准中均明确规定，当梁底纵坡大于1%时，必须设楔块进行调平处理，而梁底纵坡小于等于1%时，设计支座时应将纵坡影响所增加的厚度计入。现根据公路桥涵设计规范JTGD62-2004，第8.4.22条及条文说明，归结出支座因纵坡增加厚度计算公式为：t''''e=2teRSinα''''/AGGe，式中R为支座反力，α''''为纵坡坡度角。以此供设计者参考。

1.3板式橡胶支座设计图纸问题

①设计人员要按设计规范规定与计算方法，根据实算的桥梁参数，支座竖向承压力、纵向剪切变形及竖向变形倾角等已知条件计算设计支座平面尺寸、橡胶层总厚度、加劲钢板厚度、单层橡胶厚度及支座总厚度等，并验算支座受压稳定性及抗滑稳定性。也可以根据支座所承受的最大承压力，选择支座规格系列表中型号，再进行各项验算。②设计图如图1所示，图中要将尺寸全部标明，支座较少时标出尺寸数字。支座型号、数量较多时，尺寸用符号代替，同时列出支座规格尺寸表，写明型号及图示中各符号所代表的数据。无论橡胶支座和四氟滑板橡胶支座及附件均要列全，以便于施工及检验使用。不可用指出标准规范或厂家提品代替设计。③设计图纸中要加入详细说明。说明支座主要技术要求，所选用材料指标，制作主要工艺控制，检验重点项目内容，支座安装工艺要求及支座成品与安装后的验收。以便于施工人员及监理人员有所遵循。

2板式橡胶支座加工制作

板式橡胶支座的产品质量主要是依靠生产厂家来保证，因为生产厂家多而杂，用户及质量监理人员没能入厂监督检查，仅凭肉眼无法知道支座真实质量，所以这里对板式橡胶支座制作提出几个问题。

2.1生产厂家要严格按照《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）行业标准和工程项目设计图纸进行生产制作，产品必须满足设计图纸和行业标准中的规定与要求。

2.2板式橡胶支座所用材料必须经检验符合标准或设计文件要求，尤其是橡胶材料必须满足不同温度使用要求，寒冷地区必须用天然橡胶（NR），常温地区必须使用氯丁橡胶（CR），二者不可互换，也不可掺混，最小含胶量不得低于重量的55%，聚四氟乙烯板及不锈钢板等质量指标及厚度必须达到标准规定。

2.3橡胶支座制作要严格控制工艺工序质量，从选材、配料、下料裁料、入模填充、保护层设置、加温、加压、硫化时间及排气等全部工艺流程都要严格控制，认真检查，消除一切质量隐患。

2.4橡胶支座出厂质量检验，标准JT/T4-2004中明确规定：每批产品交货前由工厂质检部门进行检验，确认合格后方可出厂，并附有产品质量合格证明文件，写明支座规格、胶种、单层橡胶及钢板厚度、钢板的平面尺寸、钢板层数、橡胶层总厚度等，以便使用单位验收和抽检。对此要求有些产品并无附件，甚者有的厂家明确告知用户哪些是送检品，哪些是安装实用品，这种做法应予坚决制止。

2.5板式橡胶支座和四氟滑板橡胶支座出厂检验还应按标准规定进行：对外形尺寸的宽度、长度及厚度，外观检验名称内容，内在检验名称内容及力学性能的抗压、抗剪模量，极限抗压强度，抗剪粘结性与抗剪老化，转角正切值，水平剪切角，竖向压缩值及摩擦系数都应重点检验。应对力学性能检验结果与设计图纸要求或规格系列选用参数加以比较，如不满足要求，应为不合格产品，不能供应用户。对产品的力学性能检验包含了对材料性能和工艺性能的综合检验，正确揭示支座的承载能力和水平变形与竖向变形的适应能力，即极限抗压强度、转角正切值、水平剪切角等。这些指标不是眼观可以得到的，所以必须检验。

3板式橡胶支座施工安装

板式橡胶支座安装非常简单，但事故很多，有长短边安错的、有位置安错的、有安翻的，即四氟滑板放在下面；板梁下的支座安装后有的可被抽出来；有固定支座与活动支座互相错放的；有的不合格产品照常安装。真是差错百出，应从以下方面控制支座安装质量。

3.1施工安装支座人员要对板式橡胶支座的作用及重要性加强认识，严格按设计图纸和各规范标准要求安装。

3.2施工支座安装人员要认真学习运用《公路桥梁板式橡胶支座》JT/T4-2004标准、《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》JT/T663-2006标准、《公路工程质量检验评定标准》及《公路桥涵施工技术规范》中规定，进行板式橡胶支座的质量检验及安装。

3.3板式橡胶支座安装时必须有工程技术质检人员和监理人员跟踪检验，不合要求随时返工。这里就有关规范标准要点归纳如下。①支座产品入场质量检验，应当由施工单位主动去做。所用支座应在安装前15～20天进场，立即送样检验，根据用量每种应随机抽取一至三组，每组3块或3对检验件。主要检验项目内容有力学性能：包括极限抗压强度、抗压弹性模量、抗剪弹性模量、竖直转角正切值、水平最大剪切位移值（水平剪切角）、抗滑最小承压力及摩擦系数等七项；内在质量：包括橡胶层总厚度、加劲钢板单片厚度、钢板平面尺寸、橡胶板单层厚度、钢板与橡胶层粘结情况及橡胶层剥离后的技术性能等六项。更详细内容见检验部分。检验结果判定：一组检验件中若有两块（或两对）不能满足要求，则该批支座不合格。若有一块（或一对）支座不满足要求时，则从该批支座中随机再抽取双倍数量对不合格项目进行复检，若仍有一项不合格，则判定本批支座不合格。②对与支座安装质量相关的桥梁墩台帽、垫石顶面或预埋钢板顶面及桥梁底面支座位置在浇筑时要做到平整、清洁、强度不低于设计或C30以上。支座位置标高要求准确无误，在平坡情况下，同一片梁两端各支座下的标高应处于同一平面内。不同支座或同一支座各点高差允许值按标准规范执行。③墩台帽或梁板上设有的楔型垫块要与主体混凝土同时浇筑，避免二次补做，形状尺寸、标高要达到设计要求，不得随意制作或取消。④支座安装要避免出现偏压受力，过大初始剪切变形，梁板、墩台与支座间脱空、接触不紧密及偏歪等现象。具体按以下做法施工。a若墩台帽或垫石顶面不平应垫砂浆找平，砂浆为干硬性，越薄越好，均匀平整，最好在梁板安装前做完，使形成较高强度。b支座纵横中线要与墩台帽（垫石）所放的位置纵横中线对齐，与梁板的支承线、位置中心线对应，因此均要提前放出各构件处位置中心线。c如梁板两端均为橡胶支座，安放时两端支座外的梁板长度应相等。如梁板一端为板式橡胶支座另端为四氟滑板支座时，则先安放橡胶支座端，并按支承线控制位置。而后安放四氟滑板支座。d梁板准确就位后，支座上下应与梁板及墩台帽（垫石）密贴，不密贴应重新吊起垫调后，重新放落，不得撬移梁板，避免支座变形或破坏。e、支座安装后要立即检查，出现问题马上研究处理。包括支座是否漏放，方向是否正确，橡胶支座和四氟滑座型式是否放错，四氟板是否注油；检查橡胶支座水平剪切位移是否大于35°(=0.7)；高度压缩值是否满足设计要求；四氟板及不锈钢板有否损坏污染；支座外观有否开裂及加劲钢板间橡胶层外凸是否均匀一致；不锈钢板是否滑出了规定范围。

4板式橡胶支座质量检验试验

4.1板式橡胶支座检验是其质量控制的关键，包括材料、生产过程、成品、安装等。检验由始至终都应有监理人员参与。因此，监理人员要具有橡胶支座方面的技术水平，熟练掌握《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）和《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》（JT/T663-2006）的要求，恰当运用于工程检验中，合理监督生产厂家、施工单位及工程管理单位相关人员严格并科学地执行标准规范，将板式橡胶支座质量问题解决在各环节中。

4.2监理人员需要了解或检验支座的全部技术质量指标。①材料检验由生产厂家在供应支座时，提供出所用材料的检验报告，监理人员可根据检验报告情况，对某种材料取样检验，主要有橡胶技术指标、聚四氟乙烯板各项指标、不锈钢板等。②如果管理人员或监理人员对橡胶支座生产厂家的管理能力、技术力量、工艺水平、生产设备或自检手段产生质疑时，可组织相关人员赴供货厂家进行工艺设备等检查或对某种产品现场抽样检验。③交竣工资料中应有施工单位与监理共同抽检的板式橡胶支座和四氟滑板支座的检验资料，具体内容如下表。④支座安装后质量检查按《公路工程质量检验评定标准》及标准JT/T4-2004规定及本文所述内容进行。

5结语

5.1板式橡胶支座设计规范中要写明中间橡胶层厚度的计算方法，支座总厚度的计算方法，橡胶弹性体体积模量的检验试验方法。为改善板梁支座受力条件，可研究试验两片板梁共用一块支座板。

5.2为了更好地执行应用《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4-2004）和《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》(JT/T663-2006)交通行业标准，提高板式橡胶支座的质量水平，这两个标准的适用范围可广泛用于公路桥梁板式橡胶支座的设计、生产制作、施工安装、质量检验及养护管理中，避免标准单一为支座生产制作所用。

5.3设计规范与设计图纸及板式橡胶支座规格系列选用表中的某些技术指标，在板式橡胶支座标准中及公路工程质量检验评定标准与公路桥涵施工技术规范中没有规定，本文对此做以补充，期望能对板式橡胶支座的质量提高起到一定作用。这些项目有支座橡胶层总厚、加劲钢板单层厚度、支座水平剪变位移量、支座抗滑最小承压力及橡胶体体积模量。

5.4目前对梁板桥的板式橡胶支座安装方法，规范没有详细做出，本文所述几点以供试用，还有是否可先将支座在墩台（垫石）上提前按标准安好，然后在安装梁板。

5.5桥梁板式橡胶支座只要从设计、制造、安装及检验形成质量控制一体化，设计技术质量指标明确，制造材料及出厂质量符合标准要求，安装方法得当，质量满足设计要求，产品及安装经检查、检验、试验都符合要求，质量必然得以保证，支座的使用寿命一定会延长。