桥梁工程基础-支座
支座通常用钢,橡胶等材料来制造。主要类型有:简易支座、弧形钢板支座、橡胶支座(板式橡胶支座、盆式橡胶支座)、减隔震支座、拉力支座等。
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、铁路桥采用钢支座。
一、简易支座:采用几层油毛毡或石棉制成,压实后的厚度不小于1cm,可用于跨径小于10m的板梁桥。
二、钢支座:1、弧形钢支座:适用范围:跨径10~20m。构造特点:由上下垫板所组成,下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽(或销孔),在下垫板上焊以齿板(或销钉),安装后使齿板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔),以保证上下垫板之间不发生相对水平位移。2、其它钢支座,如QGZ球型钢支座。
三、橡胶支座
1、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。氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-25C的地区,天然橡胶用于-30C--40C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,
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。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%。构造特点:常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。
变形机理:(1)不均匀弹性压缩实现转动;(2)剪切变形实现水平位移;(3)无固定和活动支座之分。
性能指标:(1)容许应力;(2)弹性模量和剪切模量(3)容许剪切的正切值。
适用范围:支座反力为70-3600kN的公路、城市桥梁。
2、四氟滑板式橡胶支座
3、其它类型板式橡胶支座,如桥梁球冠圆板式橡胶支座、坡型板式橡胶支座、铅芯橡胶支座。
4、桥梁盆式橡胶支座
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1000KN以上的大跨径桥梁。盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承压橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。组合上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。
a 、双向活动支座(多向活动支座):具有竖向承载、竖向转动和多向滑移性能,代号为SX
b、单向活动支座:具有竖向承载、竖向转动和单一万向滑移性能,代号为DX 。
c 、固定支座:具有竖向承载和竖向转动性能,代号为GD 。
盆式橡胶支座与板式橡胶支座的活动机理有何异同?板式橡胶支座:通过橡胶的剪切变形实现水平位移,通过橡胶的不均匀压缩实现转角。盆式橡胶支座:利用放置于钢制的凹形金属盆内的氯丁橡胶块的不均匀压缩,实现转角。利用嵌放在金属盆顶面的填充聚四氟乙烯板与不锈板相对滑动,实现活动支座水平移动。可见,两者实现转角的机理相同,实现水平位移的机理不同。盆式橡胶支座比板式橡胶支座具有更大的变形能力和承载能力。
桥梁支座的作用: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;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。原则: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。
要求:1、具有足够的承载能力,以保证安全可靠地传递支座反力2、对桥梁变形的约束应尽可能小,以适应梁体自由伸缩及转动的需要3、便于安装,造价经济。4.具有相当的使用寿命,便于养护维修以及必要时更换。
按功能分为两种:固定支座和活动支座(多向、单向)。
固定支座:既要固定主梁在墩台上的位置并传递竖向压力和水平力,又要保证主梁发生扰曲时在支承处能自由转动;活动支座:只传递竖向压力,但要保证主梁在支承处既能自由转动又能水平移动。固定支座上面的桥梁是不可以滑动的,而活动支座上面的桥梁是可以水平滑动的。
1)简支梁在每跨的一端设置固定支座,另一端活动支座。悬臂梁的锚固跨一端固定,一端活动;多孔悬臂梁挂梁的支座布置与简支梁相同。连续梁应在每联中的墩或桥台设置固定支座,余活动。
2)多跨简支梁桥中相邻两跨的固定支座不宜布置在一个桥墩上;坡桥,固定支座在低墩台上。
3)宽桥,设置沿纵向、横向均能移动的活动支座;弯桥,应保证支座沿弧线方向移动。
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。
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。其中,规定每个活动支座传递的制动力不得大于其摩阻力;当采用厚度相等的板式橡胶支座时,制动力可平均分配至各支座。对于梁桥,地震地区桥梁支座的外力计算,应根据设计的地震烈度,按<<公路工程抗震设计规范>>的规定进行计算和组合。
桥梁墩台设计的总原则:满足交通要求,安全耐久,造价低,维修养护少,施工方便,工期短,与周围环境相协调,造型美观和有利于环保等。