公路橋梁板式橡膠支座設計

張 弢

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

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公路橋梁板式橡膠支座設計

張 弢

(貴州省交通規劃勘察設計研究院股份有限公司)

將簡單介紹公路橋梁板式橡膠支座，闡述其設計理念及受力分析，然后詳細介紹公路橋梁板式橡膠支座設計過程，最后還要說明采用板式橡膠支座應注意的問題。

公路橋梁；板式橡膠支座；設計

1 公路橋梁板式橡膠支座介紹

公路橋梁板式橡膠支座一般都能夠在梁端作用力作用下，通過球形表面橡膠層來調整受力點，然后逐漸將力擴散到圓板式橡膠支座的鋼板和橡膠層上，保證支座受力均勻。傳統的公路橋梁制作為鋼制作，結構復雜、使用年限較短，板式橡膠支座在結構復雜度、安裝復雜度方面都有明顯優勢，而且使用年限增長，而且能夠適應上部結構發生不同變形的橋梁，如寬橋、斜橋等等。

公路橋梁板式橡膠支座具有傳遞荷載的作用，能夠將橋跨結構的荷載傳遞至橋梁墩臺，并且在荷載的傳遞過程中，保證橋跨結構的位移和轉動，使其受力情況與設計要求保持一致。為了達到以上作用要求，板式橡膠支座設計過程中，必須保證其垂直方向剛度，確保支座在最大豎向荷載作用下能夠有效抵御變形。除此以外，支座在水平方向還應該保持一定柔性，適應梁體由于溫度、混凝土收縮等諸多因素而產生的位移。最后，公路橋梁板式橡膠支座還應該能夠適應梁端的轉動。公路橋梁板式橡膠支座的受力分析，首先應該分析各個支座的豎向力和水瓶里，然后綜合考慮外力因素，確定支座的尺寸，然后進行支座的強度運算和穩定性運算。

2 公路橋梁板式橡膠支座設計理念

在對公路橋梁板式橡膠支座進行設計時，應該對其強度和剪切變形做詳細驗算，另外，還要認真校核其局部總應變，防止其在后期使用過程中因為局部應變過大而發生斷裂，以此確保公路橋梁板式橡膠支座的使用性能。在設計過程中，應該參考國際標準ISO22762-2；2005中的規定，對橡膠支座進行局部總應變進行設計控制，具體思路如下所示：

(1)仔細選擇施工中所用的橡膠材料，保證其扯斷伸長率符合要求。(2)在設計過程中，保證一定強度儲備的局部總應變設計上限值。(3)在設計前，要對橡膠支座無無剪切壓縮條件下的應力做詳細計算，并且繪制應力-應變曲線圖。(4)對于橡膠支座的其他工作狀態，也應該做詳細估算研究，繪制應力-應變曲線圖。(5)公路橋梁設計人員在設計過程中，要根據橋梁設計的橡膠支座的具體變形條件，選擇其所對應的應力水平，保證橡膠支座局部總應變小于局部總應變設計上限值。根據國際標準進行公路橋梁板式橡膠支座設計工作能夠保證橋梁后期的使用功能，生產廠家也可以根據支座設計軟件進行驗算，防止盲目生產，而施工單位也可以據此不斷優化設計方案，保證制作的使用安全。

3 板式橡膠支座的受力分析

公路橋梁板式橡膠支座所承受的豎向力包括結構自身重力的反作用力、活載支點反力等。對于活載支點反力的計算，需要在最不利位置加載，而且還要計入沖擊效應。支座所受水平方向的力有縱向水平力以及橫向水平力。其中，縱向水平力包括上部結構混凝土收縮、溫度變化導致的支座變形這兩種因素所產生的水平力；風力、汽車牽引力，以及各類因素所產生的水平力。

4 板式橡膠支座的設計計算

4.1 確定支座的平面尺寸

公路橋梁板式橡膠支座平面尺寸的確定，需要綜合考慮橡膠板本身的抗壓強度、梁部或墩臺頂混凝土的局部承壓強度等影響因素。一般情況下，橡膠支座的平面尺寸主要由橡膠支座的強度來控制，但是，還應該滿足表1所示要求。

表1 橡膠支座的力學性能要求

4.2 確定支座的厚度

公路板式橡膠支座中，梁的水平位移主要通過所有橡膠片的剪切變形來實現。橡膠片的總厚度t與梁體水平位移Δ之間應滿足下列關系：

式中：tanγ指的是橡膠片的容許剪切角正切值，根據橋規規定：如果汽車荷載制動力忽略不計時，則tanγ采用0.5，而如果需要考慮汽車荷載制動力，則選用0.7。

t≥1.43(Δg+Δp)

式中：Δg指的是支座上的水平位移，主要在上部結構在恒載作用下，由溫度等因素引起；Δp指的是作用于支座上的水平位移，主要由汽車荷載制動力引起，其計算公式為

式中：H指的是作用于一個支座上的汽車荷載制動力。

除此以外，支座厚度的確定還應該考慮橡膠支座的穩定性。《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》中規定t應該小雨支座順橋向邊長的0.2倍。確定小膠片總厚度以及金屬加勁薄板的總厚度后，即可計算支座的總厚度。

4.3 驗算支座的偏轉情況

公路橋梁主梁受到荷載作用而發生變形后，梁端會產生轉角。同時，支座壓縮，產生線性變形。為了確保支座偏轉時，橡膠與橋梁底部不會出現局部承壓，則必須滿足以下條件

式中：Eb為橡膠彈性體體積模量；δc指的是支座平均壓縮變形；Ee為支座抗壓彈性模量；Eb=2 000MPa；R為支座壓力標準值，汽車荷載應計入沖擊系數。另外，根據《橋規》規定，橡膠支座的豎向平均壓縮變形范圍應該在0.07∑t以內。

4.4 驗算支座的抗滑穩定性

為了保證支座的抗滑穩定性，確保橡膠支座與梁底之間不產生華東，則應該滿足以下條件：如果不計入汽車制動力，則

如果計入汽車制動力，則

式中：RG指的是由于橋梁結構自重而產生的反力標準值；RC指的是由于橋梁結構的自重標準值以及0.5倍汽車荷載標準值所產生的支座反力；μ為摩擦系數，根據規定，橡膠與混凝土之間的摩擦系數為0.3；F指的是汽車荷載引起的制動力標準值；A指的是支座平面毛面積。

5 采用板式橡膠支座應注意下列問題

(1)支座抗滑最小承載力主要用于不計汽車制動力時的情況。如果在計算最小抗滑承載力時，當地溫度低于-30℃，則還應該考慮抗剪彈性模量增大值。

(2)公路橋梁板式橡膠支座安裝，對氣候有一定的要求。應該盡量在年平均溫度下進行安裝，且必須按照設計圖紙表明的位置進行安裝，保證結構之間緊密接觸，沒有控制。另外，支座安裝還應該盡量保證水平狀態，如果必須傾斜安裝，則應該將最大縱坡控制在2%以內，而且，還要充分考慮剪切變形產生的影響。

6 結 語

雖然我國已經對公路橋梁中板式橡膠支座設計做出了明確規定，但是對于局部結構總應力，并沒有明確規定，導致在后期使用中，支座橡膠經常出現開裂等質量問題。因此，在設計與施工過程中，有關部門和設計人員應該充分考慮到這一問題，做好承載力及厚度計算，保障公路橋梁板式橡膠支座設計質量。

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2015-02-09

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