公路橋梁四氟板式橡膠支座移位滑落成因探討

■溫龍輝

(福建省高速技術咨詢有限公司，福州 350001)

公路橋梁四氟板式橡膠支座移位滑落成因探討

■溫龍輝

(福建省高速技術咨詢有限公司，福州 350001)

橋梁支座是連接橋梁上下部結構之間的傳力構件，受使用環境，使用條件及其他因素的影響，支座出現各種各樣的病害。近年高速公路橋梁在運營較短時間內出現板式支座滑落等嚴重病害，針對此少有病害進行成因探討，從中找出相應的防治措施，對以后設計施工杜絕類似病害的出現有著非常重要的意義。

板式橡膠支座 滑落 串動 抗滑性 原因分析

0 引言

板式橡膠支座是現代鋼筋混凝土及預應力混凝土橋梁設計中應用最為廣泛的一種支座形式。聚四氟乙烯板式橡膠支座是在板式橡膠表面粘覆一層厚1.5mm～3mm的聚四氟乙烯板，它除了具有豎向剛度與彈性變形，也能承受垂直荷載及適應兩端轉動，利用聚四氟乙烯板的低摩擦系數，可使梁端在四氟板表面自由滑動，水平位移不受限制，特別適宜中、小荷載，大位移量的橋梁伸縮縫使用。

福建省高速公路作為山嶺重丘高速公路，地形特別復雜，橋隧比例也高。近年來，同樣在橋梁的養護檢查中發現大量橡膠支座產生不同程度的病害，主要病害形式有：板式橡膠支座脫空(全部脫空和局部脫空)、壓縮變形或剪切變形過大、支座老化、外鼓、開裂、裂紋，支座上下鋼板銹蝕等缺陷。然而隨著經濟飛速發展高速通車里程也是大幅增加，很多通車橋梁在運營較短時間內，在支座正常使用壽命期內出現較為嚴重的四氟板式橡膠支座串動移位，甚至出現個別支座滑落至橋下，導致上部結構落梁錯位現象。支座產生此病害后，橋梁養護管理者如不分析清楚具體原因、僅憑個人的感性認識判斷支座是否該處理或者直接更換，特別是 《公路橋涵養護規范》(JTG Hll-2004)[1-3]中提到的“支座如有缺或產生故障不能正常工作時，應及時修整或更換”。管理者可能認為支座是不是因為支座老化抗滑失效的原因而直接更換新支座，這樣一來就造成病害原因無法徹底解決，更換新支座運營一二年后很有可能再次發生串動移位，如此不僅對橋梁的正常運營帶來安全隱患，而且會造成資源的極大浪費[4-7]。

1 工程實例

廈蓉高速公路某大橋，橋梁設計雙向四車道；左右幅橋長均 832m，分 5聯共 33跨，梁跨組合為 3×(7×25)+2×(6×25)，上部結構為25m預應力鋼筋混凝土連續T梁，下部結構為鋼筋混凝土雙柱式墩；支座型號為GYZ375×66圓形板式橡膠支座，支座布置每個橋墩蓋梁上共有10個支座，每聯伸縮縫下支座為加有四氟滑板圓形板式橡膠支座，伸縮縫采用模數式伸縮縫，橋梁縱向坡度0.9%，該橋2007年12月建成通車。

新通車高速橋面車流量并不是很大，通車后到現在不到兩年時間，2009年養護巡查技術員發現橋面伸縮縫出現上下錯位，下部結構發現不少支座懸空在墊石以外。經檢查發現不少四氟板式橡膠支座串動滑落：左右幅支座共滑落3個，其中左幅1個，右幅2個；支座已滑出鋼板懸在空中即將脫落共有6個，左右幅各3個；還發現有7個支座滑移量較大，其中左幅4個，右幅3個；且支座滑移均出現在設有伸縮縫墩上方。如圖1所示：

同樣在近幾年的養護檢查中發現橋梁支座類似病害還有很多，如下圖2所示：：

為進一步掌握支座滑移原因，現場對下部結構橋墩豎直度進行檢測，發現墩身豎直度滿足設計要求，同時觀察下部結構附近并無外界荷載不均勻堆放；檢測中發現支座滑移跑位的一個共同規律，即支座上下鋼板前后開口高度明顯不一致，支座安放在上下鋼板不平的楔形口里面，楔形口朝里支座便往里滑移，楔形口朝外支座便往外滑移(如下圖3)。

圖1 部分四氟板式橡膠支座出現串動滑落

圖2 部分橋梁四氟板式橡膠支座串動滑移情況

在橋梁的日常養護檢查和定期檢查中，發現無論是新建橋梁還是老舊橋梁，其支座大部分存在不同程度的病害，但像上述幾座典型的支座串動滑落的大橋在運營高速中也是屢見不鮮了，截至到2016年福建高速橋梁養護定期檢查發現較多板式橡膠支座串動滑移病害，部分橋梁僅出現單個支座串動滑移現象并未得到養護管理部門的重視，只是盲目的對支座進行復位，殊不知一二年后該支座有可能繼續滑落。支座產生此病害后勢必會對橋梁結構產生不利影響，特別是支座滑落后有可能導致落梁等重大事故。支座發生串動滑移病害后對橋梁結構的影響程度可能與橋梁自身的結構形式有關，針對高速公路在運營較短時間內出現較多橋梁支座滑落的嚴重病害，我們重點要進行原因分析，從中找出相應的防治措施，對以后設計施工杜絕類似病害出現有著重要的意義。

圖3 支座上下鋼板安裝不平形成一個楔形口

2 支座滑移原因及分析

2.1 設計方面原因

(1)板式橡膠支座的計算除將支座的平面尺寸確定，支座厚度確定，支座偏轉驗算外，還要注意支座的抗滑穩定性驗算，在此含四氟滑板支座和不含四氟滑板支座要分開驗算抗滑穩定性，使各種支座能完全滿足實際受力要求。

(2)設計要注意彎坡橋墊石標高的確定，當梁體出現較大的縱向坡度時，對于支座的抗滑移性能要單獨驗算，重點控制支座墊石頂面標高以及支座安裝的構造要求，必要時要單獨對支座安裝方法及制造工藝進行設計。

(3)支座出現滑移脫落病害的都是在橋梁每一聯伸縮縫處，伸縮縫處受溫濕度及車輛荷載影響梁體位移較大，而該處支座都加有聚四氟乙烯滑板，因聚四氟乙烯板的低摩擦系數，可使梁端在四氟板表面自由滑動，水平位移不受限制；再在聚四氟乙烯板與梁底之間墊上一塊光潔度很高的不銹鋼薄板則更會加劇這種滑動現象，而這種設計只是考慮了伸縮縫的自由伸縮不受限制，并沒有考慮支座滑動后能否隨著梁體的自由伸縮回位到設計位置。對于以上現象應對伸縮縫處滑板支座的防水、抗滑移以及支座的滑動回位能力進行單獨設計或者有相應的構造措施。

2.2 材料工藝、制造方面原因

(1)采用的原材料沒有嚴格按照標準要求檢驗，特別是上下鋼板的材質、平整度、光滑度以及支座橡膠體的力學性能等是否達到規范要求。

(2)出廠時產品應得到權威機構檢測，檢測支座的受力性能是否滿足設計要求。

(3)生產產品的原材料及施工工藝存在問題，生產出的產品在物理、力學性能方面不能完全滿足規范和設計要求；下圖為普通滑板橡膠支座的恢復力模型。

圖4 滑板支座恢復力模型

Fmax=μN。式中，Fmax為臨界摩擦力；μ為滑動摩擦因數；N為支座承受的壓力。圖中，xy為臨界位移，表示支座橡膠層的最大剪切變形；K為支座剪切剛度。

可以看出，當支座與鋼板之間的滑動摩擦因數較小或者支座所受壓力不足時，支座的臨近摩擦力也較小；此時若支座的剪切剛度不變則會導致支座臨界位移值降低，產生與鋼板或者支座墊石之間的相對滑動，進而導致支座滑移過大甚至梁體脫空產生安全隱患。

2.3 施工方面原因

(1)施工控制不嚴格，支座的上、下承面(墊石、預埋鋼板)要求不平整，標高未按設計要求嚴格放樣。

(2)對于聚四氟乙烯滑板式支座，應在四氟滑板表面預留球冠型儲油槽，在安裝時添注硅脂油，使不銹鋼與四氟板的摩擦系數盡量降低。

(3)施工安裝不規范，支座安裝之前，未清理支座上下鋼板表面雜物塵灰，以及四氟滑板與鋼板之間的水泥砂漿等雜物。

(4)支座安裝位置不準確，支座安放時支座中心線與墩臺上的支座中心線不重合，支座就位不準確，使支座一開始處在不利的受力環境下。

(5)支座防塵罩對塵灰的阻擋有很大的作用，無支座防塵罩灰塵的進入會明顯提高四氟滑板支座的阻力，從而影響的梁體與支座之間的自由活動。

(6)施工過程中應嚴格控制墩身的垂直度，完工后應清除下部結構附近的外界不利荷載，確保下部結構墩身垂直度滿足設計要求。

2.4 綜合原因分析

通過以上出現類似支座滑移現象并結合檢測數據分析四氟板式橡膠支座滑落主要原因：支座上方鋼板有明顯的支座滑痕，同時支座防塵罩均缺失，說明四氟滑板儲油槽內未添注硅脂油用于減小摩擦，用水平尺測量發現支座的上下鋼板不夠平整，在安裝支座鋼板后形成一定的斜坡，支座安裝后上下鋼板之間便形成一個楔形口(如圖3)，梁體在受到溫度變化的收縮徐變及交通荷載作用后引起移動，梁體正常應在支座上方自由移動，但遇到楔形口形式、摩擦力的增大，梁體帶動支座一起移動，楔形口形式導致在支座滑出以后無法再滑回原處，最終支座被慢慢推出來，造成支座滑落。

3 結語

橋梁支座是整個橋梁結構承上啟下的關鍵環節，可將上部結構各種荷載作用傳遞到下部結構，同時可保證橋梁上下部結構在活載、溫度變化等作用下的自由變形。因此支座的監測以及維護對于整個橋梁結構都有重要的指導意義。對于以后的橋梁檢測，提出以下幾點展望：

(1)對于支座的質量嚴格把控，在橋梁驗收環節，對于橋梁支座的布置形式，放置位置，支座材料性能等進行全面檢測。

(2)橋梁支座出現病害時，第一時間應進行成因分析，保證支座更換以后不再出現類似病害。

(3)支座出現滑移串位時要引起足夠重視，避免出現二次病害，對整個橋梁結構造成破壞。

[1]李立峰，吳文朋，黃佳梅，王連華.板式橡膠支座地震易損性分析[J].湖南大學學報(自然科學版).2011.11-0001-06.

[2]交通部.JTG H11-2004，公路橋涵養護規范.

[3]交通部.JTG D62-2004，公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范.

[4]張志安.多跨大型連續梁橋支座更換技術研究 [J].施工技術，2012，41(23)：29-31.

[5]鐘棟青，吳發紅.滑移支座在連續梁橋中的性能模擬分析[J].鹽城工學院學報(自然科學版)，2008，21(3)：41-44.

[6]羅中華.淺析橋梁支座縱向滑移病害特征及成因[J].中國水運月刊，2012，12(3)：212-213.

[7]劉昊君，陳常松，田仲初.結構中考慮摩擦力影響的支座力學模型[J].公路與汽運，2013(1)：152-156.