橋梁支座的巨大作用及布置原則，不可忽視
橋梁支座的巨大作用及布置原則，不可忽視
一、橋梁支座的作用和要求
支座設(shè)置在橋梁的上部結(jié)構(gòu)與墩臺之間,它的作用是:
(1)傳遞上部結(jié)構(gòu)的支承反力,包括恒載和活載引起的豎向力和水平力;
(2)保證結(jié)構(gòu)在活載,溫度變化,混凝土收縮和徐變等因素作用下能自由變形,以使上、下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況符合結(jié)構(gòu)的靜力圖式。
二,、橋梁支座的分類
1、按其變位的可能性
固定支座
活動支座
固定支座傳遞豎向力和水平力,允許上部結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動但不能水平移動；
活動支座則只傳遞豎向力,允許上部結(jié)構(gòu)在支座處既能自由轉(zhuǎn)動又能水平移動。
活動支座又可分為多向活動支座(縱向,橫向均可自由移動)和單向活動支座(僅一個(gè)方向可自由移動)。、
2.按材料分
簡易支座
鋼支座
鋼筋混凝土支座
橡膠支座
特種支座(如減震支座,拉力支座等)
三、橋梁支座的布置原則
(1)對于有坡橋跨結(jié)構(gòu),易將固定支座布置在標(biāo)高低的墩臺上
(2)對于連續(xù)梁橋及橋面連續(xù)的簡支梁橋,為使全粱的縱向變形分散在梁的兩端,宜將固定支座設(shè)置在靠近橋跨中心;但若中間支點(diǎn)的橋墩較高或因地基受力等原因,對承受水平力十分不利時(shí),可根據(jù)具體情況將固定支座布置在靠邊的其它墩臺上
(3)對于特別寬的梁橋,尚應(yīng)設(shè)置沿縱向和橫向均能移動的活動支座。對于彎橋則應(yīng)考慮活動支座沿弧線方向移動的可能性。對于處在地震地區(qū)的梁橋,其支座構(gòu)造還應(yīng)考慮橋梁防震的設(shè)施,通常應(yīng)確保由多個(gè)橋墩分擔(dān)水平力。固定支座和活動支座的布置,應(yīng)以有利于墩臺傳遞縱向水平力為原則。
(4)對于橋跨結(jié)構(gòu),最好使梁的下緣在水平力的作用下受壓,從而能抵消一部分豎向荷載在梁下緣產(chǎn)生的拉應(yīng)力。
(5)對于橋墩,應(yīng)盡可能使水平力的方向指向河岸,以使橋墩頂部在水平力作用下不是受拉。
(6)對于橋臺,應(yīng)盡可能使水平力的方向指向橋墩中心,以使橋臺頂部受壓,并能平衡一部分臺后土壓力。
四、橋梁支座布置注意事項(xiàng):
橋梁支座的布置方式,主要根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)形式及橋梁的寬度確定.
簡支梁橋一端設(shè)固定支座,另一端設(shè)活動支座.鐵路橋梁由于橋?qū)捿^小,支座橫向變位很小,一般只需設(shè)置單向活動支座(縱向活動支座)，公路T形梁橋由于橋面較寬,因而要考慮支座橫橋向移動的可能性；即在固定墩上設(shè)置一個(gè)固定支座,相鄰的支座設(shè)置為橫向可動、縱向固定的單向活動支座,而在活動墩上設(shè)置一個(gè)縱向活動支座(與固定支座相對應(yīng)),其余均設(shè)置多向活動支座。
連續(xù)梁橋每聯(lián)只設(shè)一個(gè)固定支座。為避免梁的活動端伸縮縫過大；固定支座宜置于每聯(lián)的中間支點(diǎn)上。但若該處墩身較高，則應(yīng)考慮避開或采取特殊措施，以避免該墩身承受水平力過大。
曲線連續(xù)梁橋的支座布置會直接影響到梁的內(nèi)力分布；同時(shí)，支座的布置應(yīng)使其能充分適應(yīng)曲梁的縱、橫向自由轉(zhuǎn)動和移動的可能性，通常宜采用球面支座，且為多向活動支座；此外,曲線箱梁中間常設(shè)單支點(diǎn)支座,僅在一聯(lián)梁的端部(或橋臺上)設(shè)置雙支座,以承受扭矩，有意將曲梁支點(diǎn)向曲線外側(cè)偏離，可調(diào)整曲梁的扭矩分布。
當(dāng)橋梁位于坡道上時(shí)，固定支座應(yīng)設(shè)在較低一端，以使梁體在豎向荷載沿坡度方向分力的作用下受壓，以便能抵消一部分豎向荷載產(chǎn)生的梁下緣拉力，當(dāng)橋梁位于平坡上時(shí)，固定支座宜設(shè)在主要行車方向的前端。
橋梁的使用效果與支座能否準(zhǔn)確地發(fā)揮其功能有著密切的關(guān)系，因此在安放支座時(shí)，應(yīng)使上部結(jié)構(gòu)的支座位置與下部結(jié)構(gòu)的支座中線對中 ，但絕對的對中是很難做到的，因此要注意使可能的偏心在允許的范圍內(nèi)，不致影響支座的正常工作。
正確地確定支座所承受的荷載和活動支座的位移量，關(guān)系到支座的使用壽命。一般而言，固定支座除承受豎向壓力外，還必須能承受水平力，其中包括可能產(chǎn)生的制動力、風(fēng)力、活動支座的摩阻力 、主梁彈性撓曲對支座的拉力等，這些水平力總是應(yīng)當(dāng)偏大地取用，且要求支座伸至上、下部結(jié)構(gòu)中進(jìn)行錨固或銷結(jié)。對于彎、斜和寬橋，支座的受力比較復(fù)雜,需要認(rèn)真從三個(gè)坐標(biāo)方向去研究，即使是在同一支座位置，不同的部位在受力上可能會有很大的差別。
位移量的計(jì)算要考慮各種可能出現(xiàn)的工況。
(1)對溫差產(chǎn)生的位移 要有足夠的估計(jì)。
(2)橋梁的撓曲,基礎(chǔ)的不均勻沉降都會產(chǎn)生縱向位移,對于高橋墩,墩頂位移可通過活動支座上的擋塊加以限制,它能使基底反力變化,并且阻止不均勻沉降;
(3)由于一些不可估計(jì)的因素,通常計(jì)算的位移量宜乘以1.3左右的安全系數(shù) 。
梁橋支座的支承面一般是水平的。
第二節(jié) 橋梁支座的類型和構(gòu)造
一、簡易墊層支座
簡易支座是指在梁底和墩臺頂面之間設(shè)置墊層來支承上部結(jié)構(gòu).墊層可用油毛氈,石棉板或鉛板等做成,利用這些材料比較柔軟又具有一定強(qiáng)度的特性來適應(yīng)梁端比較微小的轉(zhuǎn)動與伸縮變形的要求,并承受支點(diǎn)荷載.固定的一端,加設(shè)套在鐵管中的錨釘錨固.錨釘預(yù)埋在墩臺帽內(nèi).簡易支座僅適于跨度10m以下的公路橋和4m以下的鐵路板橋.由于這種支座自由伸縮性差,為避免主梁端部和墩臺混凝土拉裂,宜在支座部位的梁端和墩臺頂面布設(shè)鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)。
二、鋼支座
1、鑄鋼支座
2、特殊鋼支座
鋼支座是靠鋼部件的滾動、搖動和滑動來完成支座的位移和轉(zhuǎn)動的。
特點(diǎn):承載能力強(qiáng),能適應(yīng)橋梁的位移和轉(zhuǎn)動的需要，目前仍廣泛應(yīng)用于鐵路橋梁。鋼支座常用的有鑄鋼支座和特種鋼支座。
1. 鑄鋼支座
(1)平板支座
(2)弧形支座
(3)搖軸支座
(4)輥軸支座
鑄鋼支座使用碳素鋼或優(yōu)質(zhì)鋼經(jīng)過制模、翻砂、鑄造、熱處理、機(jī)械加工和表面處理制成,是一種傳統(tǒng)形式的支座。
各類支座基本上都由可以相對擺動的。所謂上、下擺組成.搖軸與輥軸支座還包括搖軸(可以看作下擺),輥軸與底板。
三、鋼筋混凝土支座
1. 鋼筋混凝擺柱式支座
鋼筋混凝土擺柱式支座可用于跨徑大于或等于20m的公路梁橋,或跨徑大于13m的公路懸臂梁橋的掛孔.它的水平位移量較大,承載力為5500kN左右,摩阻系數(shù)為0.05.
鋼筋混凝土擺柱放在梁底與支承墊石之間,它的上下兩端各放弧形固定鋼支座一座.擺柱由40~50號混凝土制成,柱體內(nèi)一般按含筋率約為0.5%左右配置豎向鋼筋,同時(shí)要配置水平鋼筋網(wǎng),以承受支座受豎向壓力時(shí)所產(chǎn)生的橫向拉力。
2. 混凝土鉸
混凝土鉸有各種類型.橋梁上常用弗萊西奈鉸,它是利用頸縮部分混凝土的雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)而使其承壓能力提高,并可沿鉸豎向軸線作少量轉(zhuǎn)動.混凝土鉸是最簡單,也是最便宜的中心可轉(zhuǎn)動的支座�；炷零q需要在鉸頸上,下設(shè)置足以抵抗橫向拉應(yīng)力的鋼筋,鉸頸高度為鉸頸寬度的1/2~1/3.鉸頸部分應(yīng)做成順滑的拋物線形,鉸頸兩旁可用瑪締脂或?yàn)r青材料填塞.
混凝土鉸曾多次在大跨徑橋梁中采用,支承反力可達(dá)10000kN.它的優(yōu)點(diǎn)是支座高度小,構(gòu)造簡單,用鋼量少;缺點(diǎn)是不能抵抗拉力,不能調(diào)整高度,轉(zhuǎn)動量少,不便于更換和修理。
四、橡膠支座
橡膠支座與其它金屬剛性支座相比,具有構(gòu)造簡單,加工方便,節(jié)省鋼材,造價(jià)低,結(jié)構(gòu)高度小,安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn).此外,橡膠支座能方便地適應(yīng)任意方向的變形,故對于寬橋,曲線橋和斜橋具有特別的適應(yīng)性.橡膠的彈性還能消減上,下部結(jié)構(gòu)所受的動力作用,這對于抗震也十分有利。在橋梁工程中使用的橡膠支座大體上可分為兩類,即板式橡膠支座和盆式橡膠支座。
(1)板式橡膠支座
(2)盆式橡膠支座
板式橡膠支座是僅用一塊橡膠板做成的適用于中,小跨度橋梁的一種簡單橡膠支座，它的活動機(jī)理是:利用橡膠的不均勻彈性壓縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角,利用其剪切變形實(shí)現(xiàn)水平位移。
因橡膠與鋼或混凝土之間有足夠大的摩阻力(摩擦系數(shù)0.25~0.40)橡膠板與梁底和墩臺頂之間一般無須連接.在墩臺頂部,需鋪設(shè)一層砂漿,以保證支座放置平穩(wěn)。采用橡膠支座可以不設(shè)固定支座，所有水平力由各個(gè)支座均勻分擔(dān)，必要時(shí)也可采用不等高的橡膠板來調(diào)節(jié)各支座傳遞的水平力。
無加勁層的純橡膠支座,由于其容許壓應(yīng)力甚小,約為3000kPa,故只適合于小跨徑橋梁.
常用的板式橡膠支座都用幾層薄鋼板或鋼絲網(wǎng)作為加勁層，由于橡膠片之間的加勁層能起阻止橡膠片側(cè)向膨脹的作用,從而顯著提高了橡膠片的抗壓強(qiáng)度和支座的抗壓剛度,其抗壓容許應(yīng)力可以達(dá)到8~10MPa,而加勁物對橡膠板的轉(zhuǎn)動變形和剪切變形幾乎沒有影響.加勁板式橡膠支座的承載能力可達(dá)2000-8000kN,目前已廣泛用于中、小跨度的公路及鐵路橋梁。
國內(nèi)使用的橡膠以氯丁橡膠為主,也可采用天然橡膠。氯丁橡膠的使用溫度不低于-25℃,天然橡膠不低于-40℃。盆式橡膠支座的一般構(gòu)造
當(dāng)活動支座的位移量較大時(shí),要使橡膠板產(chǎn)生相應(yīng)較大的剪切變形,就必須增加橡膠板的厚度.這樣一則多耗材料,再則支座不穩(wěn), 而且相鄰支座厚度可能不一,車輛駛過時(shí)會產(chǎn)生高差,行車不順。為克服這一缺點(diǎn),可在用作活動支座的橡膠板頂面貼一片聚四氟乙烯板,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.由于聚四氟乙烯板與 不銹鋼板之間的摩阻力極小(摩擦系數(shù)小于 橡膠支座0.04)故可利用它們之間的滑動來滿足活動座位移的需要。
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