高速铁路桥梁支座设计要求及应用技术

高速铁路桥梁支座设计要求及应用技术
【摘要】文章首先阐述了桥梁减隔震支座的主要要求，然后探讨了高速铁路桥梁支座设计要求，最后阐述了高速铁路桥梁支座安装技术。

【关键词】高速铁路；桥梁；支座设计
一、前言
近年来，我国在高速铁路工程上取得了很大的成绩，随着科技的不断发展，对高速铁路桥梁支座设计的要求也越来越高。

因此，加强支座设计结构的耐久性，对高速铁路桥梁的质量安全有着重要的意义。

二、桥梁减隔震支座的主要要求
桥梁支座的功能是：均匀稳妥地传递支反力；固定桥跨结构的正确位
置；保证梁端自由转动或移动。

目前普遍使用的有球型支座、板式橡胶支座、
盆式橡胶支座等。

而桥梁抗震支座除具有上述功能外，还应有以下功能：在地震发生且水平力超过给定值时，支座水平方向应能滑动，并消耗能量；在支座滑动时，支座应具有一定刚度，且滑移刚度(即屈后刚度)与滑移位移(即屈后位移)相应；在支座滑动过程中，传递到墩台上的水平力不得过大；在地震过后，支座应能够自动恢复；支座的选材及表面防护体系应满足桥梁使用寿命要求。

三、高速铁路桥梁支座设计要求
1、橡胶支座
橡胶支座，由于橡胶层与钢板紧密粘结，薄钢板能够约束橡胶支座在垂直荷
载下的横向变形，因而具有较好的竖向性能。

铅芯橡胶隔震支座的构造特点，就是在分层橡胶支座中插入一个或若干个铅芯，从而形成一个紧凑的隔震装置。

由
于铅芯具有良好的力学特性，能与分层橡胶支座较好地结合，所以成为一种比较
合适的减隔震材料。

由于在水平荷载下钢板对橡胶层的约束是柔性的，橡胶支座
的水平刚度较小，并且剪切刚度是随着变形的变化而变化的，较小变形的情
况下
水平刚度较大，当变形达到中等时水平刚度最小，而随着变形的进一步增大水平
刚度又会随之增加，从而起到保护的作用。

橡胶支座在桥梁中的使用，如果受到
小震作用，桥梁结构相当于连接在一个刚性基础上，而如果受到强震作用，橡胶
支座能够吸收大量能量，并提供柔性滑动。

这些特性使铅芯橡胶支座具备提供地
震下所需的耗能和正常使用荷载下所必须的屈服强度与刚度，因而满足良好隔震系统的要求，是目前国内外桥梁隔震设计中应用最广的一种隔震装置。

2、摆式滑动摩擦支座
这类支座的减隔震原理主要是将滑动摩擦支座和钟摆的概念相结合构成一种新的隔震装置，利用钢板和聚四氟乙烯板之间的摩擦制成摩擦型的减隔震支座，改型支座允许上部结构在滑动面上滑动，从而使得上部结构传递到桥墩的地震惯性力减小为支座的最大摩擦力，从而达到减隔震的目的。

其滑动面是曲面，通过在曲面上滑动摩擦来消耗地震能量，结构自重提供所需要的自复位能力，利用一个简单的钟摆机理延长结构的自振周期。

这种支座的平面尺寸受到地震位移大小和球面曲率半径的控制，支座的平面尺寸通常较大。

目前这种产品已在苏通大桥引桥、上海长江大桥引桥上使用，根据隔震方向的不同又可分为球面、柱面两类，前者用于水平双向隔震，后者用于水平单向隔震。

3、铰轴滑板钢支座
铁路大跨度钢桥铸钢支座多采用辊轴或铰轴支座，前者是通过平面和圆柱面滚动接触实现转动，后者则通过铰接实现转动。

铰轴支座的接触应力较小；接触疲劳寿命长，但传统的钢制铰轴摩擦副常因磨损较严重而无法正常工作。

为提高大吨位支座的耐久性，需在接触面处通过特殊工艺和特殊材料实现摩擦副的高耐磨性，将传统的铰轴支座水平移动滚动摩擦副用PTFE滑板和不锈钢板的平面摩擦副代替，形成了新型的铰轴滑板钢支座。

铰轴滑板钢支座主要由上摆、铰轴、下摆、衬板、摩擦副、横向限位块、底座及锚固装置等部分组成，如图1所示。

支座以上、下摆相当于铰轴的转动来实现转角位移，以摩擦副之间的相对滑动来实现水平位移。

支座上、下摆是主要传力构件，采用铸钢件制造。

铸钢件表面平顺，加工完成后全面探伤，不允许有裂纹存在。

上、下摆之间以铰轴连接，铰轴采用锻钢件，是重要的转动构件，锻造完成后进行全面探伤，表面加工圆顺，不得修补。

摩擦副是滑板式铰轴支座的重
要部件，由下摆底面镶嵌的滑板及底座上安装的镜面不锈钢板组成，摩擦副使竖向力的传递由点接触或线接触
变成了面接触，改善了结构的受力性能，支座的寿命也随之提高。

武汉天兴洲大桥主桥钢桁梁支座采用特制的TXZ系列滑板式铰轴支座，具有吨位大(6000t)、位移大(±500mm)、转角大(±0．008rad)的特点，并具有良好的滑动性能。

该支座摩擦副滑板采用了新型的改性超高分子量聚乙烯(XLIDE)材料，按欧洲标准EN1337—2对支座摩擦副滑板进行了磨耗试验，试验表明其磨耗率基本为零；同时滑板采用多个较大的圆形滑板阵列结构，滑板上布置有大量的储脂坑，可以使摩擦副之间存储更多的润滑脂，滑动性能更好，也延长了摩擦副的保养时间。

4、特殊要求的支座
（1）抗震支座
抗震支座的产品系列非常多，如高阻尼盆式橡胶支座、抗震球型钢支座、铅芯支座等。

抗震原理是利用减震器和侧面摩擦板吸收墩台传来的部分水平位移，以减少梁的位移。

抗震盆式橡胶支座是在普通盆式橡胶支座的基础上增加了消能和阻尼措施。

当支座水平力超过支座设计承载力的一定程度后，消能板开始滑动，起到第1道隔震效果，然后阻尼圈发挥第2道阻尼抗震效果；当地震冲击波超过一定极限时，则刚性抗震起到了第3道抗震效果。

抗震橡胶支座如图2所示。

抗震球型支座是由普通球型支座和阻尼器复合组成的。

阻尼器一方面可以增加支座水平方向的刚度，另一方面则具有一定的耗能特性。

根据耗能机制的不同，阻尼器可分为干摩擦阻尼器、流体阻尼器、材料阻尼器和滑移阻尼器。

市场上的阻尼器主要有高阻尼橡胶阻尼器、多钢板弹簧阻尼器及铅芯挤压阻尼器等。

采用橡胶阻尼器的抗震球形支座结构局部构造如图3所示。

（2）可调高支座
因桥梁基础的不均匀沉降，影响着高速铁路桥梁无砟轨道高平顺性要求。

目前轨道不平顺的调整主要是依靠扣件留有一定的调整量，但其调高量有限，因此有必要采用可调高支座来调整工后沉降量。

四、高速铁路桥梁支座安装技术
1、支座安装方式
支座的安装方式分为现浇梁的支座安装、预制梁的支座安装及顶推法施工连续梁的支座安装。

现浇梁支座安装，先将支座整体吊装，不得拆除上下座板连接螺栓，固定在设计位置，就位后同上下结构连接。

支座正式工作前，必须拆除上下连接。

预制梁支座安装时，支座的上下座板只能有一件先行连接，通常先将支座上座板连接在梁底上。

预制梁落梁先落在千斤顶上，再对支座下座板与支承垫石之间及锚栓孔内进行压力注浆。

最后拧紧下支座板锚固螺栓，拆除支座上下座板连接板。

顶推法施工连续梁的支座安装，则应先将下座板固定在墩台上，墩台上还应设置临时支座，当主梁顶推完毕，且校正位置后，拆除临时支座，让梁落在支座上。

2、支座安装要求
支座安装前应按照线路纵向坡度复核活动支座及固定支座位置是否符合设计，特别是单向活动支座的活动方向。

顺桥向的中心线必须与主梁的中心线重合或平行，活动支座的上下座板横桥向的中心线应根据温度计算其应错开的距离，但应保持上下座板的中心线平行。

大吨位支座安装时，由于下支座板较大，且为实体构造，往往引起垫石部分的灌浆料不易捣固密实，影响支座的传力均匀性及自身的受力状态。

可采取在支承垫石顶面设置预埋过渡钢板，钢板上设置足够的灌浆捣固孔，并预留与支座本体的连接构造，同时可在其上设置支座更换接口，如可拆卸的活动挡块等，保证必要时支座的更换能顺利实施。

另外，预埋钢板可使竖向荷载均匀分布，减小了局部承压应力，使结构受力合理。

支承垫石的混凝土强度等级不应低于C50，垫石高度应考虑安装、养护或以后更换支座时的方便，垫石顶面四角高差不得大于2mm。

为便于今后支座更换，安装采用预埋套筒和锚固螺栓的方式，在墩台顶支承垫石部位需预留锚栓孔，同时考虑顶梁时安放千斤顶的位置。

预制梁落梁前，先在支承垫石顶面铺一层30～50mm厚的C50干硬性无收缩砂浆，或铺一层5～10mm厚的C50环氧砂浆，以保证箱梁就位后，4个支座受力均匀，最后用C50砂浆对下座板与支承垫石之间及锚栓孔内进行压力注浆。

3、自流平灌浆材料要求
为保证支座与支承垫石顶面安装密贴，达到支座传力均匀及自身受力状态良好目的，要求支座灌浆材料具有超早强、高强、无收缩、高耐磨等特性。

灌浆料应具有很好的施工性能，能够自流找平、和易性好，完工后表面光滑平整，且使用方便。

五、建议
高速铁路支座的设计，为满足大吨位大位移要求，除具有一般支座的基本结构外，还需考虑设置一些附加的部件来适应其特殊的要求，如高耐久性、减隔振性及可调高性能。

最后要保证支座的整体优越性能，从设计、制造到安装的质量均需得到保障，同时要方便支座的安装与维护施工操作。

六、结束语
由上文可知，桥梁支座是高速铁路工程的核心部位。

所以，设计人员要不断提高支座设计水平，确保人们的生命财产安全。

参考文献
[1]杨富民.高速铁路架梁施工中自流平支座砂浆的研究及应用[J].铁道建筑，20l1(4)：24-26．
[2]郑晓龙.减隔震支座在铁路桥梁上的应用探索[J].铁道建筑技术，2010(6)：159-162．。