第七章 支座与墩台

第七章支座与墩台

第一节支座

一、支座构造分类

由于桥梁跨径、支座反力、支座允许转动与位移的不同，选用的支座材料的不同，支座是否满足防震、减震要求的不同，桥梁支座有许多类型。

常用支座类型有：板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形钢支座、减隔震支座等。

1．板式橡胶支座

由数层薄橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合、压制而成。

上部结构的竖向荷载通过固定在桥跨结构的上支座板转递给支座。

无固定支座与活动支座之分。

有较大的剪切变形以满足上部结构的水平位移。

有良好的弹性，以适应梁端的转动。

2．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。

具有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部结构的反力可靠地传递给墩台。

盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。

由聚四氟乙烯板与钢板间的滑动提供水平位移量。

由承压橡胶块承受荷载，并依靠其变形保证桥跨结构在支点处的转角。

支座的布置及要求：

根据梁桥的结构体系以及桥宽，支座在纵、横向的布置方式则不同。

安放支座，应使上部结构的支点位置与下部结构的支座中线对中；要正确地确定支座所承受的荷载和活动支座的位移量。

特殊设计的支座：

一般包括：大吨位的球形钢支座、拉力支座和抗震支座。

二、支座特点及变形要求

一）梁桥支座特点

支座设置在桥梁的上部结构与墩台之间，其作用是将桥跨结构上的各种荷载反力传递到墩台上，同时保证桥跨结构所要求的位移和转动，使上、下部结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合。

作用在支座上的竖向力有结构自重的反力、活荷载的支点反力及其影响力。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。

正交直线桥梁的支座，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。对于简支梁桥，当采用柔性排架墩时，制动力可按其刚度分配；设有板式橡胶支座的柱式墩台，可考虑联合作用。在计算支座水平力时，汽车荷载产生的制动力不应与支座的摩阻力同时考虑。其它水平力的计算按规范有关条文采用。

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。

二）结构变形要求

支座的作用不仅在于作为桥梁上部结构的支承点、集中传力点；而且，它也应在结构图式许可的条件下，具有适应结构运营过程中必要变形的功能。

例如，对于简支梁与连续梁，由于温度变形而集中产生在支座处的水平位移，以及在车辆荷载作用下支点处的转动变形等，都是结构图式所许可的变形。因此，必须根据结构的特点，选配既满足承载能力也适应变形要求的合适支座。

三、板式橡胶支座的设计计算

根据结构的特点，选配既满足承载能力也适应变形要求的合适支座。

一）技术要要求

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-25℃的地区，天然橡胶用于-30℃～-40℃的地区。

板式橡胶支座的基本设计数据应按下列规定采用，其产品分类、技术要求、试验方法、检验规则等应符合《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4)的规定。

=10.0MPa

1．支座使用阶段的平均压应力限值

c

G =1.OMPa

2．常温下橡胶支座剪变模量

e

橡胶支座剪变模量随橡胶变冷而递增，当累年最冷月平均温度的平均值为O~-10℃时，e G 值应增大20%；当低于-10℃时，e G 值应增大50%；当低于-25℃时，e G 为2MPa 。

3．形状系数S 为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比。橡胶支座抗压弹性模量和支座形状系数应按下列公式计算

24.5S G E e e =

矩形支座

)(2ob oa es ob oa l l t l l S +=

圆形支座

es o

t d S 4= 式中：e E -支座抗压弹性模量(MPa)； e G -支座剪变模量；S-支座形状系数；oa l 、ob

l 矩形支座加劲钢板短边、长边尺寸；

0d -圆形支座钢板直径；es t -支座中间层单层橡胶厚

度。 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[tg γ]的数值，均与支座的形状系数S 有关。

支座形状系数应在5≤S ≤12范围内取用。

4．橡胶弹性体体积模量 E b =2000MPa 。

5．支座与不同接触面的摩擦系数

1)支座与混凝土接触时，μ=0.3；

2)支座与钢板按触时，μ=0.2；

3)聚四氟乙烯板与不锈钢板按触（加硅脂）时， f μ=O.06；当温度低于-25℃时， f μ值增大30%；当不加硅脂时， f μ值应加倍。当有实测资料时，也可按实测资料采用。

6．橡胶支座剪切角α正切值限值:

1)当不计制动力时，αtan ≤0.5；

2)当计入制动力时，αtan ≤0.7。

二）支座尺寸的确定：

1．确定支座平面面积A

根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过它们相应容许承压应力的要求确定。板式橡胶支座有效承压面积按下列公式计算：

c ck e R A σ=

A e -支座有效承压面积(承压加劲钢板面积)；

c σ-支座压力标准值，汽车荷载应计人冲击系数。

2．橡胶支座的厚度e t 。

板式橡胶支座橡胶层总厚度应符合下列规定:

1)从满足剪切变形考虑，应符合下列条件:

不计制动力时 e t ≥2l ∆

计入制动力时 e t ≥1.43l ∆

当板式橡胶支座在横桥向平行于墩台帽横坡或盖梁横坡没置时，支座橡胶层总厚度应符合下列条件:

不计制动力时 e t ≥22

2

t l ∆+∆

计入制动力时 e t ≥1.432

2

t l ∆+∆

l ∆-由上部结构温度变化、混凝土收缩和徐变等作用标准值引起的剪切变形和纵向力标准值(当计入制动力时包括制动力标准值)产生的支座剪切变形，以及支座直接设置于不大于1%纵坡的梁底面下，在支座顶面由支座承压力标准值顺纵坡方向分力产生的剪切变形；

t ∆-支座在横桥向平行于不大于2%的墩台帽横坡或盖梁横坡上设置，由支庄承压力标准值平行于横坡方向分力产生的剪切变形。

2)从保证受压稳定考虑，应符合下列条件:

矩形支座 10a l ≤e t ≤5a l

圆形支座 10d ≤e t ≤5d

式中a l -形支座短边尺寸；d -圆形支座直径。

3．板式橡胶支座竖向平均压缩变形应符合下列规定:

b e e ck e e e ck m

c E A t R E A t R +=,δ （2

a l θ[不脱空]≤m c ,δ≤0.07e t [支座稳定性]）