桥梁的下部结构毕业设计

2 支座的设计

2.1 板式橡胶支座的选用

板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板镶嵌、粘合压制而成。有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，能将上部构造的反力可靠地传递给墩台；有良好的弹性，以适应梁端的转动；又有较大的剪切变形，以满足上部构造的水平位移。板式橡胶支座与原用的钢支座相比，有构造简单，安装方便；节约钢材，价格低廉，养护简便，易于更换等优点；且建筑高度低，对桥梁设计与降低造价有益；有良好的隔震作用，可减少活载与地震力对建筑物的冲击作用。因此本设计选用板式橡胶支座。采用天然橡胶，适用温度为-40℃~60℃（环境温度-23℃~37.4℃），硬度取60。

2.2 计算支座反力

根据上部结构计算结果，梁体自身构造产生的支座反力标准值为ck R ，

599.607.65260.59229.1557.131154.12ck R kN =++++=，其结构自重引起的支座反力标准

值为867.84Gk R kN =，公路－Ⅰ级荷载引起的支座反力标准值为229.15kN ，人群荷载标准值57.13kN,公路－Ⅰ级和人群荷载23.0/r q kN m =作用下产生的跨中挠度为9.8f mm =；根据当地的气象资料，主梁的计算温差57t C ∆=︒。

2.3 支座平面尺寸的确定

所需支座面积：

252

2

1154.12115412 1.210[]10000/Rck kN A mm mm kN m

σ=

===⨯ （2-1） 于主梁底板宽为1.6m ，故初步选定板式橡胶支座的平面尺寸为：a=600mm （顺桥向），b=700mm ，52524.210 1.210A mm mm =⨯>⨯，故采用中间层橡胶片厚度t=15mm 。

2.3.1 计算支座的平面形状系数S

()()

600700

10.7782215600700a b S mm t a b ⋅⨯=

==>+⨯⨯+，并且12< (2-2)

2.3.2 计算橡胶支座的抗压弹性模量

225.4 5.4 1.010.77626.36e e E G S MPa ==⨯⨯= (2-3)

式中：e G 为常温下支座抗剪弹性模量，取 1.0e G MPa =。

2.3.3 验算橡胶支座的承压强度

[]1154.12

2748100.60.7

ck c c R kPa MPa a b σσ=

==<=⨯⨯，

满足规范要求。 (2-4) 式中：[]c σ为橡胶支座使用阶段的平均压应力限值。

2.4 确定支座的厚度

1．假设支座水平放置，且不考虑混凝土收缩和徐变的影响。

主梁的计算温差为57t C ∆=︒，温度变形由主梁两端均摊，则每一支座的水平位移g

∆为：511

1.01057(340260)0.98722

g t l cm α-'∆=⋅∆⋅=⨯⨯⨯⨯+= (2-5)

式中：α为混凝土的线膨胀系数；

l '为简支梁的计算跨径。

2．为了计算汽车荷载制动力引起的水平位移p ∆，首先要确定作用在每一支座上的制动力T H ：

对于34.02m 桥跨，一个设计车道上公路－Ⅰ级车道荷载总重为：

296.0510.534.02653.26k k P q l kN +⋅=+⨯=，则其制动力标准值为653.2610%65.33kN ⨯=,

但按《桥规》，不得小于90kN ，故取总制动力为90kN 参与计算，5片梁共10个支座，作用于一个支座上的制动力90

910

bk F kN =

=。 3．确定需要的橡胶片总厚度e t ： 不计

汽

车

制

动

力

：

220.987 1.974e g t cm ≥∆=⨯=

(2-6)

计入汽车制动力：0.987

1.419

0.70.72 1.06070

2g

e bk

e a b

t cm F G l l ∆≥

=

=-

-

⨯⨯⨯ (2-7)

式中：e G 为支座剪变模量，常温下 1.0e G MPa =。

同时，考虑到橡胶支座的稳定性，《桥规》规定e t 应满足：0.20.26012e t a cm ≤=⨯=（a 为矩形支座短边尺寸）

选用5层橡胶片组成的支座，上下层橡胶片厚8mm ，中间层厚15mm ，薄钢板厚5mm ，则橡胶片总厚度：2831561 6.1 1.974e t mm cm cm =⨯+⨯==>且小于9cm （合格）

4．支座总厚：40.5 6.128.1e h t cm =+⨯=+=

2.5 支座偏转情况的验算

1．由下式计算支座的平均压缩变形：

,1154.120.0611154.120.061

0.2680.0840.3520.60.7626.360.60.72000

ck e ck e c m e b R t R t cm a b E a b E δ⋅⋅⨯⨯=

+=+=+=⋅⋅⋅⋅⨯⨯⨯⨯(2-8)

式中：为橡胶体积模量，2000b E MPa =。

按《桥规》规定，满足0.070.07 6.10.427e t cm δ≤=⨯=，即0.3520.427cm cm ≤，合格。 2．计算梁端转角θ：

由关系式4

5384gl f EI

=和324gl EI θ=可得：

351616162455l gl f

EI l l θ⎛⎫=⋅=

⎪⎝⎭

(2-9) 设结构自重作用下，主梁处于水平状态。已知公路－Ⅰ级荷载作用下的跨中挠度

0.98f cm =，代入上式得：

160.98

0.0009253402

rad θ⨯=

=⨯

3．验算偏转情况：

,600.000920.027622

c m a cm θδ⨯≥

== 即,0.3070.02760.2457c m cm cm δ=>=，验算合格，支座不会落空。

2.6 验算支座的抗滑稳定性

1．计算温度变化引起的水平力：

30.987

0.60.7 1.01067.966.1

g t e e

H a b G kN t ∆=⋅⋅⋅

=⨯⨯⨯⨯

= (2-10) 2．为了保证橡胶支座与梁底或与墩底顶面间不发生相对滑动，则应满足以下条件

1）0.31010.98303.29ck R kN μ=⨯=

1.4 1.467.969104.144t bk H F kN +=⨯+=

则303.29104.144kN kN >（合格）