浅谈桥梁支座设计理论

浅谈桥梁支座设计理论

[摘要]近代以来，特别是最近10年，我国桥梁工程建设取得了快速发展，桥梁最大跨度在不断被刷新，桥梁支座吨位也随之节节攀升。相对于整桥梁造价而言，支座费用只占很少一部分，但它的作用却非常重要。虽然目前工程实践中多直接选用成品支座，但在这里探讨支座设计理论，对于如何有效选取、合理布置支座以及支座病害发生原理与预防，仍然具有重要的现实意义。

【关键词】桥梁支座；设计；选配；布置；病害

一、支座设计计算（以板式橡胶支座为例）

1、确定支座的尺寸。支座尺寸包括支座平面面积与支座高度两部分数据的确定。

支座平面面积可以这样计算：

其中Nmax为最大的支点反力；A为橡胶支座的平面面积；为支座的平均许用应力。

支座高度由橡胶高度与钢板高度两部分构成，橡胶高度由支座所要提供的剪切变形量（它将决定纵向位移量）来确定，而且要符合规范中要求总高度小于等于支座沿桥纵向长度的1/5的规定。钢板高度即为约束橡胶片各层薄钢片的厚度之和。

2、验算支座偏转与压缩变形。桥跨结构在支座处会产生转角，支座通过不均匀压缩来提供这种转动能力，同时支座与桥跨结构之间不能有“脱空”现象发生，支座的平均压缩量越大这种转动能力就越强，这就要求在转角一定的条件下，支座要保证一个最小的平均压缩量△s，△s可以这样求得：

其中，E为橡胶支座的弹性模量；为橡胶层的总高度。

此外，规范还规定了支座平均压缩量的最大值不应超过橡胶总厚的5%。

3、验算支座抗滑。支座要想发挥起作用，必须要保证其处于设计的位置，在水平力作用下在支座与桥跨结构的接触面上以及支座与墩台的接触面上不能出现相对滑动，这种保证来自于支座与混凝土之间要有足够的摩擦力，摩擦力的

大小可以通过压力与摩擦因数再考虑一定的经验系数来确定。

二、板式橡胶支座选配

板式橡胶支座已经形成系列，如无特殊要求则不必自行设计，只需根据设计需要直接选择合适的规格进行配备即可，下面将介绍选配支座的具体步骤。

1、初选支座平面尺寸。根据容许应力法的计算法则，支座必须能够提供足够大的反力，据此确定支座吨位；同时，考虑到上部结构横桥向尺寸的限制，确定支座的宽度，进而确定支座沿桥纵向尺寸。

2、初选支座高度。支座高度应根据支座水平位移设计值、支座承担水平力设计值、支座许可的的最大压缩变形等条件来确定，以上条件可通过下面方法获得。

支座水平位移设计值，根据主梁的计算温差可算得主梁的设计变形量，对于简支梁桥来说，这即为两端支座所要共同提供的水平位移，此水平位移由两端支座均摊，则每个取其二分之一。支座所承担水平力主要来自汽车制动力，其设计值取每跨上汽车制动力设计值均摊到该跨每个支座上的部分。支座许可的最大压缩变形应不超过橡胶层总共厚度的5%，支座的压缩变形主要是橡胶的弹性压缩变形。

此外，还要对支座的偏转能力与抗滑移能力进行验算，其方法与设计阶段相同，这里不再赘述。

三、支座的合理布置

桥梁的结构体系不同，桥梁的宽度不同，都将影响桥梁支座的布置情况，桥梁支座的布置应该兼顾沿桥方向与垂直于桥梁方向对变形的要求。

对简支桥梁（装配式空心板或T形梁桥），通常做成“浮动体系”，可以选用板式橡胶支座来达到这一目的。为了使所有墩台平均分担桥跨结构传来的水平力，需要把固定支座安装在桥台上，每个桥墩上布置一组活动支座，一组固定支座。当遇到高墩时，应尽量减小其所受的水平作用力，而把相邻两跨的活动支座都布置在高墩上。

对连续梁桥，通常情况下是这样的，每一个连续单元中只布置一个固定支座，其他桥墩位置均布置活动支座。有些时候，支座还有可能出现拉力，此时应设置承拉支座。当连续梁与桥墩固定连接时，不需要设置支座，但桥墩的设计要有一定的柔性，以满足桥梁纵向位移的要求。

对悬臂梁桥，锚固孔主座布置要求一侧固定，一侧活动。牛腿处的支座可设置一个固定支座和一个活动支座，也可以都做成固定的。

对于斜桥，布置支座时应尽可能使支座允许的位移方向与行车道中线保持一致，以免支座受到过大侧向剪力而破坏，或者使桥梁产生过大附加内力而威胁桥梁安全。对于弯桥，布置支座时应尽可能使支座允许位移方向与行车道径向或切向保持一致。

四、支座病害分析

目前橡胶支座在桥梁工程中得到广泛应用，但是支座适用寿命普遍偏低是一个一直困扰人们的问题，支座在设计使用期限内出现许多病害。这些病害来源是多方面的，既有支座所选橡胶材料不耐老化的先天缺陷因素，也有支座选取、布置不合理，施工不规范、不专业，养护不到位等人为因素。

板式橡胶支座中橡胶老化、变质使得梁体不能自由伸缩，直接导致梁端或墩、台帽混凝土破裂，造成掉角、啃边现象，橡胶板易位，严重的还可能导致伸缩缝破坏。现在的橡胶生产企业林立，其企业规模与技术水平也是参差不齐，难免有些企业会为追求利益而故意降低生产标准，使得出场产品达不到应有的设计强度与承载能力，可想而知这样的支座一旦被用于桥梁工程之中，出现问题是难免的。有些桥梁设计单位设计人员水平较低，对于桥梁支座选择形式并不了解、对于桥梁支座的布置方式不合理，或者由于疏忽大意，所选用支座垫石混凝土标号偏低，支座边缘预留宽度不够，或垫石加强筋不足，固定用的螺栓、螺母强度不够等，这些均会导致桥梁支座病害的发生。在施工过程中也可能出现各种各样的问题，由于各种原因造成支座安装不水平，支座位置偏离受力中心超过许可范围，安装时支座与上下部贴合不够紧密，使用时出现支座脱空现象。养护维修方面，滑动面、滚动面不净洁，异物得不到及时清理，固定件松动加固不及时，因防水装置缺陷使支座或连接面浸水腐蚀，加速老化过程等。

五、结束语

桥梁的使用能否达到设计时所预想的效果，与桥梁支座选取是否合适，支座安放位置是否恰当，支座能否正常稳定的发挥其功效密切相关。能否准确获得支座在使用中所要承担的荷载，以及支座位移量是否能准确估算，直接关系到桥梁支座的适用寿命。对于外形特殊的桥梁（宽桥、斜桥、弯桥等），支座的受力情况变化繁复，容易出现意想不到的情况，要从多个方面进行分析。在确定支座的位移量时，应综合考虑温度效应、桥跨结构挠曲变形、基础不均匀沉降等因素，并在设计计算中以安全系数的形式体现。

参考文献

[1]公路桥涵设计规范（合订本）[S].北京:人民交通出版社,1995.