1、第7章 橋梁支座第7章 橋梁支座7.1 概 述7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.4 減隔震支座7.1 概述橋梁支座（Bridge bearing）是設(shè)置在橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)之間的重要部件，其作用是將橋梁上部結(jié)構(gòu)在各種荷載作用下所產(chǎn)生的反力（包括靜載、活載、制動(dòng)力和風(fēng)力）和變形（位移和轉(zhuǎn)角）傳遞給橋梁下部結(jié)構(gòu)，并且使得橋跨結(jié)構(gòu)能夠適應(yīng)溫度變化、混凝土收縮徐變等因素所產(chǎn)生的位移，從而使橋梁上下結(jié)構(gòu)受力情況更能符合結(jié)構(gòu)的靜力圖式。隨著橋梁跨度的加大及載重量的不斷提高，對(duì)橋梁支座的發(fā)展提出了新的要求。橋梁界已經(jīng)發(fā)展出由不同材料做成的多種形式的支座，其中有最初的簡(jiǎn)易支座、以

2、前常用的混凝土支座、承載力大的鋼支座、現(xiàn)在用的最多的橡膠支座以及有特殊作用的支座，諸如抗震支座、拉力支座等，長(zhǎng)江第二大橋用的6500t特大噸位盆式橡膠支座的研制成功進(jìn)一步豐富了支座的種類(lèi)，滿(mǎn)足了工程實(shí)際中各種橋梁的需要。7.1 概述7.1 概述橋梁支座主要作用具體表現(xiàn)如下三點(diǎn)：（1）使反力明確地作用到墩臺(tái)的指定位置，并將集中反力擴(kuò)散到一個(gè)足夠大的面積上，以保證墩臺(tái)工作的安全可靠。（2）保證橋跨結(jié)構(gòu)在支點(diǎn)按計(jì)算圖式所規(guī)定的條件變形。（3）保證橋跨結(jié)構(gòu)在墩臺(tái)上的位置充分固定，不至滑落。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造隨著橋梁結(jié)構(gòu)體系發(fā)展的日新月異，支座種類(lèi)也不斷增加。在20世紀(jì)60年代以前，橋梁中使用

3、的幾乎都是鋼支座。隨著材料工業(yè)的發(fā)展，出現(xiàn)了橡膠支座及使用聚四氟乙烯板的平面滑動(dòng)支座，20世紀(jì)60年代又出現(xiàn)了盆式橡膠支座與板式橡膠支座，并且很快發(fā)展成為最主要的橋梁支座形式。在20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制的球形支座，并且很快在彎梁橋上應(yīng)用。橋梁支座具體可根據(jù)橋梁跨徑長(zhǎng)短、支座反力大小、支座允許的轉(zhuǎn)動(dòng)和位移量、選用的支座材料以及對(duì)橋梁變形和本身建筑高度、以及滿(mǎn)足橋梁抗震、防震等要求選用。按支座容許變形的可能性劃分，通常有固定支座和活動(dòng)支座，活動(dòng)支座又包括單向活動(dòng)支座和雙向活動(dòng)支座。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造固定支座。主要承擔(dān)橋跨結(jié)構(gòu)支承處順橋向、橫橋向的水平力和豎向反力，并約束相應(yīng)的線變位。固定

4、支座既要固定主梁在墩臺(tái)上的位置并傳遞豎向力和水平力，又要保證主梁發(fā)生撓曲變形時(shí)在支承處能自由轉(zhuǎn)動(dòng)。 。圖7-2 簡(jiǎn)支橋梁支座布置示意圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造（2）活動(dòng)支座活動(dòng)支座則只能傳遞豎向力，它允許上部結(jié)構(gòu)既能轉(zhuǎn)動(dòng)又能水平移動(dòng)。單向活動(dòng)支座。它在承擔(dān)豎向反力的同時(shí)，能約束順橋向、橫橋向水平位移中的一個(gè)方向的線位移。 多向活動(dòng)支座。它僅承擔(dān)豎向反力，容許順橋向、橫橋向兩個(gè)方向發(fā)生線位移。其中梁式橋主要用固定支座和單向活動(dòng)支座。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造橋梁支座應(yīng)根據(jù)不同情況進(jìn)行布置：（1）對(duì)于簡(jiǎn)支梁橋，一端設(shè)固定支座，另一端設(shè)活動(dòng)支座。T構(gòu)橋的掛孔按簡(jiǎn)支梁處理。（2）對(duì)于多跨連續(xù)梁橋

5、，一般每聯(lián)只有一個(gè)固定支座。為避免活動(dòng)端的伸縮變形過(guò)大，一般將固定支座設(shè)在每聯(lián)的中間橋墩上。但若該處墩身較高，則應(yīng)考慮避開(kāi)，或采取特殊措施，以避免該墩頂承受過(guò)大的水平力（這導(dǎo)致墩底彎矩過(guò)大）。圖7-3 連續(xù)梁橋支座布置示意圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造（3）曲線連續(xù)梁橋的支座布置會(huì)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(dòng)和移動(dòng)的可能性。宜采用球面支座，且為多向活動(dòng)支座。曲線箱梁中間常設(shè)單支點(diǎn)支座，僅在一聯(lián)范圍內(nèi)的梁的端部（或橋臺(tái)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。圖7-4為曲梁支座布置的示意圖。7.2 橋梁支座的

6、類(lèi)型和構(gòu)造圖7-4 曲線梁橋支座布置示意圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造（4）對(duì)于懸臂梁橋，錨固跨一側(cè)設(shè)固定支座，另一側(cè)設(shè)活動(dòng)支座。鐵路橋梁固定支座、活動(dòng)支座的布置應(yīng)遵循以下原則： 對(duì)于橋跨結(jié)構(gòu)而言，最好要使梁（支承處）的下緣在制動(dòng)力的作用下受壓，從而抵消一部分豎向荷載在下緣產(chǎn)生的拉力。一般固定支座設(shè)置在坡橋較低側(cè)以及行車(chē)方向的前方側(cè)。在車(chē)站附近，固定支座宜設(shè)置在車(chē)站一側(cè)，對(duì)于坡道應(yīng)設(shè)置在高程較低一側(cè)。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造對(duì)于縱橋向設(shè)有兩個(gè)支座的橋墩而言，最好能讓制動(dòng)力的方向指向橋墩中心，使制動(dòng)力能抵消一部分豎向荷載所產(chǎn)生的偏心距。對(duì)于橋臺(tái)而言，最好能讓制動(dòng)力的方向指向堤岸，使墩臺(tái)頂部的

7、圬工材料處于受壓狀態(tài)，由此能平衡一部分臺(tái)后土壓力。在區(qū)間平道上，支座設(shè)置在重車(chē)方向的前端，對(duì)于雙線橋，兩線固定支座均設(shè)于兩端中主要重車(chē)方向的前端。 對(duì)于其它一些特殊橋梁的布置原則要滿(mǎn)足相應(yīng)的規(guī)定規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。 橋梁支座通常用鋼、橡膠或混凝土等材料來(lái)制作。從簡(jiǎn)易的墊層支座到加工復(fù)雜的鑄鋼輥軸支座，類(lèi)型很多。本節(jié)主要介紹一些常用的支座類(lèi)型。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2.1簡(jiǎn)易墊層支座簡(jiǎn)易墊層支座，是指在梁底與墩臺(tái)之間設(shè)置墊層來(lái)支承上部結(jié)構(gòu)。墊層材料有油毛氈、石棉或鉛板等，主要是利用這些材料的柔韌特性以此來(lái)適應(yīng)梁端較小的轉(zhuǎn)動(dòng)，也正是這些材料的本身特性從而使它的使用壽命較其它支座相比明顯降低，并且適

8、用范圍也很小，這在下面的應(yīng)用條件也容易看出。簡(jiǎn)易墊層支座在我國(guó)早期的中小跨徑橋梁中應(yīng)用較多，目前已不常用。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7-9 簡(jiǎn)易墊層支座對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)跨徑小于10m的簡(jiǎn)支橋或簡(jiǎn)支梁橋（公路橋跨徑在10m以?xún)?nèi)，鐵路梁橋跨徑小于45m的小跨徑橋梁），為方便簡(jiǎn)單起見(jiàn)，可以不設(shè)專(zhuān)門(mén)的支座結(jié)構(gòu)，而直接使板或梁的端部支承在幾層油毛氈或7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造石棉做成的簡(jiǎn)易墊層上面，如需在梁的一端設(shè)置固定支座時(shí)，則在墩臺(tái)中預(yù)埋鉚釘，然后使它穿入到預(yù)埋于板或梁端中的套管內(nèi)。墊層經(jīng)壓實(shí)后的厚度不應(yīng)小于1cm。實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)指出，這種簡(jiǎn)易墊層的變形性能較差。為了防止墩、臺(tái)頂部前緣被壓碎并避免上部結(jié)構(gòu)端

9、部和墩、臺(tái)頂部可能被拉裂，通常應(yīng)將墩、臺(tái)頂部的前緣削成斜角，并最好在板或墩、臺(tái)頂部?jī)?nèi)增設(shè)12層鋼筋網(wǎng)予以加強(qiáng)。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2.2鋼支座鋼支座是靠鋼部件的滾動(dòng)、搖動(dòng)和滑動(dòng)來(lái)完成支座的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)功能。其最大的特點(diǎn)是承載能力高，能適應(yīng)橋梁的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的需要。鋼支座系列以豎向承載力為主參數(shù)，分16級(jí)（單位為kN）：800、1200、1600、2000、2300、2600、3000、4000、5000、6000、7000、8000、10000、13000、16000和20000?；顒?dòng)支座縱向允許位移值分7級(jí)（單位為mm）：20、30、40、50、80、120、150。橫向活動(dòng)支座允許

10、位移值分2級(jí)（單位為mm）：10、20。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造鋼支座按性能分為固定支座（GD）、縱向活動(dòng)支座（ZX）、橫向活動(dòng)支座（HX）、多向活動(dòng)支座（DX）。抗震型支座表示方法為：在型號(hào)表示的最后增加設(shè)計(jì)地震動(dòng)峰值加速度，如0.15g、0.2g、0.3g、04.g，普通支座不加此項(xiàng)。鋼支座又分為鑄鋼支座和新型鋼支座。 1、 鑄鋼支座鑄鋼支座使用碳素鋼或優(yōu)質(zhì)鋼經(jīng)過(guò)制模、翻砂、鑄造、熱處理、機(jī)械加工和表面處理制成，是一7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造種傳統(tǒng)型式的支座。鑄鋼支座承載能力較大，但其構(gòu)造尺寸大、耗鋼量多、剛度過(guò)大、傳力急劇，容易造成下部結(jié)構(gòu)損壞。而且鑄鋼支座易銹蝕，養(yǎng)護(hù)費(fèi)用高，維修

11、較困難。 多數(shù)鋼支座絕大部分在構(gòu)造上都有其相同點(diǎn)：上擺、下擺。搖軸和輥軸支座還包括搖軸（可以看作為下擺）、輥軸與底板。 視跨度與荷載大小，鋼支座常見(jiàn)種類(lèi)有平板支座、弧形支座、搖軸支座和輥軸支座等幾種。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造1）平板支座平板支座是橋梁支座最早而又最簡(jiǎn)單的一種支座型式。它由上、下擺兩塊平面鋼板組成，固定支座的上、下平板間用鋼銷(xiāo)固定?；顒?dòng)平板支座只將上平板銷(xiāo)孔改成長(zhǎng)圓形。平板支座構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工容易，但其缺點(diǎn)是反力不集中，梁端不能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，伸縮時(shí)要克服較大的摩阻力，而且梁的支承端也不能完全自由旋轉(zhuǎn)。所以平板支座一般用于小跨度橋梁，在鐵路橋上可用到8 m跨度，在公路橋中常用到121

12、5 m的跨度。目前平板支座大部分已被板式橡膠支座所取代。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造 為了減少鋼板接觸面上的摩擦力以免阻礙縱向滑動(dòng)，可將鋼板的接觸面在刨床上刨光并涂以石墨潤(rùn)滑劑（但是有時(shí)積垢與銹蝕常使這種支座“凍死”失效）。將薄鉛板夾于鋼板之間雖有助益，但鉛板經(jīng)常被擠出來(lái)。若能免除污垢、灰塵，則嵌有石墨化合物自行潤(rùn)滑的青銅平板就能良好地工作。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造2）弧形支座?；⌒椭ё蓛蓧K厚度約為45cm鑄鋼制成的上、下支座板和銷(xiāo)釘組成，如圖7-10所示。 圖7-6 弧形支座示意圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造它按約束情況可分為齒槽式和銷(xiāo)釘式兩種。上支座板是一塊平直的矩形鋼板，下支座板是

13、一塊頂面呈圓弧形的鋼板，并且分別預(yù)埋在主梁端部和墩（臺(tái)）帽中，這樣，上墊板沿著下墊板弧形接觸面的相對(duì)滑動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)支座的功能要求。上、下支座板之間在銷(xiāo)釘孔處設(shè)有銷(xiāo)釘（或齒板），并且通過(guò)銷(xiāo)釘（或齒板）的抗剪來(lái)承受水平力的作用。通常應(yīng)使齒槽比齒板寬2mm，且齒板頂部應(yīng)削斜，從而可以使上墊板自由轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)用銷(xiāo)釘固定時(shí)，銷(xiāo)釘直徑也應(yīng)較銷(xiāo)孔小2mm，且伸出的頂頭也應(yīng)做成頂部縮小的圓錐形。但是這種支座目前已較少采用，只在一些老橋上還能見(jiàn)到，固定支座的上、下支座板的銷(xiāo)釘孔均為圓孔，由銷(xiāo)釘承受縱向水平力?；顒?dòng)支座的銷(xiāo)釘孔為長(zhǎng)圓孔，以使支座可做少量的滑移。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造下支座板頂面曲率半徑應(yīng)根

14、據(jù)赫茲接觸線應(yīng)力公式進(jìn)行檢算：式中，P支座反力；E鋼的彈性模量；r下支座板頂面曲率半徑。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造弧型支座在使用過(guò)程中，經(jīng)常發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)不靈活或錨栓（齒板）剪斷的現(xiàn)象。主要原因是由于弧型接觸面接觸應(yīng)力過(guò)大被壓平，使支座轉(zhuǎn)動(dòng)困難，伸縮時(shí)要克服較大的摩阻力，同時(shí)由于支座錨栓（齒板）與梁底鋼板焊接后，使錨栓抗剪強(qiáng)度降低。所以只能適用于較小跨度的梁，弧型支座一般用于跨度在 16 m以下（規(guī)定要求在812m）的鐵路橋上。這種支座目前已較少采用，只在一些老橋上還能看到，不少橋梁的弧型支座已被板式橡膠支座所代替。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造3）搖軸支座。 跨度在2030m之間的鐵路橋梁通常均采

15、用鑄鋼搖軸支座。搖軸支座是由上擺、底板和兩者之間的輥?zhàn)咏M成，將圓輥多余部分削去成為扇形，就形成搖軸。隨著搖軸的直徑的加大其承載能力也在提高，但支承反力大的搖軸直徑也大，勢(shì)必要增加其高度。搖軸支座按是否活動(dòng)有固定支座和活動(dòng)支座之分?；顒?dòng)支座由底板、下擺（搖軸）和梁底直接相連的上擺組成。下擺的底面做成圓曲面形，能自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并由下擺轉(zhuǎn)動(dòng)后頂、底面的位移差來(lái)適應(yīng)梁體位移的需要。搖軸支座的固定支座由上下擺組成，只不過(guò)是下擺的底面改為水平面，直接和墩臺(tái)連接，因此支座只能轉(zhuǎn)動(dòng)，不能移位。圖7.7所示為活動(dòng)搖軸支座，圖7.8為固定搖軸支座。 以往由于搖軸支座上下擺頂面和底面曲面半徑不一致，因而在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)受到的約

16、束阻力較大，所以目前設(shè)計(jì)的搖軸支座頂、底面為同心圓的一部分，以便于支座的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。鉸接搖軸支座是搖軸支座的一種改進(jìn)型式，其優(yōu)點(diǎn)是最終能準(zhǔn)確控制支座排列位置，但有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生“凍死”不轉(zhuǎn)動(dòng)現(xiàn)象。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7-7 活動(dòng)搖軸支座圖圖7-8 固定搖軸支座圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造4）輥軸支座。為了克服搖軸支座的缺點(diǎn)，輥軸支座特別是在大跨度橋梁和鋼橋上得到了廣泛的應(yīng)用。它通常是由若干個(gè)小直徑的輥軸并列、組聯(lián)在一起，梁體位移是通過(guò)輥軸轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。支座反力的大小直接決定了輥軸數(shù)量的多少，一般情況為210個(gè)。根據(jù)線接觸應(yīng)力的大小來(lái)確定。7.2 橋梁支座的類(lèi)型

17、和構(gòu)造圖7-9 活動(dòng)輥軸支座圖 圖7-10 固定輥軸支座圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造2、新型鋼支座。新型鋼支座根據(jù)材料劃分主要有以下類(lèi)型：不銹鋼支座、合金鋼支座、滑板鋼支座和球面鋼支座。這些鋼支座主要有以下特性：1)采用不銹鋼或高級(jí)合金鋼合金支座，并且支座封閉在油箱內(nèi)，防止了鋼材的生銹，從而減少了維修養(yǎng)護(hù)或免維修。2)對(duì)承受接觸應(yīng)力的部分進(jìn)行表面硬化處理，極大地提高了支座的容許承載能力。3)支座的轉(zhuǎn)動(dòng)部分采用鋼制（或黃銅）制成的球冠形狀，在鋼制（黃銅）的球冠上、下分別設(shè)置減少摩阻力的聚四氟乙烯板，構(gòu)成球形支座。4）球形鋼支座傳力可靠，轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，它不但具備盆式橡膠支座承載能力大，容許支座位移大

18、等特點(diǎn)，而且能更好地適應(yīng)支座大轉(zhuǎn)角的需要（圖7.11），與盆式支座相比具有下列優(yōu)點(diǎn):7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造1、上支座板 2、下支座板 3、支座鋼球芯 4、PTFE圓平板 5、PTFE球形板 6、不銹鋼圖7-11 QZ型球形鋼支座示意圖7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造a 、球形鋼支座通過(guò)球面?zhèn)髁?，不出現(xiàn)力的縮頸現(xiàn)象，作用在混凝土上的反力比較均勻；b 、球形鋼支座通過(guò)球面聚四氟乙烯板的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)支座的轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩小，而且轉(zhuǎn)動(dòng)力矩只與支座球面半徑及聚四氟乙烯板的摩擦系數(shù)有關(guān)，與支座轉(zhuǎn)角大小無(wú)關(guān)，特別適用于大轉(zhuǎn)角的要求，設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角可達(dá)0.05rad。 c 、支座各向轉(zhuǎn)動(dòng)性能一致，適用于寬橋、曲線

19、橋；d支座不用橡膠承壓，不存在橡膠老化對(duì)支座轉(zhuǎn)動(dòng)性能的影響，特別適用于低溫地區(qū)。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2.3橡膠支座 橡膠支座的應(yīng)用是源于橡膠工業(yè)的迅速發(fā)展，從50年代起已嘗試應(yīng)用優(yōu)質(zhì)合成橡膠來(lái)制造橋梁支座。多年來(lái)的工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明，橡膠支座具有構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)高度小、安裝方便和使用性能優(yōu)良等一系列優(yōu)點(diǎn)。此外，它能方便地適應(yīng)任意方向的變形，特別對(duì)于寬橋、曲線橋和斜交橋具有很好的適用性。并且橡膠的彈性還能削減上下部結(jié)構(gòu)所受的動(dòng)力作用，對(duì)于抗震十分有利。鑒于此，近年來(lái)橡膠支座在橋梁工程中得到了廣泛的應(yīng)用。橡膠支座用的材料主要是化學(xué)合成的氯丁橡膠，它具有一定的抗壓強(qiáng)度、抗油

20、蝕性和耐老化性。盡管老化性不可避免，但實(shí)踐應(yīng)用表明，從適用性和經(jīng)濟(jì)性上考慮，這類(lèi)支座依然值得推廣。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7-12 板式橡膠支座實(shí)體剖切圖形7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造板式橡膠支座與鋼支座相比具有下列優(yōu)點(diǎn)：橡膠支座構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工制造方便、成本低廉、節(jié)約鋼材。橡膠支座工作性能可靠，具有良好的彈性阻尼、可減少動(dòng)載對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)及墩臺(tái)的沖擊作用，改善橋梁受力性能。橡膠支座幾乎不需要經(jīng)常的養(yǎng)護(hù)，減少養(yǎng)護(hù)工作量?；谙鹉z支座水平動(dòng)力阻尼特性，可改善橋梁的整體抗震性能。 橡膠支座一般可分為板式橡膠支座、四氟橡膠滑板式支座、球冠圓板式橡膠支座和盆式橡膠支座四類(lèi)。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造

21、圖7-13 板式橡膠支座7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造1. 板式橡膠支座板式橡膠支座的構(gòu)造非常簡(jiǎn)單，它是由幾層橡膠和薄鋼板迭合而成。常用的板式橡膠支座采用薄鋼板或鋼絲網(wǎng)作為加勁層以提高支座的豎向承載能力。板式橡膠支座的變形機(jī)理為：橡膠的不均勻彈性壓縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；橡膠的剪切變形實(shí)現(xiàn)水平位移。板式橡膠支座多用于活動(dòng)支座，圖7.14、圖7.15和圖7.16所示為板式橡膠縱向活動(dòng)支座、橫向活動(dòng)支座和多向活動(dòng)支座結(jié)構(gòu)示意圖。也有將橡膠支座作為固定支座的情況，此時(shí)采用如圖7.17所示的結(jié)構(gòu)。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.14 縱向活動(dòng)支座結(jié)構(gòu)示意圖 圖7.15橫向活動(dòng)支座結(jié)構(gòu)示意圖 7.2 橋梁支座的類(lèi)型

22、和構(gòu)造圖7.16多向活動(dòng)支座結(jié)構(gòu)示意圖 圖7.17固定活動(dòng)支座結(jié)構(gòu)示意圖板式橡膠支座可制作成矩形和圓形。矩形支座構(gòu)造簡(jiǎn)單，而圓形和球冠圓形在平面上各向同性；圓形板上的球冠可調(diào)節(jié)受力狀況，既適用于一般梁橋，也適用于各種變位較復(fù)雜的立交橋及高架橋。矩形橡膠支座是中小跨徑梁最常用的支座形式。支座的橡膠材料以氯丁橡膠為主，也可采用天然橡膠或者是由天然橡膠配方的耐高溫橡膠支座。氯丁橡膠一般用于最低氣溫不超過(guò)-25的地區(qū)，天然橡膠適用于溫度不低于-30-40的地區(qū)。根據(jù)試驗(yàn)分析，板式橡膠支座的設(shè)計(jì)基本參數(shù)有，壓縮彈性模量E、容許壓應(yīng)力和容許剪切角 ，這些參數(shù)均與支座的形狀系數(shù)S有關(guān)。 7.2 橋梁支座的類(lèi)

23、型和構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造形狀系數(shù)為橡膠支座的承壓面積與自由表面積之比，矩形支座為：式中： a 支座短邊長(zhǎng)度，單位mm； b 支座長(zhǎng)邊長(zhǎng)度，單位mm； hi 兩層鋼板之間橡膠層的厚度，單位mm。支座的力學(xué)性能見(jiàn)表7-1。支座抗壓彈性模型根據(jù)表7-2取值。 表7-1 板式橡膠支座力學(xué)性能指標(biāo)7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造表7-2 板式橡膠支座抗壓彈性模量E（單位MPa）支座按其適用的溫度范圍分為常溫型和耐寒型兩類(lèi)。常溫型支座的適用溫度范圍為-25+60，宜采用氯丁橡膠（CR）；耐寒型支座的適用溫度范圍為-40+60，應(yīng)采用天然橡膠（NR）。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造2.四氟橡膠滑板式支

24、座聚四氟乙烯滑板式橡膠支座簡(jiǎn)稱(chēng)四氟滑板式支座，是在普通板式橡膠支座基礎(chǔ)上按照支座尺寸大小粘復(fù)一層厚24mm的聚四氟乙烯板材而成，所以它是板式橡膠支座的一種特殊形式。另外在主梁支點(diǎn)底面設(shè)置一塊有一定光潔度的不銹鋼板，以利用聚四氟乙烯板貼在它下面自由滑動(dòng)，聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間的摩擦力系數(shù)可取為0.050.10。除了能水平向自由伸縮外滑板式橡膠支座與非滑板式橡膠支座其它性能相同。聚四氟乙烯滑板式橡膠支座適用于較大跨度的簡(jiǎn)支梁橋、橋面連續(xù)的梁橋和連續(xù)梁橋；此外，還可用作連續(xù)梁橋頂推施工的滑塊。 7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造 圖7.18 四氟滑板式橡膠支座7.2 橋梁支

25、座的類(lèi)型和構(gòu)造3.球冠圓板式橡膠支座 球冠圓板式橡膠支座是一種改進(jìn)后的圓形板式橡膠支座，其中間層橡膠和鋼板布置與圓形板式橡膠支座完全相同，而在支座頂面用純橡膠制成球形表面(圖7.19)，球面中心橡膠最大厚度為410mm。球冠圓板式橡膠支座具有傳力均勻，可明顯改善或避免支座底面產(chǎn)生偏壓、脫空等不良現(xiàn)象特性，在平面上各向同性，并以其球冠調(diào)節(jié)受力狀況。不但適用于一般橋梁，也適用于各種布置復(fù)雜、縱橫較大的立交橋及高架橋，其坡度使用范圍為35%，也可根據(jù)不同坡度需要調(diào)整球冠半徑。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.19球冠圓板式橡膠支座球冠支座分類(lèi)：a球冠圓板式橡膠支座 b聚四氟乙烯球冠圓板式橡膠支座7.

26、2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.20 球冠圓板式橡膠支座安裝圖示4.盆式橡膠支座。 一般的盆式橡膠支座處于無(wú)側(cè)限受力狀態(tài)，抗壓強(qiáng)度不高，加之其位移量取決于橡膠的容許剪切變形和支座高度，要求的位移量越大，就要做的愈厚，所以無(wú)側(cè)限橡膠支座的承載能力和位移值受到一定的限制。盆式橡膠支座克服了這一缺點(diǎn)，其工作原理是利用被半封閉鋼制鋼盆內(nèi)的彈性橡膠塊在三向受力狀態(tài)下具有流體的性質(zhì)特點(diǎn)，來(lái)實(shí)現(xiàn)橋梁上部的轉(zhuǎn)動(dòng)，同時(shí)依靠中間鋼板上板與上座板的不銹鋼板之間的低摩擦系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)上部結(jié)構(gòu)的水平位移，使支座所承受的剪切變位不再由橡膠完全承擔(dān)。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造 由于鋼盆有很好的密封性，橡膠在盆內(nèi)不能橫向伸長(zhǎng)，豎

27、向壓縮也將小了許多。從試驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)看，橡膠處于三向約束狀態(tài)時(shí)的抗壓彈性模量為50000MPa，比無(wú)側(cè)向約束的抗壓彈性模量增大近20倍，因而支座承載能力大為提高，解決了板式 橡膠支座承載能力的局限，能滿(mǎn)足大的支承反力、大的水平位移及轉(zhuǎn)角要求。圖7.21所示為一般的盆式橡膠支座的構(gòu)造，圖7.22所示為我國(guó)鐵路常用TPZ型橋梁盆式橡膠支座構(gòu)造 7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.21 盆式橡膠支座的一般構(gòu)造圖 7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造1.鋼盆 2.承壓材料 3.鋼襯板 4.聚四氟乙烯板 5.上支座板 6.不銹鋼板 7.鋼緊箍圈 8.密封膠圈 圖7.22 TPZ型橋梁盆式

28、橡膠支座圖 7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2.4鋼筋混凝土支座鋼筋混凝土支座可分外擺柱式支座和混凝土鉸支座1.鋼筋混凝土擺柱式支座對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)跨徑等于或大于20m的簡(jiǎn)支梁式公路橋或跨徑大于13m的公路懸臂梁橋的掛孔，為了更好地保證梁端的自由轉(zhuǎn)動(dòng)，可采用鋼筋混凝土擺柱式支座來(lái)代替一般的弧形鋼板活動(dòng)支座。它比弧形鋼板活動(dòng)支座的縱向移動(dòng)更靈活，其構(gòu)造也比較簡(jiǎn)單，只要在鋼筋混凝土短柱的上、下端做成弧形鋼板固定支座的形式。鋼筋混凝土擺柱式支座水平位移量大，而能承受的支點(diǎn)反力可達(dá)50006000kN，支座高度范圍也很大，20100cm，如圖7.23所示。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.23 鋼筋混凝土擺柱

29、式支座構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造鋼筋混凝土支座柱身一般采用較高標(biāo)號(hào)混凝土制作（C40C50），其橫橋向尺寸一般等于梁肋寬度，順橋向尺寸需由混凝土柱體強(qiáng)度計(jì)算確定。柱體內(nèi)一般含筋率約為0.5%左右配置豎向鋼筋，并需配置雙向的水平鋼筋來(lái)承受支座受壓時(shí)產(chǎn)生的橫向拉力。在與擺柱式支座接觸的梁底及墩臺(tái)頂帽內(nèi)須用鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)。為施工安裝的需要，在墩臺(tái)頂帽要預(yù)埋定位鋼板。擺柱式支座的高度顯著大于弧形鋼板固定支座的高度，因此當(dāng)兩者布置在橋墩上時(shí)，可以用支承墊石將固定支座墊高以調(diào)整高差，支承墊石可以用完好的石料或用鋼7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造筋混凝土來(lái)實(shí)現(xiàn)，如圖7.24a所示。將擺柱式支座擱置在墩頂預(yù)留槽

30、內(nèi)，如圖7.24b所示。其優(yōu)點(diǎn)是可以降低橋面高度，缺點(diǎn)是槽內(nèi)容易進(jìn)入污物，且維護(hù)檢修較困難。并且制作要求高，安裝精細(xì)，避免出現(xiàn)在橫橋向受壓不均勻的現(xiàn)象。為了保證擺柱的澆搗質(zhì)量，通常用振動(dòng)臺(tái)來(lái)?yè)v實(shí)混凝土。在常年平均氣溫時(shí)，擺柱應(yīng)立直。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.24 鋼筋混凝土擺柱式支座布置圖式7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造2.混凝土鉸支座混凝土鉸支座利用混凝土頸縮部分形成混凝土鉸，它可滿(mǎn)足支座的轉(zhuǎn)角要求。這種支座制造方便，而且不需要做防銹處理，也很少需要養(yǎng)護(hù)，在特定條件下不失為一種較好的支座，如圖7.25所示?；炷零q的頸縮部分要設(shè)置鋼筋，以防止該部分混凝土在高應(yīng)力下剝裂。圖7.25 混凝

31、土鉸支座構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造混凝土鉸支座利用頸縮混凝土的雙向或三向應(yīng)力狀態(tài)使其承壓能力提高，鉸的頸縮比越大，它的容許壓力或容許壓應(yīng)力就越大。當(dāng)轉(zhuǎn)角較小時(shí)，通過(guò)鉸部位的混凝土變形就可以轉(zhuǎn)動(dòng)；而當(dāng)轉(zhuǎn)角較大時(shí)，鉸的頸縮部位混凝土就會(huì)開(kāi)裂，此時(shí)混凝土的壓應(yīng)力急劇增大。在混凝土破裂前，鉸頸縮部位的邊緣應(yīng)力可達(dá)約8倍的混凝土棱柱體抗壓強(qiáng)度。在持續(xù)荷載的作用下，裂縫可能由于混凝土的徐變變形部分閉合，使荷載偏心距離和轉(zhuǎn)動(dòng)反力矩減小。因此在確定容許轉(zhuǎn)角和轉(zhuǎn)動(dòng)反力矩時(shí)，應(yīng)根據(jù)恒載及活載情況區(qū)別對(duì)待。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造混凝土鉸是一種最簡(jiǎn)單、最廉價(jià)的中心可轉(zhuǎn)動(dòng)的支座?；炷零q曾在橋梁中有所應(yīng)用，

32、支承反力可達(dá)10000kN。具有支座高度小，用鋼量少等優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)是不能調(diào)整高度，轉(zhuǎn)動(dòng)量少，不便于更換和維修。7.2.5 特殊用途支座 除上述支座形式外，還有一些劃分為特殊用途的支座，諸如拉力支座、減震支座和水平限位支座。 1.拉壓支座 拉壓支座是既能承受壓力又能承受拉力的支座，適用于有可能出現(xiàn)負(fù)反力的位置，如連續(xù)梁的邊支點(diǎn)，斜交梁的銳角部位等。拉力支座在國(guó)內(nèi)已走過(guò)二十多個(gè)年頭了。1987年在上海蘇州河閘橋首次使用；1997年在哈大線（哈爾濱大連）鞍山一座斜交橋中使用了100t的拉壓支座，最大拉力20多噸；2001年為宜昌市的一座大跨度渡槽設(shè)計(jì)的拉壓兼測(cè)力支座，反力可達(dá)300t 。拉壓支座的主要

33、特征為在普通支座的基礎(chǔ)上在支座的內(nèi)部或外部位置承受拉力的部件，支座除可正常轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)外，使之可傳遞垂直方向的壓力和拉力。 7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造對(duì)于固定盆式橡膠支座，可以在盆式橡膠支座中心穿一根預(yù)應(yīng)力鋼筋，鋼筋則套在喇叭狀的套管內(nèi)，并可作微小的位移，預(yù)應(yīng)力鋼筋應(yīng)按照1.2倍的上撥力進(jìn)行預(yù)加應(yīng)力，以使支座不會(huì)因錨桿伸長(zhǎng)而脫開(kāi) ；也可在靠近盆式支座的兩側(cè)（與跨長(zhǎng)方垂直）布置預(yù)應(yīng)力鋼筋，已構(gòu)成能使支座轉(zhuǎn)動(dòng)的軟墊緩沖層，使支座能承受拉力，如圖7.26所示。對(duì)盆式橡膠支座的活動(dòng)支座，預(yù)應(yīng)力拉桿只能設(shè)在支座兩側(cè)的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上 7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造圖7.26 拉壓支座7

34、.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造2.減震支座減震支座是一種應(yīng)用在地震多發(fā)區(qū)的新型橋梁支座。它是利用阻尼和摩擦耗能，使橋梁阻尼增大，消減最大地震力峰值，減緩強(qiáng)烈地震力的動(dòng)力反應(yīng)和沖擊作用。常用的減震支座有盆式橡膠支座和輥軸減震支座等。3.限位支座當(dāng)斜拉橋或者懸索橋在跨徑很大時(shí)，為減輕結(jié)構(gòu)自重，其主梁常常設(shè)計(jì)成相當(dāng)纖細(xì)的結(jié)構(gòu)，尤其當(dāng)采用懸浮體系時(shí)，其主梁便具有自振周期長(zhǎng)、隔振性能好的力學(xué)特性。為了保持這種優(yōu)良動(dòng)力特性，對(duì)于承受橫向荷載（風(fēng)力，地震作用）的主梁，不僅要求能限制主梁橫向位移的約束而且還要求這種約束具有一定的彈性，此時(shí)需要設(shè)置限位支座。7.2 橋梁支座的類(lèi)型和構(gòu)造 通常限位支座由固定在塔身上的

35、限位塊、和芯部具有高阻尼粘彈性的橡膠塊以及靠在主梁側(cè)壁的鋼板構(gòu)成（圖7.27）。這種限位支座裝置不僅能限制主梁的橫向位移，同時(shí)對(duì)懸浮的主梁也能起到在縱方向上的“遲滯”的阻力作用。 圖7.27 限位支座構(gòu)造圖在具體進(jìn)行一座橋梁的設(shè)計(jì)時(shí)，首先要分析支座所受的豎向力和水平力以及所需適應(yīng)的位移和轉(zhuǎn)角。然后由此來(lái)確定支座相關(guān)尺寸，進(jìn)行強(qiáng)度、位移（廣義位移）和穩(wěn)定性驗(yàn)算。鋼支座的設(shè)計(jì)主要包括支座的平面尺寸，支座上、下板的厚度和圓弧面（弧形、搖軸及輥軸）的曲面半徑的設(shè)計(jì)，固定支座還要驗(yàn)算銷(xiāo)釘及錨栓等受剪材料的抗剪強(qiáng)度。橡膠支座的設(shè)計(jì)主要包括支座的平面尺寸、支座厚度、支座偏轉(zhuǎn)量和抗滑穩(wěn)定性等。鐵路橋梁鋼支座、

36、板式橡膠支座、盆式橡膠支座的設(shè)計(jì)主要按現(xiàn)行鐵路橋梁鋼支座（TBT1853-2006） 、 鐵路橋梁板式橡膠支座（TBT1893-1987） 和鐵路橋梁盆式橡膠支座（TBT2331-2004）進(jìn)行設(shè)計(jì)。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算公路橋梁制作設(shè)計(jì)應(yīng)遵循公路橋梁板式橡膠支座（JT391-2004） 和公路橋梁盆式橡膠支座（JT391-1999） 。工程上的一般中小橋梁直接通常初算預(yù)估支座最大反力，從橋梁支座廠選配使用。7.3.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容1.作用與梁端變形種類(lèi)制作設(shè)計(jì)考慮的作用包括恒載反力：梁體自重、人行道及橋面鋪裝等重量。活載反力：按公路、鐵路車(chē)輛活載計(jì)算，有沖擊力時(shí)

37、要計(jì)入活載沖擊系數(shù)。橫向離心力：在支座的設(shè)計(jì)中計(jì)算離心力時(shí)應(yīng)考慮由于離心力的作用點(diǎn)移至支座頂面時(shí)所產(chǎn)生的影響。 風(fēng)荷載：梁體上的風(fēng)力作用點(diǎn)假設(shè)在梁半高度線上。 驗(yàn)算支座時(shí)，縱向風(fēng)力不予計(jì)算，只計(jì)橫向風(fēng)荷載，同時(shí)計(jì)入橫向風(fēng)荷載作用點(diǎn)移至支座頂時(shí)所產(chǎn)生的的影響。制動(dòng)力或牽引力：根據(jù)規(guī)定，制動(dòng)力或牽引力作用點(diǎn)在軌頂以上2m（鐵路）或橋面以上1.8m（公路，無(wú)牽引力），但不計(jì)作用點(diǎn)所產(chǎn)生的豎向力或力矩。鐵路制動(dòng)力或牽引力不考慮特種荷載。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算溫度影響設(shè)計(jì)支座時(shí)應(yīng)計(jì)入梁部結(jié)構(gòu)受溫度變化引起的梁體縱向變形（即活動(dòng)支點(diǎn)的縱向水平位移）或由此引起的影響力。鋼筋

38、混凝土線膨脹系數(shù)為0.000010，鋼的線膨脹系數(shù)為0.0000118?；炷恋氖湛s影響按橋規(guī)規(guī)定，梁體混凝土收縮的影響按假定用降低溫度的方法來(lái)計(jì)算。對(duì)于整體灌注的混凝土相當(dāng)于降低溫度20；對(duì)于整體灌注的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相當(dāng)于降低15；分段灌注的按10計(jì)算；裝配式鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)適當(dāng)降低510。列車(chē)橫向搖擺力：作用于軌頂面，其值為5.5kN/，橫向搖擺力不與離心力、風(fēng)力同時(shí)計(jì)算。一般不考慮空車(chē)時(shí)的橫向搖擺力。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算其它情況：預(yù)應(yīng)力混凝土梁的徐變變形，活載引起的梁端位移，地震區(qū)還應(yīng)考慮地震作用，再就是應(yīng)考慮梁體的斜置的影響。支座在水平方向上的位移包括縱向位移和橫向位移。支座縱向

39、位移有溫度伸縮位移 、混凝土收縮徐變位移 、活載作用下的梁體翼緣縱向伸長(zhǎng)、下部結(jié)構(gòu)位移以及一些諸如在地震等作用下的特殊位移；支座橫向位移有溫度變位、混凝土收縮徐變位移、活載作用下的梁體翼緣橫向伸長(zhǎng)、斜交橋和彎梁橋荷載引起的橫向變位。、7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算（2）荷載組合進(jìn)行作用組合計(jì)算時(shí)，需要根據(jù)具體規(guī)范規(guī)定，選取同方向作用按最不利狀態(tài)進(jìn)行組合。豎向作用：恒載支反力（計(jì)入梁自重，人行道及軌道等重） ；活載支反力（計(jì)入沖擊力）；離心力所產(chǎn)生的豎向力 ；風(fēng)力所引起的豎向力縱向水平作用：制動(dòng)力或牽引力；風(fēng)力；支座摩擦力或溫度變化；支座變形所引起的水平力；水平地震力（只計(jì)恒載），地震力不與制動(dòng)力

40、或牽引力組合。橫向水平作用：離心力；風(fēng)力；列車(chē)搖擺力;水平地震力。（3）驗(yàn)算內(nèi)容支座設(shè)計(jì)驗(yàn)算內(nèi)容包括控制截面的壓應(yīng)力、彎曲應(yīng)力和剪應(yīng)力 ；弧面與平面的接觸應(yīng)力；上下錨栓及銷(xiāo)釘?shù)募魬?yīng)力； 抗傾覆和滑移穩(wěn)定性；梁底與支座接觸處及墩臺(tái)支承墊石的壓應(yīng)力（計(jì)入活動(dòng)支座移動(dòng)后的偏移情況）；焊接應(yīng)力；7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算其它計(jì)算情況應(yīng)滿(mǎn)足相應(yīng)規(guī)范的要求。例如，客運(yùn)專(zhuān)線、城際高速、城市軌道交通、高架橋等都有各自的特殊要求，計(jì)算時(shí)要符合特殊要求。 支座還有在上述相應(yīng)荷載作用下沿縱、橫向的轉(zhuǎn)角。 將以上各種支座反力和變位計(jì)算結(jié)果按橋規(guī)的規(guī)定組合，進(jìn)行支座設(shè)計(jì)。下面主要以弧形鋼板支座、板式橡膠支座和盆式橡膠

41、支座的設(shè)計(jì)計(jì)算為例來(lái)介紹。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3.2 弧形支座的設(shè)計(jì)與計(jì)算弧形鋼板的設(shè)計(jì)計(jì)算主要包括確定平面尺寸a和b，支座墊板的厚度h，弧形鋼板的弧面半徑r，固定支座還要驗(yàn)算銷(xiāo)釘（齒板）及錨栓等的抗剪強(qiáng)度計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7.28所示。（1）鋼板平面尺寸的確定。平面尺寸a和b的確定應(yīng)根據(jù)梁底和墩臺(tái)頂面混凝土的局部承壓強(qiáng)度要求而定。主梁的荷載和活載（包括沖擊力）反力N通過(guò)支座上墊板與梁底的接觸面以及下墊板與墩臺(tái)頂?shù)慕佑|面由上向下傳遞，考慮到接觸面間的傳遞壓力時(shí)屬于對(duì)混凝土和圬工的局部承壓情況，所以對(duì)鋼板的平面尺寸必須做局部承壓強(qiáng)度的驗(yàn)算。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)

42、和計(jì)算圖7.28 弧形鋼板計(jì)算示意7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算當(dāng)按極限狀態(tài)設(shè)計(jì)時(shí)，由下式確定計(jì)算反力；式中： 荷載引起的支座反力； 荷載安全系數(shù)，對(duì)于結(jié)構(gòu)自重，當(dāng)其產(chǎn)生的效應(yīng)與汽車(chē)產(chǎn)生的效應(yīng)同號(hào)時(shí)取為1.2；異號(hào)時(shí)取為0.9；其它荷載情況取為1.4； 結(jié)構(gòu)重要性系數(shù)，當(dāng)計(jì)算跨徑小于50m時(shí)，取為1.0；在50m100m時(shí)，取為1.03；大于100m時(shí)取為1.05； 荷載組合系數(shù)，對(duì)于荷載組合為基本可變荷載的一種或幾種與永久荷載的一種或幾種相組合取為1.00；對(duì)于結(jié)構(gòu)自重、預(yù)應(yīng)力、土重及土側(cè)壓力中的一種或幾種與地震力相組合取為0.77；其它荷載組合取為0.80 局部承壓強(qiáng)度條件為： （7-4）式

43、中：a、b支座墊板的平面尺寸，a為順橋向邊長(zhǎng)，b為橫橋向邊長(zhǎng)； 構(gòu)件受壓安全系數(shù)，按混凝土或圬工材料由橋規(guī)查得； 混凝土或圬工的抗壓標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度； 局部承壓時(shí)標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的提高系數(shù)，按下式設(shè)計(jì)計(jì)算： （7-5）其中： 局部承壓時(shí)按規(guī)定取用的計(jì)算面積； 局部承壓面積。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算通常實(shí)際中設(shè)計(jì)鋼板尺寸時(shí)，橫橋向邊長(zhǎng)取等于或略小于支承處的梁肋寬度，邊長(zhǎng)比約為0.61.0。下鋼墊板要比上墊板小2mm，是由于預(yù)留齒槽板的焊接需要。（2）支承墊板厚度h的確定。把墊板作為承受均布荷載的懸臂梁，由梁的最大彎矩按容許應(yīng)力法確定h。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算由下式確定： （7-6）式中： 橋上全部恒載

44、與活載（包括沖擊力）所產(chǎn)生的支承反力； 鑄鋼材料的容許彎曲應(yīng)力； 下墊板寬度；對(duì)于支座要考慮由于溫度變化等因素，上墊板有一個(gè)允許的最大水平位移，此時(shí)由力平衡條件知墊板上作用著線性分布荷載。理論分析表明這種情況下最不利截面的彎矩值要比無(wú)位移時(shí)的小，因此不需要驗(yàn)算上墊板偏移后的受力情況。而計(jì)入由此引起的附加彎矩，于是公式變?yōu)?.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算 （7-7）（3）下墊板弧面半徑r的確定。兩塊鋼板接觸傳力時(shí)，弧面半徑由接觸應(yīng)力的強(qiáng)度條件來(lái)確定。很明顯，弧面半徑越小時(shí)接觸面上的應(yīng)力越集中，那么接觸應(yīng)力也越大，根據(jù)赫爾茨公式進(jìn)行計(jì)算： （7-8）式中 鑄鋼彈性模量； 上下墊板之間的線接觸長(zhǎng)度； 鑄

45、鋼自由接觸時(shí)的容許局部承壓應(yīng)力。 因此7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算（4）齒板（或銷(xiāo)釘）的抗剪強(qiáng)度計(jì)算。 仍按容許應(yīng)力法驗(yàn)算齒板（或銷(xiāo)釘）強(qiáng)度。對(duì)于齒板，鑒于兩側(cè)受力的不均勻性，驗(yàn)算時(shí)偏安全地按單側(cè)齒板受力計(jì)算。由以下公式計(jì)算： （7-10）式中： 支座摩阻力或汽車(chē)荷載制動(dòng)力，可按橋規(guī)規(guī)定 選??； 單塊齒板或單根銷(xiāo)釘?shù)挠行Ъ羟忻娣e，此面積本質(zhì)是在相應(yīng)單個(gè)齒板或銷(xiāo)釘在對(duì)應(yīng)受力情況下的面積； 單塊齒板或單根銷(xiāo)釘鋼材的容許剪應(yīng)力。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3.3 板式橡膠支座的設(shè)計(jì)與計(jì)算板式橡膠支座是工廠制造的定型產(chǎn)品，支座設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容是根據(jù)結(jié)構(gòu)反力和變位設(shè)計(jì)計(jì)算據(jù)此進(jìn)行支座選型。具體計(jì)算包括

46、：確定支座平面尺寸、確定支座厚度、驗(yàn)算支座的受壓偏轉(zhuǎn)情況和支座的抗滑移性。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算公路橋梁橡膠支座具體設(shè)計(jì)步驟如下(1)確定支座平面尺寸決定平面尺寸的因素有：橡膠板材的抗壓強(qiáng)度、梁部或墩臺(tái)頂部混凝土的局部承壓強(qiáng)度。梁部或墩臺(tái)頂部混凝土的局部承壓強(qiáng)度的驗(yàn)算，可按現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定進(jìn)行，相關(guān)內(nèi)容可參照“混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理”進(jìn)行計(jì)算。但是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的規(guī)格從100mm150mm120250mm不等，其局部承壓強(qiáng)度一般能夠滿(mǎn)足要求，亦即平面尺寸由橡膠整體抗壓強(qiáng)度來(lái)控制設(shè)計(jì)。 對(duì)于橡膠板，必須滿(mǎn)足下式： （7-11）式中： 最大支座反力，當(dāng)有汽車(chē)荷載時(shí)即是計(jì)入了沖擊

47、系數(shù)后的最大支座反力； 橡膠支座平均壓應(yīng)力限值。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算（2）支座厚度的確定板式橡膠支座的水平位移要通過(guò)全部橡膠片剪切變形，如圖7.29所示。支座厚度就取決于梁端所需要的縱向最大水平位移。顯然，橡膠片的總厚度與水平位移之間應(yīng)滿(mǎn)足如下關(guān)系： （7-12）式中 橡膠片的容許轉(zhuǎn)角正切值 橡膠片的容許轉(zhuǎn)角正切值， 對(duì)于硬度為5560的氯丁橡膠，由規(guī)范知：當(dāng)不計(jì)制動(dòng)力時(shí)采用0.5，當(dāng)計(jì)入制動(dòng)力時(shí)采用0.7。因此有：不計(jì)制動(dòng)力時(shí) （7-13） 7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算圖7.29 支座厚度計(jì)算圖式7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算計(jì)入制動(dòng)力時(shí) （7-14）式中：

48、 由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、橋面縱坡等因素引起的支座頂面相對(duì)于底面的水平位移； 由于制動(dòng)力引起的支座頂面相對(duì)于底面的水平位移，按下式計(jì)算： （ 7-15）式中， ， 作用于支座上的制動(dòng)力所引起的剪切角、剪應(yīng)力； 活載作用時(shí)的動(dòng)態(tài)剪切模量 （ ， 1.1MPa）； 汽車(chē)制動(dòng)力。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算將（7-15）代入（7-14），可以得到式（7-1 2）的另一表達(dá)形式： （7-16）同時(shí)，考慮到橡膠支座工作的穩(wěn)定性，橋規(guī)還規(guī)定不應(yīng)大于支座順橋向邊長(zhǎng)的0.2倍。橡膠片的總厚度 確定后，再加上金屬加勁薄板的總厚度，就可以得到所需支座的總厚度h。（3）驗(yàn)算支座受壓偏轉(zhuǎn)情況梁端發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)后，如果轉(zhuǎn)角過(guò)大，

49、則可能導(dǎo)致支座的局部與梁體脫空，形成支座局部承壓；為此驗(yàn)算支座的受壓偏轉(zhuǎn)，就是要保證支座不與梁底脫空,也即支座外側(cè)最小豎向壓縮變形 0。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算圖7.30支座偏轉(zhuǎn)圖式主梁受荷后發(fā)生撓曲變形，由此引起梁端的轉(zhuǎn)角 。如上圖所示，此時(shí)支座將出現(xiàn)線性壓縮變形，梁端一側(cè)的壓縮變形量為 ，梁體一側(cè)的壓縮變形量為 ，那么其平均壓縮變形： = （7-17）支座隨梁端的偏轉(zhuǎn)角為： （7-18）由以上兩式，得 （7-19）7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算又由支座不脫空條件 0可得 0由此，支座的平均壓縮變形應(yīng)該滿(mǎn)足： 同時(shí)，由橋規(guī)還規(guī)定橡膠支座的豎向平均壓縮變形 應(yīng)不超

50、過(guò)0.05 。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算驗(yàn)算支座的抗滑移穩(wěn)定性板式橡膠支座通常就放置在墩臺(tái)頂面與梁底之間，橡膠面直接與混凝土相接觸。當(dāng)梁體由于溫度變化等因素以及活載制動(dòng)力作用時(shí)，支座將承受相應(yīng)的作用力。為了保證橡膠支座與梁底或墩臺(tái)頂面之間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，則應(yīng)滿(mǎn)足以下條件：不計(jì)汽車(chē)制動(dòng)力時(shí) （7-20）計(jì)入汽車(chē)制動(dòng)力時(shí) + （7-21）7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算式中： 結(jié)構(gòu)自重引起的反力標(biāo)準(zhǔn)值； 結(jié)構(gòu)自重標(biāo)準(zhǔn)值和0.5倍汽車(chē)荷載標(biāo)準(zhǔn)值（計(jì)入沖擊系數(shù)）引起的支座反力； 橡膠與混凝土之間或鋼板間的摩擦系數(shù)； 上部結(jié)構(gòu)溫度變化、混凝土收縮徐變等作用標(biāo)準(zhǔn)值引起的剪切變形和縱向力標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生的支座剪切變

51、形，但不計(jì)汽車(chē)制動(dòng)力引起的剪切變形； 由汽車(chē)荷載引起的制動(dòng)力標(biāo)準(zhǔn)值； 支座平面毛面積。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算鐵路橋梁橡膠支座與公路橋梁橡膠支座的主要設(shè)計(jì)區(qū)別在于支座形狀系數(shù)計(jì)算，彈性模量與形狀系數(shù)關(guān)系式的確定，還有轉(zhuǎn)角計(jì)算公式的不同。 鐵路橋梁上使用的支座的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中應(yīng)遵循以下原則：板式橡膠支座的容許最大壓應(yīng)力為8MPa,最小壓應(yīng)力為2MPa.；板式橡膠支座彈性模量的選取要根據(jù)支座形狀系數(shù)來(lái)確定； 容許剪切角應(yīng)滿(mǎn)足 0.7，快速加載時(shí)則應(yīng)滿(mǎn)足 0.25；穩(wěn)定條件：厚度h小于短邊長(zhǎng)度的1/5；抗滑移摩擦系數(shù)取值：鋼板為0.2，混凝土為0.3。 7.3.4 盆式橡膠支座的設(shè)計(jì)與計(jì)算盆式橡膠

52、支座的設(shè)計(jì)計(jì)算與其構(gòu)造形式有關(guān)。在支座制造設(shè)計(jì)時(shí)通常需要確定聚四氟乙烯板和氯丁橡膠板的尺寸、鋼盆環(huán)的直徑、盆塞的底面積尺寸、盆塞厚度和抗滑移驗(yàn)算的確定、密封圈（包括鋼密封圈和橡膠密封圈）的設(shè)計(jì)；鋼盆頂板偏轉(zhuǎn)的控制、鋼盆環(huán)與頂板之間的焊縫應(yīng)力驗(yàn)算；以及梁底支座墊石的驗(yàn)算。盆式橡膠支座的下支座板計(jì)算簡(jiǎn)圖如圖7.31所示。1、基本尺寸確定（1）聚四氟乙烯板尺寸7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算圖7.31 下支座板計(jì)算簡(jiǎn)圖直徑在恒載與活載產(chǎn)生的最大支點(diǎn)反力 的作用下，根據(jù)聚四氟乙烯板的容許承壓應(yīng)力知，最小直徑由下式確定： （7-22）式中： 由恒載與活載產(chǎn)生的最大支點(diǎn)反力； 聚四

53、氟乙烯板的容許承壓應(yīng)力，純聚四氟乙烯為24MPa；填充聚四氟乙烯板（80%聚四氟乙烯、15%玻璃纖維、5%石墨，都為重量比）為30MPa 。厚度聚四氟乙烯板的厚度，一般可取 =（1/41/80） 。直徑越大取值越小，對(duì)于大直徑的選取比值還要再小一些，通常=48mm,外露量34mm.7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算（2）氯丁橡膠板的尺寸在上述 值的作用下，根據(jù)鋼盆內(nèi)的容許承壓應(yīng)力 ，可得最小直徑 ： （7-23）橡膠板的厚度可取 =（1/101/18） 。（3）下支座尺寸由于下支座盆內(nèi)放置橡膠板，因此下支座板盆內(nèi)的直徑 由橡膠板的直徑確定。為使橡膠板置于盆內(nèi)緊貼密和，一般取等于橡膠板直徑或比橡膠板直

54、徑減小0.51.0mm。下支座板盆壁厚度應(yīng)保證盆壁在橡膠板的環(huán)向應(yīng)力下不致產(chǎn)生裂縫?？梢园春癖趫A筒應(yīng)力公式估算壁厚。 7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算鋼盆受力強(qiáng)度： （7-24）式中： 荷載與活載產(chǎn)生的支點(diǎn)動(dòng)力 橡膠板的受壓面積因此，下支板所受環(huán)向拉力 為 （ 7-25） 式中： 下支座板盆初估內(nèi)外直徑的平均值； 橡膠板的厚度。 于是，可求得下支座板盆壁最小厚度 為 （7-26）式中： 盆壁高度，預(yù)估時(shí)可取=1.5 ； 鋼盆材料的容許應(yīng)力。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算在忽略橡膠板對(duì)鋼盆壁內(nèi)側(cè)壓力及盆壁環(huán)向拉力作用的條件下，假定盆壁反力均勻分布，近似盆底彎矩的要求作為計(jì)算依據(jù)確定盆底厚度 。在初估盆

55、壁厚度時(shí)，同時(shí)按彈性力學(xué)教材驗(yàn)算下支座板鋼盆壁頂面的切向應(yīng)力 為 （7-27）式中： 下支座板鋼盆內(nèi)半徑； 下支座板鋼盆外半徑； 應(yīng)力計(jì)算點(diǎn)到鋼盆圓心的距離。其它符號(hào)意義同前。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算下支座板盆底中央截面的彎矩以下式計(jì)算： （7-28）式中： 恒載與活載產(chǎn)生的支座反力； 下支座板盆底中央截面的彎矩； 下支座盆內(nèi)徑； 下支座盆外沿直徑。通過(guò)計(jì)算底部應(yīng)力確定厚度，也可先假定厚度，再進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。 （7-29）式中： 下支座板底部應(yīng)力； 下支座板底厚。當(dāng)鋼盆的兩個(gè)主軸方向的彎矩不同時(shí)，可按順橋向和橫橋向兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算，選取其中較不利計(jì)算下支座板厚度。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和

56、計(jì)算實(shí)際上，按照懸臂板計(jì)算底板彎曲應(yīng)力的方法是過(guò)于保守的，它使下支座板比較笨重，往往很不經(jīng)濟(jì)。因此，對(duì)于承載能力大的盆式橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算，往往采用有限元分析法進(jìn)行計(jì)算，更能符合實(shí)際受力狀態(tài)。（4）中間襯板厚度 中間襯板的頂板嵌入聚四氟乙烯板，下面為橡膠板，中間襯板受力圖式如圖7.32所示。同樣，圓形的中間襯板的計(jì)算可按照懸臂板的受力狀態(tài)考慮。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算圖7.32 作用在中間襯板應(yīng)力示意圖中間襯板的頂面中央截面的彎矩計(jì)算式為 （7-30）式中： 中間襯板的頂面彎矩； 橡膠圓板直徑； 聚四氟乙烯圓板直徑。先假設(shè)中間襯板的厚度，再進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算，則 （7-31）式中： 中間襯板的厚

57、度。其它符號(hào)意義同前。計(jì)算中間襯板頂面的彎矩時(shí)尚應(yīng)考慮兩個(gè)主軸方向分別計(jì)算，并考慮橋梁上部結(jié)構(gòu)縱向移動(dòng)時(shí)的彎矩組合。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算（5）上支承板尺寸上支承板平面尺寸需要設(shè)置上支承板的盆式橡膠支座，其平面尺寸主要取決于支座的最大位移量、盆環(huán)的直徑和螺栓連接位置所需要的尺寸的總和。直線橋梁上、下支座板的順橋向長(zhǎng)度主要取決于前兩項(xiàng)，橫橋向跨度需要考慮連接螺栓的位置。上支座板與梁底接觸面為矩形，而鑲嵌不銹鋼板與聚四氟乙烯板的接觸面為圓形，在方盤(pán)上可設(shè)置螺栓孔與梁連接。上支座板厚度尺寸上支座板可采用等厚的與不等厚的板，不等厚的板在矩形的部分主要起連接作用，受力較

58、小，可選取薄些。上支座板的厚度由材料力學(xué)進(jìn)行計(jì)算，并考慮上支座板與聚四氟乙烯板位置對(duì)中和發(fā)生偏移兩種情況進(jìn)行應(yīng)力驗(yàn)算。當(dāng)發(fā)生偏移時(shí)，要考慮滑動(dòng)摩擦力產(chǎn)生的彎矩部分。以上計(jì)算方法較粗略，但其安全儲(chǔ)備較高。從試驗(yàn)和有限元分析的結(jié)論可知，支座板的受力中間大、邊緣小，在板上除產(chǎn)生支承壓力外，還有環(huán)向應(yīng)力和徑向應(yīng)力。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算2、支座偏轉(zhuǎn)驗(yàn)算盆式橡膠支座設(shè)計(jì)中，要求在梁偏轉(zhuǎn)時(shí)頂板與橡膠板的接觸面不能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象，即不允許出現(xiàn)局部承壓的狀態(tài)，則： 0 （7-32）與橡膠板支座的偏轉(zhuǎn)驗(yàn)算一樣，要求 0。即 0 （7-33）式中： 恒載和活載產(chǎn)生的支座反力； 橡膠

59、板接觸面的正應(yīng)力； 橡膠板截面受拉邊緣的截面抵抗矩； 與下支座板盆或中間襯板接觸的而橡膠板面積； 橡膠板厚度； 有側(cè)向約束的橡膠板彈性模量，其值可取為530KPa； 橡膠圓板直徑； 盆式橡膠支座產(chǎn)生轉(zhuǎn)角時(shí)，橡膠板的最小壓縮力。7.3 橋梁支座的設(shè)計(jì)和計(jì)算3、支承混凝土局部承壓驗(yàn)算 盆式橡膠支座的支承反力大，承載混凝土要設(shè)鋼筋，應(yīng)按配置間接鋼筋的鋼筋混凝土構(gòu)件進(jìn)行局部承壓強(qiáng)度校核。鐵路和公路規(guī)范所用的算法有所差別，公路部門(mén)采用極限狀態(tài)法驗(yàn)算，而鐵路部門(mén)則采用容許應(yīng)力法進(jìn)行驗(yàn)算。極限狀態(tài)法用如下公式驗(yàn)算 （7-34）式中： 局部承壓時(shí)的豎向力，取各種組合下計(jì)算支座反力的最大值； 支座墊石混凝土的抗

60、壓強(qiáng)度設(shè)計(jì)值； 混凝土局部承壓強(qiáng)度的提高系數(shù)，按下式計(jì)算： 局部承壓時(shí)的計(jì)算底面積，按公路鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范（JTG D62-2004）式中的相關(guān)公式確定。 局部承壓面積，取用盆環(huán)或盆塞的接觸面按45角分布在梁底或支座墊石面上的面積； 間接鋼筋的體積含筋率，當(dāng)采用方格鋼筋網(wǎng)時(shí)，按公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范(JTG D60-2004)中的相關(guān)公式計(jì)算： 配置間接鋼筋時(shí)局部承壓強(qiáng)度提高系數(shù)，按下式計(jì)算： 在鋼筋網(wǎng)或螺旋形配筋范圍內(nèi)的混凝土核心面積，、 ， 面積的形心與面積形心 相重合； 間接鋼筋抗拉設(shè)計(jì)強(qiáng)度。鐵路橋涵設(shè)計(jì)采用的容許應(yīng)力法驗(yàn)算公式 （7-35）式中： 鋼筋混凝土局部承壓的