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香港橋梁橡膠支座各項(xiàng)指標(biāo)研究分析

　　橋梁橡膠支座是橋梁組成韻重要構(gòu)件。橋梁支座的損壞會(huì)造成梁體損壞,會(huì)造成梁體的開(kāi)裂及損壞,影響使用壽命,造成安全隱患。從而導(dǎo)致重大的交通事故。本文利用PLINT摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)對(duì)1Cr18Ni9Ti/PTFE材料和1Cr18Ni9Ti/UHMW-PE材料進(jìn)行了摩擦磨損性能試驗(yàn)研究。結(jié)合光學(xué)顯微鏡(OM)、激光共聚焦掃描顯微鏡(LCSM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等對(duì)試樣進(jìn)行磨損形貌分析。詳細(xì)地研究了接觸壓力、滑移速度、有無(wú)潤(rùn)滑介質(zhì)等試驗(yàn)參數(shù)對(duì)材料摩擦磨損性能的影響,試驗(yàn)結(jié)果表明:小位移情況:正壓應(yīng)力是影響聚四氟乙烯和不銹鋼微動(dòng)摩擦磨損性能的主要因素。有潤(rùn)滑脂條件下,平均滑移速度對(duì)摩擦系數(shù)影響很大,增加平均滑移速度有利于潤(rùn)滑脂膜形成,從而降低摩擦系數(shù)。大位移無(wú)潤(rùn)滑條件下:兩種材料均是隨著壓應(yīng)力的增大,摩擦系數(shù)減小。UHMW-PE的摩擦系數(shù)比PTFE摩擦系數(shù)要高0.03～0.045左右。無(wú)潤(rùn)滑條件下,UHMW-PE沒(méi)有磨損量,PTFE有磨損量。PTFE的磨損量隨著壓應(yīng)力增加而增加。無(wú)潤(rùn)滑條件下,兩種材料的摩擦系數(shù)隨著平均滑移速度的增大而增大。UHMW-PE的摩擦系數(shù)比PTFE摩擦系數(shù)要高0.04左右。無(wú)潤(rùn)滑條件下,PTFE的磨損量隨著平均滑移速度的增加而增加。大位移有潤(rùn)滑條件下:兩種材料均是隨著壓應(yīng)力的增大,摩擦系數(shù)減小。兩種材料的摩擦系數(shù)相近,UHMW-PE的摩擦系數(shù)比PTFE摩擦系數(shù)僅高0.005左右。有潤(rùn)滑條件下,兩種材料的摩擦系數(shù)隨著平均滑移速度的增大而減小。UHMW-PE的摩擦系數(shù)比PTFE摩擦系數(shù)要高0.005～0.012左右,平均滑移速度越大摩擦系數(shù)相差越小。

　　隨著我國(guó)橋梁工程建設(shè)取得了快速發(fā)展，橋梁最大跨度在不斷被刷新，橋梁支座噸位也隨之節(jié)節(jié)攀升。在橋梁結(jié)構(gòu)中，橋梁支座起著重要作用。支座是橋梁上、下部結(jié)構(gòu)的連接點(diǎn)，其作用是將上部結(jié)構(gòu)的荷載舒適、安全地傳遞到橋梁墩臺(tái)上去，同時(shí)保證上部結(jié)構(gòu)在荷載、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素作用下的自由變形。因此，做好橋梁支座的設(shè)計(jì)，仍然具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。 二、橋梁支座的作用和種類 支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支撐部分，其設(shè)置在梁板式體系中主梁與墩臺(tái)之間，作用是將橋跨結(jié)構(gòu)的荷載反力傳遞到墩臺(tái)上，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;支座也能保證橋跨結(jié)構(gòu)在荷載、溫度變化、混凝土收縮等因素作用下自由地變形，使結(jié)構(gòu)實(shí)際受力時(shí)情況與結(jié)構(gòu)的受力模型相符;是保證橋跨結(jié)構(gòu)在墩臺(tái)上的位置充分固定，使其不至滑落。 根據(jù)制作橋梁支座所選用的材料進(jìn)行分類，有橡膠支座、鋼支座、鉛芯支座。橡膠支座是近年來(lái)最常用的橋梁支座，當(dāng)梁體受到順橋向或橫橋向的水平力時(shí)，橡膠支座可以通過(guò)剪切形變或者滑板移動(dòng)實(shí)現(xiàn)梁體位移。 根據(jù)橋梁支座的結(jié)構(gòu)形式分類，有圓柱面支座、球形支座、板式橡膠支座、輥軸支座、球冠圓板式橡膠支座、盆式橡膠支座以及減震支座等。作為結(jié)構(gòu)部件，支座要承受高壓力，在傳力時(shí)，結(jié)構(gòu)要得當(dāng)，應(yīng)力不能過(guò)度集中，否則傳力會(huì)不通暢。 簡(jiǎn)支梁橋每一跨的兩端分別設(shè)置活動(dòng)支座和固定支座;簡(jiǎn)支梁橋有多個(gè)跨時(shí)，不能在一個(gè)橋墩上布置相鄰兩跨的固定支座，如果個(gè)別橋墩較高，可以將相鄰兩跨的活動(dòng)支座都布置在它上面，以降低水平力;對(duì)于板式橡膠支座，并不區(qū)分支座類型，每一個(gè)支座會(huì)均分橋跨結(jié)構(gòu)對(duì)墩臺(tái)的水平作用力。 連續(xù)橋梁施工時(shí)，最好將固定支座設(shè)置在靠近中間的橋墩上，對(duì)于梁的其他橋墩，則設(shè)置活動(dòng)支座，這樣可以保證梁的兩端同時(shí)分擔(dān)全梁的縱向變形。對(duì)于坡橋，施工時(shí)應(yīng)該在標(biāo)高比較低的墩臺(tái)上設(shè)置固定支座，而對(duì)于懸臂梁橋，其支座的施工方式和簡(jiǎn)支梁橋是一樣的。

　　橋梁橡膠支座的合理布置 橋梁的結(jié)構(gòu)體系不同，橋梁的寬度不同，都將影響橋梁支座的布置情況，橋梁支座的布置應(yīng)該兼顧沿橋方向與垂直于橋梁方向?qū)ψ冃蔚囊�求�?對(duì)簡(jiǎn)支橋梁(裝配式空心板或T形梁橋)，通常做成“浮動(dòng)體系”，可以選用板式橡膠支座來(lái)達(dá)到這一目的。為了使所有墩臺(tái)平均分擔(dān)橋跨結(jié)構(gòu)傳來(lái)的水平力，需要把固定支座安裝在橋臺(tái)上，每個(gè)橋墩上布置一組活動(dòng)支座，一組固定支座。當(dāng)遇到高墩時(shí)，應(yīng)盡量減小其所受的水平作用力，而把相鄰兩跨的活動(dòng)支座都布置在高墩上。 對(duì)連續(xù)梁橋，通常情況下是這樣的，每一個(gè)連續(xù)單元中只布置一個(gè)固定支座，其他橋墩位置均布置活動(dòng)支座。有些時(shí)候，支座還有可能出現(xiàn)拉力，此時(shí)應(yīng)設(shè)置承拉支座。當(dāng)連續(xù)梁與橋墩固定連接時(shí)，不需要設(shè)置支座，但橋墩的設(shè)計(jì)要有一定的柔性，以滿足橋梁縱向位移的要求。 對(duì)懸臂梁橋，錨固孔主座布置要求一側(cè)固定，一側(cè)活動(dòng)。牛腿處的支座可設(shè)置一個(gè)固定支座和一個(gè)活動(dòng)支座，也可以都做成固定的。 對(duì)于斜橋，布置支座時(shí)應(yīng)盡可能使支座允許的位移方向與行車(chē)道中線保持一致，以免支座受到過(guò)大側(cè)向剪力而破壞，或者使橋梁產(chǎn)生過(guò)大附加內(nèi)力而威脅橋梁安全。

　　四、橋梁支座的設(shè)計(jì)原則 對(duì)于任何橋梁設(shè)計(jì)，支座在橋梁部位始終是水平安裝的。因此，支座的設(shè)計(jì)受力在理論上也始終假定是均勻的。所以，設(shè)計(jì)人員在橋梁設(shè)計(jì)中，選擇支座型號(hào)的原則有： 1.能夠承擔(dān)在規(guī)定橋上最不利荷載作用下是安全的; 2.在偶然荷載作用下是安全的; 3.有變形能力，有一定的抗老化年限; 4.能在一定范圍內(nèi)考慮施工引起的偏差后，還能正常的工作; 5.滑動(dòng)支座還要考慮盡可能減小支座與梁板的摩擦系數(shù)、最大滑移量等。

　　五、支座設(shè)計(jì)方法 1.確定支座的尺寸支座尺寸包括支座平面面積與支座高度兩部分?jǐn)?shù)據(jù)的確定。支座平面面積可以這樣計(jì)算：其中Nmax為最大的支點(diǎn)反力;A為橡膠支座的平面面積;為支座的平均許用應(yīng)力。支座高度由橡膠高度與鋼板高度兩部分構(gòu)成，橡膠高度由支座所要提供的剪切變形量(它將決定縱向位移量)來(lái)確定，而且要符合規(guī)范中要求總高度小于等于支座沿橋縱向長(zhǎng)度的1/5的規(guī)定。鋼板高度即為約束橡膠片各層薄鋼片的厚度之和。2、驗(yàn)算支座偏轉(zhuǎn)與壓縮變形。橋跨結(jié)構(gòu)在支座處會(huì)產(chǎn)生轉(zhuǎn)角，支座通過(guò)不均勻壓縮來(lái)提供這種轉(zhuǎn)動(dòng)能力，同時(shí)支座與橋跨結(jié)構(gòu)之間不能有“脫空”現(xiàn)象發(fā)生，支座的平均壓縮量越大這種轉(zhuǎn)動(dòng)能力就越強(qiáng)，這就要求在轉(zhuǎn)角一定的條件下，支座要保證一個(gè)最小的平均壓縮量△s，△s可以這樣求得：其中，E為橡膠支座的彈性模量;為橡膠層的總高度。此外，規(guī)范還規(guī)定了支座平均壓縮量的最大值不應(yīng)超過(guò)橡膠總厚的5%。3.驗(yàn)算支座抗滑 支座要想發(fā)揮起作用，必須要保證其處于設(shè)計(jì)的位置，在水平力作用下在支座與橋跨結(jié)構(gòu)的接觸面上以及支座與墩臺(tái)的接觸面上不能出現(xiàn)相對(duì)滑動(dòng)，這種保證來(lái)自于支座與混凝土之間要有足夠的摩擦力，摩擦力的大小可以通過(guò)壓力與摩擦因數(shù)再考慮一定的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)來(lái)確定。

　　六、減震隔震支座的設(shè)計(jì)分析 1.減震隔震支座的設(shè)計(jì)

　　減隔震支座設(shè)計(jì)的目的是使地震作用下大部分能量集中于減隔震支座，而降低下部結(jié)構(gòu)所承受的慣性力和延性需求。工程結(jié)構(gòu)抗震減震控制的方法按照是否有外部能源輸人可分為以下五類;①被動(dòng)控制(無(wú)外部能量輸人);②主動(dòng)控制(有外部能量輸人);③半主動(dòng)控制(有少量能量輸人);④混合控制(有部分能量輸人);⑤智能控制(有少量能量輸人)。多質(zhì)點(diǎn)體系地震作用下振動(dòng)方程為：[M]{X″}+[C]{X′}+[K]{X}=-[M]{I}{Xg″} 其中，[M]、[C]、[K]分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣;{X}、{X′}、{X″}分別為結(jié)構(gòu)反應(yīng)的位移、速度、加速度矩陣; {Xg″}為地面運(yùn)動(dòng)的加速度矩陣。可見(jiàn)，橋梁結(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)與地面運(yùn)動(dòng)的加速度、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度有關(guān)。與傳統(tǒng)的依賴加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸，增大配筋率，以提高結(jié)構(gòu)剛度的“硬抗”方法相比，按上述思想與方法進(jìn)行減震隔震設(shè)計(jì)，較大的節(jié)約了工程量，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

　　2.防震支座與防護(hù)設(shè)施的施工為使支座及其防護(hù)措施能夠正常使用，發(fā)揮減震隔震的作用，支座的施工質(zhì)量要求較高。依據(jù)抗震支座及其防護(hù)措施的施工經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)以下施工注意事項(xiàng):(1)支座頂面要嚴(yán)格保持水平。先對(duì)墩臺(tái)頂面的墊石用砂輪打磨平整，其平整度誤差控制在1mm以內(nèi)。然后，均勻地鋪厚度相同的環(huán)氧樹(shù)脂砂漿，放置支座，擰緊螺栓。(2)安裝支座后，應(yīng)在鋼盆內(nèi)的位移槽中填塞泡沫或棉絮，以避免梁體施工時(shí)，混凝土及雜物落人支座內(nèi)，最終影響支座的自由位移。臨時(shí)支座拆除后，及時(shí)將泡沫或棉絮取出。(3)臨時(shí)固結(jié)支座施工與拆除，勿損害永久支座。尤其拆除，若人工拆除，防止混凝土碎碴和切割鋼筋時(shí)碎片等落人支座滑移槽�？刹捎梦⑴蛎浾ㄋ幉鸪�，方便快捷。

　　七、結(jié)束語(yǔ) 綜上所述，要想橋梁的使用能達(dá)到所預(yù)想的效果，與橋梁支座的設(shè)計(jì)密不可分，設(shè)計(jì)中要充分的體現(xiàn)出支座的選取是否合適，支座安放位置是否恰當(dāng)，能否承擔(dān)的荷載，這些都直接關(guān)系到橋梁支座的使用壽命。因此，做好橋梁支座的設(shè)計(jì)工作，意義重大。