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香港高速公路橋梁橡膠支座的性能與應(yīng)用及更換方法

　　橋梁橡膠支座是橋梁結(jié)構(gòu)連接上、下部結(jié)構(gòu)"關(guān)節(jié)"。其作用重大,但由于支座設(shè)計(jì)選型不佳、年久失養(yǎng)、橡膠支座本身老化、鋼板支座銹蝕等原因造成支座失效,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力體系發(fā)生變化。部分支座失效已直接影響到橋梁上部結(jié)構(gòu)安全,需要立即更換。高速公路交通十分繁忙,支座更換必須在不影響交通、不破壞橋梁本身結(jié)構(gòu)的情況下來對(duì)老支座進(jìn)行更換,使之恢復(fù)原有功能。本文針對(duì)高速公路一座簡直梁橋采用同步頂升的工法進(jìn)行支座更換工作中采用的主要施工方法和措施進(jìn)行介紹,以期對(duì)類似橋梁的養(yǎng)護(hù)工作具有拋磚引玉的意義。

　　在梁式橋中，支座設(shè)置在橋梁的上部結(jié)構(gòu)于墩臺(tái)之間，其作用是將橋跨結(jié)構(gòu)上的各種荷載傳遞到墩臺(tái)，同時(shí)保證橋跨結(jié)構(gòu)所要求的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)，使上、下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與計(jì)算的理論圖式相符合，橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，關(guān)系重大，一旦出現(xiàn)病害，將影響到上下部結(jié)構(gòu)的使用壽命和交通安全，因此對(duì)橋梁支座的性能有所了解，并合理選用。

　　一、橋梁支座選擇

　　1、橋梁橡膠支座

　　橋梁橡膠支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支承部分，其將橋跨結(jié)構(gòu)上的荷載通過支座傳遞給墩臺(tái)。支座的作用主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面：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;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;保證橋跨結(jié)構(gòu)在墩臺(tái)上的位置充分固定，不致滑落。

　　2、橋梁橡膠支座分類��

　　結(jié)構(gòu)型式：球型支座、盆式橡膠支座、板式橡膠支座、鉸軸支座、轉(zhuǎn)體球鉸等。

　　使用功能：普通支座、抗震支座、減隔震支座、拉壓支座、抗風(fēng)支座等。

　　使用環(huán)境：普通環(huán)境用支座、低溫用支座和耐蝕支座。

　　3、橋梁橡膠支座的適用

　　橋梁橡膠支座產(chǎn)品，主要應(yīng)用于鐵路橋梁、公路橋梁、城市立交橋、高架橋等項(xiàng)目中，也可用于大型建筑結(jié)構(gòu)中。在不同類型的橋梁中，設(shè)計(jì)院一般按照橋梁的結(jié)構(gòu)型式、橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力及變形大小、設(shè)置支座的位置及大小、橋梁上部行車的類型(火車或汽車)、橋梁所處地震區(qū)域、橋梁所處的環(huán)境情況來選取適當(dāng)?shù)臉蛄褐ё�產(chǎn)品。

　　(1)、公路橋梁對(duì)于高速公路橋梁和一些小型公路橋梁，由于其跨徑小、上部結(jié)構(gòu)的反力及變形小，一般選用板式橡膠支座產(chǎn)品。對(duì)于跨公路、跨鐵路、跨江河、跨海的橋梁，由于其跨徑較大、上部結(jié)構(gòu)的反力及變形大，一般選用盆式橡膠支座或球型支座產(chǎn)品。

　　(2)、橋梁設(shè)計(jì)為保證其規(guī)范性，一般采用專圖形式進(jìn)行設(shè)計(jì)，各設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)中直接根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選圖設(shè)計(jì)。目前形成專圖的支座產(chǎn)品主要有鑄鋼支座(包括搖軸、輥軸和鉸軸支座)、盆式橡膠支座、柱面支座和球型支座等。球型支座由于其承載力高、傳力均勻、耐久性好等特點(diǎn)，多用于連續(xù)梁及有特殊要求的橋梁設(shè)計(jì)中，現(xiàn)也開始逐步取代盆式橡膠支座使用于簡支梁橋中。

　　(3)、其它特殊支座選用

　　對(duì)于處于地震帶上的公路、鐵路橋梁，為減小地震災(zāi)害，現(xiàn)多選用抗震支座或減隔震支座產(chǎn)品。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)存在向上的反力的橋梁，一般選用拉壓支座。對(duì)于懸索橋、斜拉橋等存在漂浮結(jié)構(gòu)的橋梁，在梁體橫向一般需要選用抗風(fēng)支座產(chǎn)品。對(duì)于沿海及跨海橋梁，為保證支座使用壽命，則多選用耐蝕支座產(chǎn)品(一般為耐蝕球型支座)。對(duì)于跨鐵路、高山跨峽谷的橋梁，為了不干擾鐵路運(yùn)行和減小施工難度，多選用轉(zhuǎn)體法施工，因此多選用轉(zhuǎn)體球鉸產(chǎn)品。對(duì)于在高緯度地區(qū)低溫環(huán)境，為保證鋼材應(yīng)力，多選用低溫用支座(型號(hào)后加注“F”)。

　　二、鉛銷橡膠支座的力學(xué)性能

　　1、鉛銷橡膠支座的靜力特性

　　橋梁是露天結(jié)構(gòu)物，采用的鉛銷橡膠支座在材料、功能上應(yīng)能夠長期穩(wěn)定，因此鉛銷橡膠支座應(yīng)具有以下靜力特性。

　　(1)、豎向承在能力

　　鉛銷橡膠支座一般需要較大變位來充分發(fā)揮減震耗能作用，豎向承載能力應(yīng)根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》中普通板式橡膠支座豎向承載力的規(guī)定按照相同或更安全的原則從平面尺寸的系列規(guī)格中選取。

　　(2)、平時(shí)水平荷載抵抗能力

　　地震的隨機(jī)性、偶然性和不確定性，使鉛銷橡膠支座的屈服荷載應(yīng)由設(shè)計(jì)來確定，使其大于平時(shí)作用于上部結(jié)構(gòu)的風(fēng)、制動(dòng)力等水平力之和，地震發(fā)生時(shí)，保證其可以產(chǎn)生大的變位。

　　(3)、徐變壓縮量

　　在上部結(jié)構(gòu)恒載豎向力的持久作用下，鉛銷橡膠支座的橡膠隔離體會(huì)產(chǎn)生徐變變形而使上部結(jié)構(gòu)下沉造成路面不平。減震設(shè)計(jì)中，應(yīng)使鉛銷橡膠支座在豎向荷載作用下的徐變量控制在合理范圍內(nèi)。

　　2、鉛銷橡膠支座的動(dòng)力特性

　　鉛銷橡膠支座在地震發(fā)生時(shí)將受到地震力的往復(fù)作用，因此支座在地震產(chǎn)生的反復(fù)荷載作用下應(yīng)具有以下動(dòng)力特性：

　　(1)、合適的剛度和阻尼

　　鉛銷橡膠支座的等價(jià)剛度和等價(jià)阻尼常數(shù)決定其最終的減震效果，鉛銷橡膠支座的等價(jià)剛度與阻尼常數(shù)的平均值與設(shè)計(jì)值的差應(yīng)在4-10%的范圍內(nèi)，確保橋梁上部結(jié)構(gòu)的加速度、變位等的變化幅度在使用中不會(huì)產(chǎn)生問題。

　　(2)、承受大震作用的能力

　　鉛銷橡膠支座在50次連續(xù)的正負(fù)反復(fù)荷載作用、剪切變位為有效設(shè)計(jì)變位的情況下，性能必須穩(wěn)定，支座不得損壞。

　　(3)、正的切線剛度

　　鉛銷橡膠支座應(yīng)具有正的切線剛度。即使在大的地震發(fā)生時(shí)，支座的響應(yīng)進(jìn)入了非線性區(qū)域而產(chǎn)生了大的變位也要求鉛銷橡膠支座具有正的切線剛度。

　　三、不中斷交通更換橋梁支座技術(shù)的應(yīng)用

　　1、技術(shù)原理

　　不中斷交通更換橋梁支座的頂升高度不宜超過5mm，一般采用一組相同型號(hào)的千斤頂并聯(lián)在一起，用同一油泵供油，并在每臺(tái)千斤頂上設(shè)電磁控制閥，用電腦精確控制每臺(tái)千斤頂?shù)墓┯土�，�?shí)現(xiàn)同步頂升。因頂升高度較小，同時(shí)為了方面施工，多采用扁型千斤頂。

　　為解決在頂升過程中出現(xiàn)千斤頂漏油現(xiàn)象而上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系受力不利的狀況，要求千斤頂具有自鎖功能，自鎖后由自鎖裝置替代活塞受力，避免梁體頂升不同步引起橫向聯(lián)系的損壞。

　　2、技術(shù)要點(diǎn)

　　(1)安裝千斤頂

　　頂升前先計(jì)算出橋梁上部結(jié)構(gòu)的重量和重心位置，確定需要的千斤頂數(shù)量和噸位。為了安全起見，施工中千斤頂頂升力要大于上部衡載×1.1及活載×1.3之和的2倍以上。為使千斤頂合力中心與橋梁上部構(gòu)造合力中心重合，上部結(jié)構(gòu)受力又小，在放置千斤頂時(shí)應(yīng)盡可能靠近支座安裝，但要避免對(duì)支座更換造成影響。為使頂升時(shí)受力垂直向上，千斤頂?shù)酌嬉欢ㄒ�水平，并且使千斤頂上加墊的鋼板及橡膠板與橫隔梁緊密接觸。

　　(2)千斤頂上下接觸面處理

　　蓋梁上部或梁(板)底面得混凝土表面要采用角磨機(jī)進(jìn)行打磨找平，并通過水平尺檢查平整度，對(duì)于梁(板)底面與蓋梁間間隙小，向上鑿除(或角磨機(jī)打磨)找平操作困難，且上部構(gòu)造梁(板)底面受力鋼筋布置較密、保護(hù)層較薄，鑿除會(huì)損傷受力鋼筋的情況，可僅鑿除(或打磨)表面局部凸出的混凝土，然后用楔形鋼板調(diào)平。千斤頂活塞面積較小，為防止梁(板)因局部承壓過高而損壞，應(yīng)通過加墊多層鋼板，增加有效承壓面積分散局部壓力，并進(jìn)行局部承壓驗(yàn)算。

　　(3)上部結(jié)構(gòu)與蓋梁間連接的處理

　　由于施工偏差或錯(cuò)誤，梁(板)與蓋梁間可能存在不應(yīng)有的連接，這些不應(yīng)有連接的存在，一是增加了頂起時(shí)的頂升力，二是頂升時(shí)損壞構(gòu)件，危及橋梁安全，在頂升前應(yīng)仔細(xì)檢查，解除這些連接。

　　(4)測量儀器

　　梁(板)的頂升高度可用長標(biāo)距游標(biāo)卡尺或大量程百分表測量，每個(gè)千斤頂除至少布置一個(gè)測點(diǎn)。千斤頂頂升力與油壓成正比關(guān)系，測得了油壓，就可換算出千斤頂?shù)捻斏�力，因各千斤頂之間并聯(lián)，油管長度相等，液壓油的管道阻力基本相同，分配到各千斤頂油缸的油壓也近相等，因此，可僅在油泵設(shè)一塊油表測量油壓。

　　結(jié)束語

　　運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展和橋梁技術(shù)的提高對(duì)鐵路橋梁整體性能提出了更高要求，而影響橋梁整體質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素便是橋梁支座。目前鐵路橋梁的使用壽命達(dá)不到到設(shè)計(jì)的使用壽命，橋梁的失效從橋梁支座的失效開始，因此加強(qiáng)橋梁支座的施工管理，從支座的選擇、安裝、養(yǎng)護(hù)、更換進(jìn)行質(zhì)量控制，具有極為重要的意義。