中小型公路桥梁需要哪种橡胶支座更为合适?探讨了各类型橡胶支座在不同结构形式下的选用和组合问题,作者结合实践,从受力角度对橡胶支座的使用问题发表了自己的见解。
[关键词] 梁式橡胶支座 橡胶支座布设
目前,梁式桥的橡胶支座、通常用钢、橡胶或钢筋混凝土等材料来制作。从简易的油毛毡层至结构复杂的橡胶盒式橡胶支座, 结构类型很多。在一座桥梁上各个位置所需选用的橡胶支座类型主要取决于下列因素:竖向荷载;水平荷载;位移要求;转动要求;桥梁的结构型式;桥梁墩台和上部构造的尺寸;各支点所需橡胶支座个数;地基条件以及基础沉降的可能性; 桥长。下面列举出一些橡胶支座的布设方法,并逐项作以说明。
简支梁桥使用的橡胶支座简介
对于简支梁桥,根据桥宽和跨度,此类结构可以有各种型式橡胶支座。对于标准跨径在10m 以内的简支板或简支梁桥, 为简单起见,可不设专门的橡胶支座结构,而直接将板或梁安装在简易垫层上面,简易垫层通常由几层毛毡做成。对于跨度较大(35m 左右) 的预制梁通常采用橡胶橡胶支座。桥梁支承采用橡胶橡胶支座有以下2 种可能:纵向与横向水平力由橡胶支座的剪刀刚度承受,这些橡胶支座是共同作用的,这种布设方法通常称为浮动结构,经常被用于地震区,在高烈度地震区如果采用这种布设方法,则需要特殊设计,抗震橡胶橡胶支座一般包含1 个中心,铅销阻尼器。这种情况下桥跨均布设活动橡胶支座桥跨结构一端布置固定橡胶支座,另一端布置活动橡胶支座。固定端的水平力由一销钉橡胶支座承受,而自由端的水平力由定向滑移橡胶支座承受。双跨连续梁桥是最简单的多跨连续结构除了长跨或曲线桥之外,其橡胶支座布置与前述单跨简支结构相似。但应当注意为保证其与水平力相适应,当使用浮动方式布设橡胶橡胶支座时,必须考虑中墩的抗弯刚度,以保证水平力正确分配。如果中墩相对较为刚劲,则采用定向或固定橡胶支座较为适宜。固定点可设在中墩或桥台上,此时,橡胶橡胶支座或金属橡胶支座都可以使用,在考虑荷载和位移量后,再确定选用哪1 种。结果中墩相对较柔,则墩与台上均布设活动橡胶橡胶支座。
单跨或双跨斜桥的橡胶支座，斜桥的橡胶支座布设类似于已得到了的单跨或双跨结构,但橡胶支座安装时橡胶支座位移的方向应平行于车道中心线,而不应与斜桥的桥墩或桥台相垂直。对于斜交角较大的斜桥,由于锐角处有上翘的趋势,应考虑设置拉橡胶支座。多跨连续直梁桥在多跨结构中,橡胶支座的作用更为重要,因为结构的多跨连续要求较大的伸缩位移量,在这种结构中通常应使用金属橡胶支座,但在年温差和湿度差很小的情况下,仍可采用橡胶橡胶支座。上部结构跨径和桥墩数决定了作用固定橡胶支座的力的大小。通常固定橡胶支座可设在桥墩或桥台上,只要它能承受上部结构位移的反作用力,如果能够在结构的中部选1 个点来固定,那么由内部应力引起的作用在固定橡胶支座上的合力就为最小。假如固定点两端的长度相近,则由混凝土徐变,温度变化引起的橡胶支座摩阻力就可相互抵消。但制动力之类的外力则不能这样考虑。
在对桥长的结构设计方案作经济评定时,由橡胶支座累积的摩阻力相当重要的。水平力越大,对墩柱及基础的要求越高,因此桥长结构应尽量选用低摩阻橡胶支座。在地基稳定的情况下,可使用低摩阻滚动橡胶支座,这种橡胶支座的摩阻系数很低,实际上只有0.15% 左右,在设计时可偏安全地采用1.15% 的摩阻系数来计算。传统的四氟板式滑动橡胶支座的摩阻系数为3%～6%, 因而采用滚动橡胶支座时固定点的水平力至少可减少到四氟板式滑动橡胶支座的1/ 2 。但滚动橡胶支座只允许单向转动,因此当采用这种橡胶支座时,遇上地基沉降就困难。滚动橡胶支座支承可以布设在桥台上或中墩上。但应注意的是定向橡胶支座应与固定橡胶支座排成一行。在一排的橡胶支座中位移可能有差别。因此,应合理采用具有全向转动能力的橡胶支座。如盆式橡胶橡胶支座或球面橡胶支座。此外,于桥墩不能横向弯曲,所以需要一排固定橡胶支座来保证当发生很小的横向位移时不产生应力。在柔性墩结构中,相应的橡胶支座按水平荷载的分配来选择。如可在中墩上设固定橡胶支座,此时墩上的纵、横向荷载均由墩柱上橡胶支座来分担;其余每个墩上都配有定向滑移橡胶支座以便分担横向水平荷载;桥台的横向刚度较大,只需在1 个桥台上设置定向橡胶支座。
在曲线桥梁中,由于曲杆的质量重心常位于杆轴两端连线之外,即使在自重作用下,桥跨结构也会产生扭矩,所以曲线梁桥的支承布置,必须能够承受自重和活载偏载等因素所产生的合扭矩作用。曲线梁桥的支承方式应根据曲率半径的大小,上、下部结构的总体布置图式而定。根据橡胶支座布置的情况以决定全桥的力学计算图式,这将会直接影响到全桥内力分布。
因此,曲线梁桥的支承布置是否合理是1 个十分重要问题。曲线梁桥中,板式橡胶支座的型式有抗扭支承与固定式点铰支承。抗扭支承通常由多个横桥向的橡胶橡胶支座(板式或盆式) 组成,固定式点铰支承现多由盆式橡胶橡胶支座或板形橡胶橡胶支座构成。当连续曲线梁桥的曲率半径较大时,每个桥墩上必须布置能承受外扭矩的抗扭橡胶支座。这种受扭情况比较接近多跨直线连续梁桥的图式,因为较大的抗扭长度,将会使这种大曲率半径的连续弯梁桥的受扭变形显著增加。有时也可每隔2～3 个支墩交替也采用总铰支承和抗扭支承。抗扭橡胶支座的布置方式,一般可沿着曲率半径的径向布置,并宜采用具有较大横向刚度的桥墩,对于总铰支承则可采用独柱墩的型式。当连续曲线梁桥的曲率半径较小,其上部结构采用具有较大抗扭刚度的箱梁结构时,一般可在中墩上布设点铰支承。多跨连续曲线梁桥两端桥台的支承方式也可以是多样的。一般情况下可将抵抗外扭矩的抗扭支承布置在两侧桥台上(或一侧),为了满足全桥伸缩缝的构造要求,希望其变形方向沿着“切线方向”移动,为此在构造上必须采取一定的“限制措施”,此时,可在1 个桥台上布置固定橡胶支座,其余墩台上的活动橡胶支座的移动方向为左右相邻橡胶支座的“连线方向”。