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中小型公路橋梁需要哪種橡膠支座更為合適
目前,梁式橋的橡膠支座、通常用鋼、橡膠或鋼筋混凝土等材料來制作。從簡易的油毛氈層至結構復雜的橡膠盒式橡膠支座,結構類型很多。在一座橋梁上各個位置所需選用的橡膠支座類型主要取決于下列因素:豎向荷載;水平荷載;位移要求;轉動要求;橋梁的結構型式;橋梁墩臺和上部構造的尺寸;各支點所需橡膠支座個數;地基條件以及基礎沉降的可能性;下面列舉出一些橡膠支座的布設方法,并逐項作以說明。
簡支梁橋使用的橡膠支座簡介
對于簡支梁橋,根據橋寬和跨度,此類結構可以有各種型式橡膠支座。對于標準跨徑在10m以內的簡支板或簡支梁橋,為簡單起見,可不設專門的橡膠支座結構,而直接將板或梁安裝在簡易墊層上面,簡易墊層通常由幾層毛氈做成。對于跨度較大(35m左右)的預制梁通常采用橡膠橡膠支座。橋梁支承采用橡膠橡膠支座有以下2種可能:縱向與橫向水平力由橡膠支座的剪刀剛度承受,這些橡膠支座是共同作用的,這種布設方法通常稱為浮動結構,經常被用于地震區,在高烈度地震區如果采用這種布設方法,則需要特殊設計,抗震橡膠橡膠支座一般包含1個中心,鉛銷阻尼器。這種情況下橋跨均布設活動橡膠支座橋跨結構一端布置固定橡膠支座,另一端布置活動橡膠支座。固定端的水平力由一銷釘橡膠支座承受,而自由端的水平力由定向滑移橡膠支座承受。雙跨連續梁橋是最簡單的多跨連續結構除了長跨或曲線橋之外,其橡膠支座布置與前述單跨簡支結構相似。但應當注意為保證其與水平力相適應,當使用浮動方式布設橡膠橡膠支座時,必須考慮中墩的抗彎剛度,以保證水平力正確分配。如果中墩相對較為剛勁,則采用定向或固定橡膠支座較為適宜。固定點可設在中墩或橋臺上,此時,橡膠橡膠支座或金屬橡膠支座都可以使用,在考慮荷載和位移量后,再確定選用哪種。若中墩相對較柔,則墩與臺上均布設活動橡膠橡膠支座。
單跨或雙跨斜橋的橡膠支座，斜橋的橡膠支座布設類似于已得到了的單跨或雙跨結構,但橡膠支座安裝時橡膠支座位移的方向應平行于車道中心線,而不應與斜橋的橋墩或橋臺相垂直。對于斜交角較大的斜橋,由于銳角處有上翹的趨勢,應考慮設置拉橡膠支座。多跨連續直梁橋在多跨結構中,橡膠支座的作用更為重要,因為結構的多跨連續要求較大的伸縮位移量,在這種結構中通常應使用金屬橡膠支座,但在年溫差和濕度差很小的情況下,仍可采用橡膠橡膠支座。上部結構跨徑和橋墩數決定了作用固定橡膠支座的力的大小。通常固定橡膠支座可設在橋墩或橋臺上,只要它能承受上部結構位移的反作用力,如果能夠在結構的中部選1個點來固定,那么由內部應力引起的作用在固定橡膠支座上的合力就為最小。假如固定點兩端的長度相近,則由混凝土徐變,溫度變化引起的橡膠支座摩阻力就可相互抵消。但制動力之類的外力則不能這樣考慮。
在對橋長的結構設計方案作經濟評定時,由橡膠支座累積的摩阻力相當重要的。水平力越大,對墩柱及基礎的要求越高,因此橋長結構應盡量選用低摩阻橡膠支座。在地基穩定的情況下,可使用低摩阻滾動橡膠支座,這種橡膠支座的摩阻系數很低,實際上只有0.15%左右,在設計時可偏安全地采用1.15%的摩阻系數來計算。傳統的四氟板式滑動橡膠支座的摩阻系數為3%～6%,因而采用滾動橡膠支座時固定點的水平力至少可減少到四氟板式滑動橡膠支座的1/2。但滾動橡膠支座只允許單向轉動,因此當采用這種橡膠支座時,遇上地基沉降就困難。滾動橡膠支座支承可以布設在橋臺上或中墩上。但應注意的是定向橡膠支座應與固定橡膠支座排成一行。在一排的橡膠支座中位移可能有差別。因此,應合理采用具有全向轉動能力的橡膠支座。如盆式橡膠橡膠支座或球面橡膠支座。此外,于橋墩不能橫向彎曲,所以需要一排固定橡膠支座來保證當發生很小的橫向位移時不產生應力。在柔性墩結構中,相應的橡膠支座按水平荷載的分配來選擇。如可在中墩上設固定橡膠支座,此時墩上的縱、橫向荷載均由墩柱上橡膠支座來分擔;其余每個墩上都配有定向滑移橡膠支座以便分擔橫向水平荷載;橋臺的橫向剛度較大,只需在一個橋臺上設置定向橡膠支座。
在曲線橋梁中,由于曲桿的質量重心常位于桿軸兩端連線之外,即使在自重作用下,橋跨結構也會產生扭矩,所以曲線梁橋的支承布置,必須能夠承受自重和活載偏載等因素所產生的合扭矩作用。曲線梁橋的支承方式應根據曲率半徑的大小,上、下部結構的總體布置圖式而定。根據橡膠支座布置的情況以決定全橋的力學計算圖式,這將會直接影響到全橋內力分布。
因此,曲線梁橋的支承布置是否合理是一個十分重要問題。曲線梁橋中,板式橡膠支座的型式有抗扭支承與固定式點鉸支承。抗扭支承通常由多個橫橋向的橡膠橡膠支座(板式或盆式)組成,固定式點鉸支承現多由盆式橡膠橡膠支座或板形橡膠橡膠支座構成。當連續曲線梁橋的曲率半徑較大時,每個橋墩上必須布置能承受外扭矩的抗扭橡膠支座。這種受扭情況比較接近多跨直線連續梁橋的圖式,因為較大的抗扭長度,將會使這種大曲率半徑的連續彎梁橋的受扭變形顯著增加。有時也可每隔2～3個支墩交替也采用總鉸支承和抗扭支承。抗扭橡膠支座的布置方式,一般可沿著曲率半徑的徑向布置,并宜采用具有較大橫向剛度的橋墩,對于總鉸支承則可采用獨柱墩的型式。當連續曲線梁橋的曲率半徑較小,其上部結構采用具有較大抗扭剛度的箱梁結構時,一般可在中墩上布設點鉸支承。多跨連續曲線梁橋兩端橋臺的支承方式也可以是多樣的。一般情況下可將抵抗外扭矩的抗扭支承布置在兩側橋臺上(或一側),為了滿足全橋伸縮縫的構造要求,希望其變形方向沿著“切線方向”移動,為此在構造上必須采取一定的“限制措施”,此時,可在1個橋臺上布置固定橡膠支座,其余墩臺上的活動橡膠支座的移動方向為左右相鄰橡膠支座的“連線方向”。