橋梁工程第6章-梁式橋的支座課件

1、第六章 梁式橋的支座6.2 常用支座的類型和構(gòu)造6.3 支座的布置6.4 支座的計算6.1 概述 支座是設(shè)置在橋梁上部結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)之間的重要聯(lián)系構(gòu)件，其主要作用是將上部結(jié)構(gòu)的支承反力傳遞到橋梁墩臺，同時保證結(jié)構(gòu)在汽車荷載、溫度變化、混凝土收縮和徐變等因素作用下能自由變形。 梁式橋的支座一般分成固定支座和活動支座兩種。6.1 概述簡支梁的靜力圖示支座的分類1.按材料分鋼支座橡膠支座鋼筋混凝土支座簡易油毛氈支座2.按支座外形分板式支座盆式支座球形支座3.按支座是否受拉普通支座拉力支座抗震支座6.2 常用支座的類型和構(gòu)造一、 墊層支座 為了防止墩、臺頂部前緣與上部結(jié)構(gòu)相接觸被壓裂，通常應(yīng)將墩、臺頂

2、部的前緣削成斜角，并且最好在板或梁端底部以及墩、臺頂部內(nèi)增設(shè)12層鋼筋網(wǎng)予以加強。簡易支座僅適于跨度10m以下的公路橋和4m以下的鐵路板橋。 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。1.板式橡膠支座 板式橡膠支座由幾層橡膠和薄鋼片迭合而成。二、橡膠支座活動機理：利用橡膠的不均勻彈性壓縮實現(xiàn)轉(zhuǎn)角; 利用其剪切變形實現(xiàn)水平位移。 板式橡膠支座一般不分固定支座和活動支座，它能將縱向水平力和位移均勻地傳遞給各個支座，如有必要設(shè)置固定支座可采用不同厚度的橡膠支座來實現(xiàn)。目前我國生產(chǎn)的板式橡膠支座的豎向支承反力為10010000kN左右； 矩形板式橡膠支座

3、的平面尺寸，目前常用的有 0.12m0.14m、0.14m0.18m、0.15m0.20m等。常用橡膠片的厚度為5mm、8mm、11mm、15mm等，薄鋼板厚為2mm、3mm 、5mm等，支座厚度可根據(jù)橡膠支座的剪切位移而采用不同層數(shù)組合而成，一般從14mm（兩層鋼板）開始，以7mm為一個臺階遞增。 2.聚四氟乙烯滑板式橡膠支座 聚四氟乙烯滑板式橡膠支座是按照支座平面尺寸大小，在普通板式橡膠支座上粘附一層聚四氟乙烯板(厚24mm)而成。 聚四氟乙烯板與梁底不銹鋼板之間的摩擦系數(shù)較小(通常為0.06) 。 適用：較大跨度的簡支梁橋、橋面連續(xù)的橋梁和連續(xù)橋梁；還可用作連續(xù)梁頂推施工的滑塊。 二、橡

4、膠支座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，而在支座頂面須用純橡膠制成球形表面，球面中心橡膠最大厚度為68mm，球面中心距支座邊緣15 mm。 適用：縱橫坡度較大（35）的立交橋及高架橋。但公路橋涵在縱坡較大時，不宜使用帶球冠或帶坡形的板式橡膠支座。 二、橡膠支座4.盆式橡膠支座 由不銹鋼滑板、聚四氟乙烯板、盆環(huán)、氯丁橡膠塊、鋼密封圈。鋼盆塞及橡膠防水圈等組成。構(gòu)造特點：利用設(shè)置在鋼盆中的橡膠板達(dá)到對上部結(jié)構(gòu)承壓和轉(zhuǎn)動的功能，利用聚四氟乙烯板和不銹鋼板之間的平面滑動來適應(yīng)橋梁的水平位移要求。 盆式橡膠支座分為：固

5、定支座，多向活動支座單向活動支座 盆式橡膠支座具有很大的承載能力，水平位移量大，摩擦系數(shù)小,支座建筑高度低，節(jié)省鋼材。 三、特殊功能的支座1.球形鋼支座 為了適應(yīng)多向轉(zhuǎn)動且轉(zhuǎn)動量較大的情況，還可選擇使用球形鋼支座。 特點：受力均勻、轉(zhuǎn)動量大，且各向轉(zhuǎn)動性能一致等 適用：曲線橋和寬橋。QGZ球型鋼支座QGZ 球型鋼支座2.拉力支座 適用：在連續(xù)梁橋、懸臂梁橋、斜橋、寬懸臂翼緣箱梁橋以及小半徑曲線橋上，出現(xiàn)拉力的支點處 板式橡膠拉壓支座適用拉力較小的橋梁，對于反力較大的橋梁，則用球形抗拉鋼支座或盆式拉力支座更合適。 3.抗震支座 地震地區(qū)的橋梁應(yīng)使用具有抗震和減震功能的支座。減、隔震支座的作用是盡

6、可能地將結(jié)構(gòu)或部件與可能引起破壞的地震地面運動分離開來，以大大減小傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能量。 常用的減隔震支座、抗震支座的類型有抗震型球形鋼支座、鉛芯橡膠支座和高阻尼橡膠支座等。 抗震型球形鋼支座 6.3 支座的布置1.對于坡橋，宜將固定支座布置在標(biāo)高低的墩臺上。當(dāng)縱坡大于1或橫坡大于2時，應(yīng)使支座保持水平，通常在設(shè)置支座的梁底面，增設(shè)局部的楔形構(gòu)造。 6.3 支座的布置2.對于簡支梁橋，每跨宜布置一個固定支座，一個活動支座； 對于多跨簡支梁，一般把固定支座布置在橋臺上，每個橋墩上布置一個（組）活動支座與一個（組）固定支座。 若個別墩較高時可在高墩上布置兩個（組）活動支座。3.對于連續(xù)梁橋

7、及橋面連續(xù)的簡支梁橋，一般在每一聯(lián)設(shè)置一個固定支座，并宜將固定支座設(shè)置在靠近溫度中心，其余墩臺上均設(shè)置活動支座。 在設(shè)置固定支座的橋墩（臺）上，一般采用一個固定支座，其余為橫橋向的單向活動支座；在設(shè)置活動支座的所有橋墩（臺）上，一般沿設(shè)置固定支座的一側(cè)，均布置成順橋向的單向活動支座，其余均為雙向活動支座。 4.對于懸臂梁橋，錨固孔一側(cè)布置固定支座，另一側(cè)布置活動支座；掛孔支座布置與簡支梁相同。6.4 支座的計算一、支座反力的確定 在進(jìn)行橋梁支座的設(shè)計時，首先必須求得每個支座上所承受的豎向力和水平力以及需適應(yīng)的位移和轉(zhuǎn)角。然后，根據(jù)它們來選定支座的各部尺寸并進(jìn)行強度、穩(wěn)定等各項驗算。 豎向力有：

8、結(jié)構(gòu)自重的反力、汽車荷載的支點反力及其影響力。 在計算活載的支點反力時，要按照最不利位置加載，并計入沖擊效應(yīng)。當(dāng)支座可能會出現(xiàn)上拔力(負(fù)反力)時，應(yīng)分別計算支座的最大豎向力和最大上拔力。 例如，當(dāng)連續(xù)梁邊跨較小而中跨較大時，或橋跨結(jié)構(gòu)承受較大的橫向風(fēng)力時，支座錨栓會受到負(fù)反力作用。1.豎向力2.水平力 作用于支座上的水平力包括縱向水平力和橫向水平力。 正交直線橋梁的支座，一般僅需計算縱向水平力。 對斜橋和彎橋還需要計算離心力或風(fēng)力所產(chǎn)生的橫向水平力； 對鐵路橋梁，還需要計算由列車橫向搖擺力所產(chǎn)生的橫向水平力。 支座上的縱向水平力，包括由列車或汽車荷載的制動力(牽引力)、風(fēng)力、支座摩阻力或溫度變

9、化支座變形所引起的水平力以及其它原因如橋梁縱坡產(chǎn)生的水平力。公路橋涵設(shè)計通用規(guī)范（JTG D602004）的規(guī)定：設(shè)有板式橡膠支座的簡支梁、連續(xù)橋面簡支梁或連續(xù)梁排架式柔性墩臺，應(yīng)根據(jù)支座與墩臺的抗推剛度的剛度集成情況分配和傳遞制動力；設(shè)有板式橡膠支座的簡支梁剛性墩臺，按單跨兩端的板式橡膠支座的抗推剛度分配制動力；設(shè)有固定支座、活動支座（滾動或擺動支座，聚四氟乙烯板支座）的剛性墩臺傳遞的汽車制動力，根據(jù)梁體受力的不同、墩(臺)位置的不同以及支座類型按不同規(guī)定采用，且規(guī)定每個活動支座傳遞的制動力不得大于其摩阻力，當(dāng)大于摩阻力時，按摩阻力計算。在計算支座水平力時，汽車制動力與支座摩阻力不應(yīng)同時考慮

10、 。 （1）確定平面尺寸a、b（2）確定厚度h（3）驗算支座的偏轉(zhuǎn)情況（4）驗算支座的抗滑穩(wěn)定性二、板式橡膠支座的設(shè)計計算二、板式橡膠支座的設(shè)計計算1）確定支座的平面尺寸對于橡膠板 式中：Rck 支座壓力標(biāo)準(zhǔn)值，汽車荷載應(yīng)計入沖擊系數(shù)； ck橡膠支座使用階段的平均壓應(yīng)力限值， ck =10 000KPa；2）確定厚度h 梁式橋的主梁由溫度變化等因素在支座處產(chǎn)生的縱向水平位移，依靠全部橡膠片的剪切變形te來實現(xiàn), 與te的關(guān)系為：橡膠片的總厚度； 橡膠片的容許剪切角正切值，當(dāng)不計汽車荷載制動力作用時采用0.5，計及汽車荷載制動力時可采用0.7。 由此：不計制動力 計入制動力g上部結(jié)構(gòu)在恒載作用下

11、由溫度變化、混凝土收縮和徐 變等因素引起作用于一個支座上的水平位移。p 由活載制動力引起作用于一個支座上的水平位移。HT 作用于一個支座上的汽車荷載制動力；Ge 橡膠的剪變模量 同時，考慮到橡膠支座受壓工作的穩(wěn)定性，還應(yīng)符合：3）驗算支座的偏轉(zhuǎn)情況 為了確保支座偏轉(zhuǎn)時橡膠與梁底不發(fā)生脫空而出 現(xiàn)局部承壓的現(xiàn)象，則必須滿足條件：(6-6)平均壓縮變形（忽略薄鋼板的變形），不應(yīng)大于0.07te 梁端轉(zhuǎn)角 4）驗算支座的抗滑穩(wěn)定性 為了保證橡膠支座與梁底或墩臺頂面之間不發(fā)生相對滑動,則應(yīng)滿足以下條件計入汽車制動力時:不計入汽車制動力時:【例6-1】鋼筋混凝土五片式T形梁橋全長為19.96m，計算跨徑

12、l19.5 m，梁采用C40混凝土，支座處梁肋寬度為30cm。梁的兩端采用等厚度的橡膠支座。已知支座壓力標(biāo)準(zhǔn)植RCK 354.12kN，其中結(jié)構(gòu)自重引起的支座反力標(biāo)準(zhǔn)值為RCK162.7kN，公路-級引起的支座反力標(biāo)準(zhǔn)值為183.95kN，人群荷載的標(biāo)準(zhǔn)值為7.47kN；公路-級和人群荷載Pr=3.0kN/m2作用下產(chǎn)生的跨中撓度f1.96cm，根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍庀筚Y料，主梁的計算溫差t36 。試設(shè)計板式橡膠支座?！窘狻?）確定支座平面尺寸 選定支座的平面尺寸為 a*b =18*20=360cm2，采用中間層橡膠片厚度t0.5cm。(1)計算支座的平面形狀系數(shù)S：(2)計算橡膠支座的彈性模量：MPa

13、（公式見表 6-1）(3)驗算橡膠支座的承壓強度：KpaKpa (合格） 2）確定支座的厚度 （1）主梁的計算溫差為t =36 溫度變形由兩端的支座均攤，則每一支座承受的水平位移 為：cm（2）為了計算汽車荷載制動力引起的水平位移p，首先要確定作用在每一支座上的制動力HT：對于 19.5m的橋跨，一個設(shè)計車道上公路級車道荷載總重為： 則汽車制動力標(biāo)準(zhǔn)值332.110%=33.21為 KN；但橋規(guī)，不得小于90KN。經(jīng)比較，取總制動力為90 KN參與計算，五根梁共十個支座，每個支座承受的水平力 （3）確定需要的橡膠片總厚度te：不計汽車制動力 計入汽車制動力橋規(guī)的其它規(guī)定 選用4層鋼板和5層橡膠

14、片組成的支座，上下層橡膠片厚0.25cm，中間層厚0.5cm，薄鋼板厚0.2 cm，則：cmcm 并17.92 合格 以及KN 合格三、 盆式橡膠支座的設(shè)計計算 在實際工程設(shè)計中，主要是根據(jù)盆式橡膠支座規(guī)格選配適合具體橋梁的支座，極少需要從確定基本尺寸開始的設(shè)計計算，因此這里只介紹盆式橡膠支座設(shè)計計算要點。三、 盆式橡膠支座的設(shè)計計算1.聚四氟乙烯板的尺寸（1）直徑D1（2）厚度h1 聚四氟乙烯板的厚度，一般可?。?/401/80）D1。直徑愈大，取值愈小，對于大直徑板的選取的比值還可再小些，通常h148 mm，外露量 34 mm。 2.氯丁橡膠板的尺寸（1）橡膠板直徑D2 為鋼盆內(nèi)橡膠板的容

15、許承壓應(yīng)力，因氯丁橡膠板處于側(cè)限受壓狀態(tài)，其容許承壓應(yīng)力比自由受壓時有明顯增高，一般取 25 MPa （2）厚度h2 h2=(1/101/18)D23.鋼盆和盆塞的尺寸（1）底盆式構(gòu)造 這種盆式橡膠支座的底部為圓鋼盆，上面加盆塞，在兩者之間嵌入橡膠板。 鋼盆內(nèi)徑D3，鋼盆直徑由橡膠板直徑確定，為使橡膠板置入盆內(nèi)緊貼密合，一般取等于橡膠板直徑或比橡膠板直徑小 0.51mm 盆壁厚度h3，先按厚壁圓筒應(yīng)力公式估算厚度。 =N恒載與活載產(chǎn)生的支點反力； A橡膠板的受壓面積。p=鋼盆的受力壓強由此，鋼盆所受的環(huán)向拉力：式中:h盆壁高度，初估時可取h1.5h2； 鋼盆材料的容許應(yīng)力。 則盆壁厚度h3 盆

16、底厚度 h4 在忽略鋼盆壁的側(cè)壓力和假定盆底反力均勻分布的情況下，可近似采用盆底受彎計算的方法確定盆底厚度。 盆底中央截面的彎矩: 式中：D4圓鋼盆底面積的直徑。通過計算底部應(yīng)力確定厚度，也可先假定厚度，再進(jìn)行應(yīng)力驗算，則： 盆壁應(yīng)力驗算 按厚壁圓筒驗算鋼壁頂面的切向應(yīng)力：式中: a鋼盆內(nèi)半徑； b鋼盆外半徑； r計算應(yīng)力點到圓心的距離； 圓形盆塞的厚度的計算可按懸臂板的受力狀態(tài)考慮。 根據(jù)構(gòu)造需要，設(shè)計選用的鋼盆厚度較大，同時荷載的偏心彎矩較小，因此在一般情況下，盆塞的材料強度利用不足，具有較大的安全系數(shù)。 盆塞厚度 鋼盆塞是一塊圓形鋼板，與下支座板焊接或采用沉頭螺釘和嵌槽的方法連接。 盆塞

17、驗算 作用在盆塞中心截面的外力：3.鋼盆和盆塞的尺寸（2）底部為鋼盆塞，頂面有鋼盆環(huán)的構(gòu)造。按偏心受壓的公式進(jìn)行應(yīng)力驗算： 盆塞與下支座板連接螺釘面積 作用在接觸面上的外力: H=Nf3 M=He所需連接螺釘?shù)拿娣e： 盆環(huán)尺寸 盆環(huán)的內(nèi)徑比橡膠板的直徑小 0.51mm。環(huán)壁的徑向應(yīng)力，當(dāng)盆環(huán)與橡膠板等高時：式中：R一盆環(huán)的外徑； r一盆環(huán)的內(nèi)徑； 橡一橡膠板的容許壓應(yīng)力。盆環(huán)頂板厚度 一般取用壁厚的353/4.4.上支座板尺寸和支承混凝土局部承壓驗算上支座板的平面尺寸 需要設(shè)置上支座板的盆式橡膠支座，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總和。上支座板厚度

18、上支座板可采用等厚的與不等厚的板，不等厚的板是在方形的部分主要起連接作用，受力較小可選取薄些。 支承混凝土局部承壓驗算 按公橋規(guī)(JTG D62-2004)的有關(guān)橋規(guī)計算。5.支座偏轉(zhuǎn)驗算 盆式橡膠支座中，不容許出現(xiàn)局部承壓的狀態(tài)，則： 與板式橡膠支座的偏轉(zhuǎn)驗算類似，對盆式橡膠支座要求滿足下式：式中:A與鋼盆環(huán)或中間鋼板接觸的橡膠板面積； H2橡膠板厚度； E2有側(cè)向約束的橡膠板彈性模量，其值可取530MPa D 與鋼盆環(huán)或中間鋼板接觸的橡膠板直徑。四、 盆式橡膠支座的選用 1.各種類型成品盆式橡膠支座的合理選配 首先考慮的是其容許轉(zhuǎn)角及水平能承受的推力能否滿足要求。一般來說，GPZ、TPZ-1等系列的支座對這兩個要求均能滿足。若轉(zhuǎn)角和水平推力超出容許范圍，則需要改變支座的設(shè)計。轉(zhuǎn)角特大，可采用球型支座。 2. 成品盆式橡膠支座承載能力的合理選擇 支座承載力大小的選擇，應(yīng)根據(jù)橋梁恒載、活載的支點反力之和及墩臺上設(shè)置的支座數(shù)目來計算。 合適的支座一般為：最大反力不超過支座容許承載力的5%，最小反力不低于容許承載力的80%。本章要點1 梁式橋設(shè)置支座在于將作用于上部結(jié)構(gòu)的荷載傳遞到橋梁的下部結(jié)構(gòu)，并能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)的自由變形。2 梁式橋支座一般分為固