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1、第六章第六章 桥梁的支座桥梁的支座第一节第一节 概述概述 支座的作用支座的作用传递上部结构的各种荷载传递上部结构的各种荷载适应温度、收缩徐变等因素产生的位移适应温度、收缩徐变等因素产生的位移按受力特性分为按受力特性分为固定支座固定支座活动支座：竖向力活动支座：竖向力 水平力水平力竖向力竖向力第六章第六章 桥梁的支座桥梁的支座 支座布置支座布置简支梁桥一般一端采用固定支座简支梁桥一般一端采用固定支座,一端采用活动支座。一端采用活动支座。连续梁一般每一联中的一个桥墩设固定支座连续梁一般每一联中的一个桥墩设固定支座.支座的设置应有利于墩台传递水平力。支座的设置应有利于墩台传递水平力。第二节第二节 支
2、座的类型和构造支座的类型和构造支座通常用钢，橡胶等材料来制造主要类型：支座通常用钢，橡胶等材料来制造主要类型：简易支座简易支座弧形钢板支座弧形钢板支座橡胶支座橡胶支座板式橡胶支座板式橡胶支座盆式橡胶支座盆式橡胶支座第二节第二节 支座的类型和构造支座的类型和构造 应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度等因素来选取支座类型。体的变形程度等因素来选取支座类型。中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座铁路桥采用钢支座铁路桥采用钢支座一、简易支座一、简易支
3、座 采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度不小于不小于1cm，可用于跨径小于可用于跨径小于10m的板梁桥。的板梁桥。第二节第二节 支座的类型和构造支座的类型和构造二、钢支座二、钢支座1、弧形钢支座、弧形钢支座适用范围：跨径适用范围：跨径10 20m构造特点：由上下垫板所构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装后使齿板嵌销钉），安装后使齿板嵌入齿槽入齿槽(或销钉伸入销孔或销钉伸入销孔)，
4、以保证上下垫板之间不，以保证上下垫板之间不发生相对水平位移发生相对水平位移安装要点安装要点其它钢支座其它钢支座 板板式式橡橡胶胶支支座座有有矩矩形形和和圆圆形形。支支座座的的橡橡胶胶材材料料以以氯氯丁丁橡橡胶胶为为主主，也也可可采采用用天天然然橡橡胶胶。氯氯丁丁橡橡胶胶一一般般用用于于最最低低气气温温不不超超过过-25-250 0C C的的地地区区，天天然然橡橡胶胶用用于于-30300 0C C-40-400 0C C的地区。的地区。三、橡胶支座三、橡胶支座1 1、板式橡胶支座、板式橡胶支座 根根据据试试验验分分析析，橡橡胶胶压压缩缩弹弹性性模模量量E E、容容许许压压应应力力 和和容容许许剪
5、剪切切角角tgrtgr的的数数值值，均均与与支支座座的的形形状状系系数数S S有有关关。形形状状系系数数为为橡橡胶胶支支座座的的承承压压面面积积与与自自由由表表面面积之比，矩形支座为：积之比，矩形支座为：式中：式中：a a 顺桥方向橡胶支座的长度；顺桥方向橡胶支座的长度；b b 横桥方向橡胶支座的宽度；横桥方向橡胶支座的宽度；t t 中间橡胶层的厚度。中间橡胶层的厚度。为为满满足足橡橡胶胶的的容容许许压压应应力力和和使使支支座座能能适适应应梁梁端端转转动动的的要要求求，支支座座的的长长度度a a与与宽宽度度b b之之比比取取决决于于主主梁梁下下的的有有效效宽宽度度及及所所需需的的剪剪切切角角
6、。一一般般应应充充分分利利用用有有效效宽宽度度b b，而而尽尽可可能能减减小小a a的的尺尺寸寸，以以降降低低转转动动阻阻抗抗力力矩矩（它它与与a a5 5成成正正比比）。根根据据支支座座稳稳定定的的要要求求，支支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%30%。bat形状系数形状系数构造特点：常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝构造特点：常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。变形机理：（变形机理：（1）不均匀弹性压缩实现转动；）不均匀弹性压缩实现转动；（2）剪切变形实现水平位移；）剪切变形实现水
7、平位移；（3）无固定和活动支座之分。）无固定和活动支座之分。性能指标：（性能指标：（1）容许应力；）容许应力；（2）弹性模量和剪切模量）弹性模量和剪切模量 （3）容许剪切的正切值。）容许剪切的正切值。适用范围：支座反力为适用范围：支座反力为703600kN的公路、城市的公路、城市桥梁。桥梁。局限性：局限性：2、四氟滑板式橡胶支座、四氟滑板式橡胶支座桥梁球冠圆板式橡胶支座桥梁球冠圆板式橡胶支座3、其它类型板式橡胶支座、其它类型板式橡胶支座坡型板式橡胶支座坡型板式橡胶支座铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座4 4、桥梁盆式橡胶支座、桥梁盆式橡胶支座 盆盆式式橡橡胶胶支支座座是是钢钢构构件件与与橡橡胶胶组组合合
8、而而成成的的新新型型桥桥梁梁支支座座。具具有有承承载载能能力力大大、水水平平位位移移量量大大、转转动动灵灵活活等等特特点点，适适用用于于支支座座承承载载力力为为1000KN1000KN以上的大跨径桥梁。以上的大跨径桥梁。盆盆式式橡橡胶胶支支座座分分固固定定支支座座与与活活动动支支座座。活活动动盆盆式式橡橡胶胶支支座座由由上上支支座座板板、聚聚四四氟氟乙乙烯烯板板、承承压压橡橡胶胶块块、橡橡胶胶密密封封圈圈、中中间间支支座座板板、钢钢紧紧箍箍圈圈、下下支支座座板板以以及及上上下下支支座座连连接接板板组组成成。组组合合上上、中中支支座座板板构构造造或或利利用用上上下下支支座座连连接接板板即即可可形
9、成固定支座。形成固定支座。盆式橡胶支座盆式橡胶支座盆式橡胶支座构构造要点盆式橡胶支座构构造要点1.钢盆钢盆2.承压橡胶板承压橡胶板3.钢衬板钢衬板4.聚四氟乙烯板聚四氟乙烯板5.上支座板上支座板6.不锈钢滑板不锈钢滑板7.钢紧箍圈钢紧箍圈8.密封胶圈密封胶圈 固定与滑动盆式橡胶支座固定与滑动盆式橡胶支座 多向活动支座（多向活动支座（DX）纵向活动支座（纵向活动支座（ZX）固定支座（固定支座（GD）5 5、其它支座、其它支座QGZ球型钢支座球型钢支座QGZ 球型钢支座球型钢支座 四、成品盆式橡胶支座的选配四、成品盆式橡胶支座的选配 、成品盆式橡胶支座的系列、成品盆式橡胶支座的系列 成品盆式橡胶支
10、座的主要系列有：成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，等。其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。另外，铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。另外，还有其它科研院所设计的类同系列的盆式橡胶支座。还有其它科研院所设计的类同系列的盆式橡胶支座。这些系列支座，适用于各类桥梁及类似受力与变形这些系列支座，适用于各类桥梁及类似受力与变形特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它工程
11、结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般工程结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从从1000起至起至50000，最多分为近，最多分为近40个级；并以个级；并以DX、SX、GD分别表示单向分别表示单向、双向活动支座及固定支座，、双向活动支座及固定支座，而而GDZ则为抗震型固定支座的代号。则为抗震型固定支座的代号。、成品盆式橡胶支座的地区适用性、成品盆式橡胶支座的地区适用性 成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。和采用何种震型支座或抗震措施。3
12、、各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配、各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配 盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满足要求。一般来说，足要求。一般来说，GPZ、TPZ-1等系列的支座对这等系列的支座对这两个要求均能满足。若转角和水平推力超出容许范两个要求均能满足。若转角和水平推力超出容许范围，则需要改变支座的设计。转角特大，可采用球围，则需要改变支座的设计。转角特大，可采用球型支座。型支座。关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，即关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题
13、，即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选式的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选用固定支座，活动端选用活动支座。但若横桥向用固定支座，活动端选用活动支座。但若横桥向伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用能单一采用GD类型的支座。这是由于现代桥梁的类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过桥面越来越宽，超过20米已屡见不鲜，这时由温米已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，有的可达
14、到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。为保证有的可达到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。为保证梁不发生纵向位移，又能满足多梁式宽桥的横桥梁不发生纵向位移，又能满足多梁式宽桥的横桥向位移，这时可将单方向活动支座转过向位移，这时可将单方向活动支座转过90横置梁横置梁下下(如图如图2-7-9)，使其顺桥向起固定支座的作用下，使其顺桥向起固定支座的作用下，而横桥向则起活动支座的作用。而横桥向则起活动支座的作用。4 4、成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择、成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择 支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、活载支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、活载的支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合的
15、支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的5%5%，最小反力不低于容许承载力的，最小反力不低于容许承载力的80%80%。规定最小反。规定最小反力的目的是保证支座具有良好的滑移性能，因为聚四力的目的是保证支座具有良好的滑移性能，因为聚四氟乙烯板的磨擦系数与压力成反比，如果低于规定的氟乙烯板的磨擦系数与压力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将会增大。数值，则磨擦系数将会增大。支座选配时，一般不必过多担心支座的安全储支座选配时，一般不必过多担心支座的安全储备，比如计算得到一个支座的最大反力为备，比如计算
16、得到一个支座的最大反力为4100，最小反力为最小反力为3700，那就选用承载力为，那就选用承载力为4000的支座，的支座，这是因为这是因为4000支座的允许支反力变化范围是支座的允许支反力变化范围是32004200，不要从更安全的角度考虑加大支座的承，不要从更安全的角度考虑加大支座的承载力而选用载力而选用5000的支座。因为的支座。因为5000支座最低合适支座最低合适的承载力是的承载力是4000，而最小支反力，而最小支反力3700已小于此值，已小于此值，故不适宜选用。虽然我们规定最大反力，不超过故不适宜选用。虽然我们规定最大反力，不超过容许承载力的容许承载力的5%，但支座实际的安全系数一般在，
17、但支座实际的安全系数一般在5以上。以上。第三节、支座计算第三节、支座计算一、支座受力特点一、支座受力特点作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽车荷载支座反力车荷载支座反力 时，应计入冲击影响力。当支座可能时，应计入冲击影响力。当支座可能出现上拔力时，应分别计算支座出现上拔力时，应分别计算支座 的最大竖向力和最大的最大竖向力和最大上拔力。上拔力。直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。斜桥和直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。斜桥和弯桥的支座，还弯桥的支座，还 需要考虑由于汽车荷载的离心力或其需要考虑由于汽车荷载的离心力或其它原因如风力等
18、产生的横向水平力。它原因如风力等产生的横向水平力。汽车荷载产生的制动力，应按照公路桥涵设计规范汽车荷载产生的制动力，应按照公路桥涵设计规范要求，根据车道数要求，根据车道数 确定。刚性墩台各种支座传递确定。刚性墩台各种支座传递的制动力，按规范中的规定采用。其中，规定每个的制动力，按规范中的规定采用。其中，规定每个活动支座传递的制动力不得大于其摩阻力；当采用活动支座传递的制动力不得大于其摩阻力；当采用厚度相等的板式橡胶支座时，制动力可平均分配至厚度相等的板式橡胶支座时，制动力可平均分配至各支座。各支座。对于梁桥，地震地区桥梁支座的外力计算，应根据对于梁桥，地震地区桥梁支座的外力计算，应根据设计的地
19、震烈度，按设计的地震烈度，按的规定进行计算和组合。的规定进行计算和组合。二、板式橡胶支座的设计计算二、板式橡胶支座的设计计算（一）支座尺寸确定（一）支座尺寸确定 根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过它们相应容许承压应力的要求，确定支座平面面积。它们相应容许承压应力的要求，确定支座平面面积。在一般情况下，面积由橡胶支座控制设计：在一般情况下，面积由橡胶支座控制设计：支座平面尺寸支座平面尺寸对于橡胶板对于橡胶板对于混凝土对于混凝土 支座高度支座高度 梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产生的纵向水平位移生的纵向水
20、平位移，依靠全部橡胶片的剪切变依靠全部橡胶片的剪切变形形 t t来实现来实现,与与 t t的关系为：的关系为：ah 由由 有有-橡胶片容许剪切角的正切，可取用，不计橡胶片容许剪切角的正切，可取用，不计活载制动力时用；计及活载制动力时取用，则活载制动力时用；计及活载制动力时取用，则上式可写成：上式可写成：-由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支座顶面相对于底面的水平位移。当跨径为座顶面相对于底面的水平位移。当跨径为L的简支的简支梁桥两端采用等厚橡胶支座时，因温度变化每个支梁桥两端采用等厚橡胶支座时，因温度变化每个支座承担的水平位移可取简支梁向温变变形
21、的一半，座承担的水平位移可取简支梁向温变变形的一半，-活载制动力在一个支座上的水平力；活载制动力在一个支座上的水平力；-由制动力引起在支座顶面相对于由制动力引起在支座顶面相对于底面的水平位移，可按下式计算底面的水平位移，可按下式计算A-橡胶支座的面积。橡胶支座的面积。G-橡胶的剪切模量，橡胶的剪切模量，桥规规定：桥规规定：（二）支座偏转与平均压缩变形验算（二）支座偏转与平均压缩变形验算 主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为(如下图如下图)，但不，但不允许其与支座间产生脱空现象。梁端转动时，支座就受到允许其与支座间产生脱空现象。梁端转动时，支座就受到一个偏心竖向力
22、的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一个偏心竖向力的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一端为一端为 另一端为另一端为 ，其平均压缩，其平均压缩变形变形 ，根据下式计算，根据下式计算Nh式中：式中：E-E-橡胶支座的弹性模量。橡胶支座的弹性模量。当无试验数据时，可查阅当无试验数据时，可查阅JTJ023-85JTJ023-85，其值与，其值与支座的形状系数有关，也可按下支座的形状系数有关，也可按下式计算式计算 所以 桥规规定：（三）支座抗滑性验算（三）支座抗滑性验算 橡胶支座一般直接搁置在墩台与梁底之间，在橡胶支座一般直接搁置在墩台与梁底之间，在它受到梁体传来的水平力后，应保证支座不滑动，它受到梁
23、体传来的水平力后，应保证支座不滑动，亦即支座与混凝土之间要有足够大的摩阻力来抵抗亦即支座与混凝土之间要有足够大的摩阻力来抵抗水平力，故应满足下式：水平力，故应满足下式：无活载作用时无活载作用时 有活载作用时有活载作用时-活载制动力分在一个支座上的水平力；温度变化等因素活载制动力分在一个支座上的水平力；温度变化等因素分在一个支座上的水平力。分在一个支座上的水平力。式中式中-在上部结构重力作用下的支座反力；在上部结构重力作用下的支座反力；-与计算制动力相应的汽车活载产生的最小支座反力；与计算制动力相应的汽车活载产生的最小支座反力；-橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数采用橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数采
24、用-与计算制动力相应的汽车活载产生的最小支座反力；与计算制动力相应的汽车活载产生的最小支座反力；橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数采用；与钢板的摩橡胶支座与混凝土表面的摩阻系数采用；与钢板的摩阻系数采用；阻系数采用；（四）成品板式橡胶支座的选配（四）成品板式橡胶支座的选配 成品的板式橡胶支座早已形成系列，故在一般情成品的板式橡胶支座早已形成系列，故在一般情况下，没有必要自行设计支座，只需根据标准成品况下，没有必要自行设计支座，只需根据标准成品支座的目录，选配合适的产品。支座的目录，选配合适的产品。我国交通部颁布的成品板式橡胶支座代号表示方我国交通部颁布的成品板式橡胶支座代号表示方法，按交通部法，按
25、交通部JTJT标准第条有这样几项代码组成：名标准第条有这样几项代码组成：名称、型式、规格及胶种。如称、型式、规格及胶种。如GJZ300GJZ300 400400 47(CR)47(CR)，表示公路桥梁矩形、平面尺寸表示公路桥梁矩形、平面尺寸300300 400400、厚度为、厚度为4747的氯丁橡胶支座；又如的氯丁橡胶支座；又如GYZF4300GYZF4300 54(NR)54(NR)，表示公，表示公路桥梁圆形、直径路桥梁圆形、直径300300、厚度为、厚度为5454、带聚四氟乙烯滑、带聚四氟乙烯滑板的天然橡胶支座。另外，除常用支座外，还有一板的天然橡胶支座。另外，除常用支座外，还有一些特制支座，如同济大学桥梁工程系研制的球冠支些特制支座，如同济大学桥梁工程系研制的球冠支座、抗震支座等。座、抗震支座等。