《桥梁支座》PPT课件

2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 1 第 七 章 桥 梁 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 2 第 一 节 概 述一 、 支 座 的 作 用 和 要 求二 、 支 座 的 分 类三 、 支 座 的 布 置 原 则四 、 支 座 的 布 置 注 意 事 项 下 一 节 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 3 一 、 支 座 的 作 用 和 要 求支 座 设 置 在 桥 梁 的 上 部 结 构 与 墩 台 之 间 ， 它 的 作 用 是 ： (2)保 证 结 构 在 活 载 、 温 度 变 化 、 混 凝 土 收 缩和 徐 变 等 因 素 作 用 下 能 自 由 变 形 ， 以 使 上 、 下 部结 构 的 实 际 受 力 情 况 符 合 结 构 的 静 力 图 式 。 (1)传 递 上 部 结 构 的 支 承 反 力 ， 包 括 恒 载 和 活 载引 起 的 竖 向 力 和 水 平 力 ； 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 4简 支 梁 的 静 力 图 示 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 5 二 、 支 座 的 分 类1. 按 其 变 位 的 可 能 性 分 类2.按 材 料 分 类 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 6 固 定 支 座 活 动 支 座 固 定 支 座 传 递 竖 向 力 和 水 平 力 ， 允 许 上 部 结 构在 支 座 处 能 自 由 转 动 但 不 能 水 平 移 动 ； 活 动 支 座 则 只 传 递 竖 向 力 ， 允 许 上 部 结 构 在 支座 处 既 能 自 由 转 动 又 能 水 平 移 动 。 活 动 支 座 又 可 分 为 多 向 活 动 支 座 (纵 向 、 横 向均 可 自 由 移 动 )和 单 向 活 动 支 座 (仅 一 个 方 向 可 自 由移 动 )。 1. 按 其 变 位 的 可 能 性 分 : 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 7 大 致 可 分 为 :简 易 支 座钢 支 座钢 筋 混 凝 土 支 座橡 胶 支 座特 种 支 座 (如 减 震 支 座 、 拉 力 支 座 等 ）2.按 材 料 分 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 8 固 定 支 座 和 活 动 支 座 的 布 置 ， 应 以 有 利 于 墩 台传 递 纵 向 水 平 力 为 原 则 ： (1)对 于 桥 跨 结 构 ， 最 好 使 梁 的 下 缘 在 水 平 力的 作 用 下 受 压 ， 从 而 能 抵 消 一 部 分 竖 向 荷 载 在 梁下 缘 产 生 的 拉 应 力 。 (2)对 于 桥 墩 ， 应 尽 可 能 使 水 平 力 的 方 向 指 向河 岸 ， 以 使 桥 墩 顶 部 在 水 平 力 作 用 下 不 是 受 拉 。 (3)对 于 桥 台 ， 应 尽 可 能 使 水 平 力 的 方 向 指 向桥 墩 中 心 ， 以 使 桥 台 顶 部 受 压 ， 并 能 平 衡 一 部 分台 后 土 压 力 。 三 、 支 座 的 布 置 原 则 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 9 (1)对 于 有 坡 桥 跨 结 构 ， 宜 将 固 定 支 座 布 置 在 标 高 低 的墩 台 上 (2)对 于 连 续 梁 桥 及 桥 面 连 续 的 简 支 梁 桥 ， 为 使 全 梁 的纵 向 变 形 分 散 在 梁 的 两 端 ， 宜 将 固 定 支 座 设 置 在 靠 近 桥 跨中 心 ； 但 若 中 间 支 点 的 桥 墩 较 高 或 因 地 基 受 力 等 原 因 ， 对承 受 水 平 力 十 分 不 利 时 ， 可 根 据 具 体 情 况 将 固 定 支 座 布 置在 靠 边 的 其 它 墩 台 上 (3)对 于 特 别 宽 的 梁 桥 ， 尚 应 设 置 沿 纵 向 和 横 向 均 能 移动 的 活 动 支 座 。 对 于 弯 桥 则 应 考 虑 活 动 支 座 沿 弧 线 方 向 移动 的 可 能 性 。 对 于 处 在 地 震 地 区 的 梁 桥 ， 其 支 座 构 造 还 应考 虑 桥 梁 防 震 的 设 施 ， 通 常 应 确 保 由 多 个 桥 墩 分 担 水 平 力 。四 、 支 座 的 布 置 注 意 事 项 ： 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 10 桥 梁 支 座 的 布 置 方 式 ， 主 要 根 据 桥 梁 的 结 构 形式 及 桥 梁 的 宽 度 确 定 。简 支 梁 桥 一 端 设 固 定 支 座 ， 另 一 端 设 活 动 支 座 。铁 路 桥 梁 由 于 桥 宽 较 小 ， 支 座 横 向 变 位 很 小 ， 一 般 只 需 设置 单 向 活 动 支 座 (纵 向 活 动 支 座 ) 。公 路 T形 梁 桥 由 于 桥 面 较 宽 ， 因 而 要 考 虑 支 座 横 桥 向 移 动 的可 能 性 。 即 在 固 定 墩 上 设 置 一 个 固 定 支 座 ， 相 邻 的 支 座 设置 为 横 向 可 动 、 纵 向 固 定 的 单 向 活 动 支 座 ， 而 在 活 动 墩 上设 置 一 个 纵 向 活 动 支 座 (与 固 定 支 座 相 对 应 )， 其 余 均 设 置多 向 活 动 支 座 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 11铁 路 简 支 梁 桥 支 座 布 置 公 路 简 支 梁 桥 支 座 布 置 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 12 连 续 梁 桥 每 联 只 设 一 个 固 定 支 座 。 为 避 免 梁的 活 动 端 伸 缩 缝 过 大 ， 固 定 支 座 宜 置 于 每 联 的 中间 支 点 上 。 但 若 该 处 墩 身 较 高 ， 则 应 考 虑 避 开 ，或 采 取 特 殊 措 施 ， 以 避 免 该 墩 身 承 受 水 平 力 过 大 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 13 曲 线 连 续 梁 桥 的 支 座 布 置 会 直 接 影 响 到 梁 的 内力 分 布 ， 同 时 ， 支 座 的 布 置 应 使 其 能 充 分 适 应 曲 梁的 纵 、 横 向 自 由 转 动 和 移 动 的 可 能 性 。 通 常 宜 采 用球 面 支 座 ， 且 为 多 向 活 动 支 座 ， 此 外 ， 曲 线 箱 梁 中间 常 设 单 支 点 支 座 ， 仅 在 一 联 梁 的 端 部 (或 桥 台 上 )设 置 双 支 座 ， 以 承 受 扭 矩 。 有 意 将 曲 梁 支 点 向 曲 线外 侧 偏 离 ， 可 调 整 曲 梁 的 扭 矩 分 布 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 14 当 桥 梁 位 于 坡 道 上 时 ， 固 定 支 座 应 设 在 较 低 一端 以 使 梁 体 在 竖 向 荷 载 沿 坡 道 方 向 分 力 的 作 用 下受 压 ， 以 便 能 抵 消 一 部 分 竖 向 荷 载 产 生 的 梁 下 缘拉 力 ； 当 桥 梁 位 于 平 坡 上 时 ， 固 定 支 座 宜 设 在 主要 行 车 方 向 的 前 端 。 桥 梁 的 使 用 效 果 与 支 座 能 否 准 确 地 发 挥 其 功 能 有 着 密切 的 关 系 ， 因 此 在 安 放 支 座 时 应 使 上 部 结 构 的 支 座 位 置 与下 部 结 构 的 支 座 中 线 对 中 ， 但 绝 对 的 对 中 是 很 难 做 到 的 。因 此 ， 要 注 意 使 可 能 的 偏 心 在 允 许 的 范 围 内 ， 不 致 影 响 支座 的 正 常 工 作 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 15 正 确 地 确 定 支 座 所 承 受 的 荷 载 和 活 动 支 座 的 位移 量 ， 关 系 到 支 座 的 使 用 寿 命 。 一 般 而 言 ， 固 定 支 座 除 承 受 竖 向 压 力 外 ， 还 必须 能 承 受 水 平 力 ， 其 中 包 括 可 能 产 生 的 制 动 力 、风 力 、 活 动 支 座 的 摩 阻 力 、 主 梁 弹 性 挠 曲 对 支 座的 拉 力 等 。 这 些 水 平 力 总 是 应 当 偏 大 地 取 用 ， 且 要求 支 座 伸 至 上 、 下 部 结 构 中 进 行 锚 固 或 销 结 。 对于 弯 、 斜 和 宽 桥 ， 支 座 的 受 力 比 较 复 杂 ， 需 要 认 从三 个 坐 标 方 向 去 研 究 、 即 使 是 在 同 一 支 座 位 置 ， 不同 的 部 位 在 受 力 上 可 能 会 有 很 大 的 差 别 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 16 位 移 量 的 计 算 要 考 虑 各 种 可 能 出 现 的 工 况 。（ 1） 对 温 差 产 生 的 位 移 要 有 足 够 的 估 计 。（ 2） 桥 梁 的 挠 曲 、 基 础 的 不 均 匀 沉 降 都 会 产 生 纵向 位 移 ， 对 于 高 桥 墩 ， 墩 顶 位 移 可 通 过 活 动 支 座上 的 挡 块 加 以 限 制 ， 它 能 使 基 底 反 力 变 化 ， 并 且阻 止 不 均 匀 沉 降 ；（ 3） 由 于 一 些 不 可 估 计 的 因 素 ， 通 常 计 算 的 位 移量 宜 乘 以 1.3左 右 的 安 全 系 数 。 梁 桥 支 座 的 支 承 面 一 般 是 水 平 的 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 17 第 二 节 桥 梁 支 座 的 类 型 和 构 造一 、 简 易 垫 层 支 座二 、 钢 支 座三 、 钢 筋 混 凝 支 座四 、 橡 胶 支 座五 、 拉 力 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 18 一 、 简 易 垫 层 支 座 简 易 支 座 是 指 在 梁 底 和 墩 台 顶 面 之 间 设 置 垫 层 来 支 承 上部 结 构 。 垫 层 可 用 油 毛 毡 、 石 棉 板 或 铅 板 等 做 成 ， 利 用 这 些材 料 比 较 柔 软 又 具 有 一 定 强 度 的 特 性 来 适 应 梁 端 比 较 微 小 的转 动 与 伸 缩 变 形 的 要 求 ， 并 承 受 支 点 荷 载 。 固 定 的 一 端 ， 加设 套 在 铁 管 中 的 锚 钉 锚 固 。 锚 钉 预 埋 在 墩 台 帽 内 。 简 易 支 座 仅 适 于 跨 度 10m以 下 的 公 路 桥 和 4m以 下 的 铁 路 板桥 。 由 于 这 种 支 座 自 由 伸 缩 性 差 ， 为 避 免 主 梁 端 部 和 墩 台 混凝 土 拉 裂 ， 宜 在 支 座 部 位 的 梁 端 和 墩 台 顶 面 布 设 钢 筋 网 加 强 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 19 二 、 钢 支 座1. 铸 钢 支 座2. 特 殊 钢 支 座 钢 支 座 是 靠 钢 部 件 的 滚 动 、 摇 动 和 滑 动 来 完 成支 座 的 位 移 和 转 动 的 。 特 点 ： 承 载 能 力 强 ,能 适 应 桥 梁 的 位 移 和 转 动的 需 要 ,目 前 仍 广 泛 应 用 于 铁 路 桥 梁 。 钢 支 座 常 用的 有 铸 钢 支 座 和 特 种 钢 支 座 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 20 1. 铸 钢 支 座（ 1） 平 板 支 座（ 2） 弧 形 支 座（ 3） 摇 轴 支 座（ 4） 辊 轴 支 座 铸 钢 支 座 使 用 碳 素 钢 或 优 质 钢 经 过 制 模 、 翻 砂 、 铸 造 、 热处 理 、 机 械 加 工 和 表 面 处 理 制 成 、 是 一 种 传 统 形 式 的 支 座 。 各 类 支 座 基 本 上 都 由 可 以 相 对 摆 动 的 所 谓 上 、 下 摆 组 成 。摇 轴 与 辊 轴 支 座 还 包 括 摇 轴 (可 以 看 作 下 摆 )、 辊 轴 与 底 板 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 21 平 板 支 座 的 上 、 下 摆 就 是 两 块平 板 。 固 定 支 座 的 上 、 下 平 板间 用 钢 销 固 定 。 活 动 支 座 只 将上 平 板 销 孔 改 成 长 圆 形 。 （ 1） 平 板 支 座 平 板 支 座 构 造 简 单 、 加 工 容 易 ， 但 反 力 不 集 中 ，梁 端 不 能 自 由 转 动 , 伸 缩 时 要 克 服 较 大 的 摩 阻 力 ，故 只 适 用 于 小 跨 度 的 梁 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 22 弧 形 支 座 是 将 平 板 支座 上 、 下 摆 的 平 面 接 触 改为 弧 面 接 触 ， 其 它 完 全 一样 。 这 样 ， 反 力 便 能 集 中传 递 ， 梁 端 也 能 自 由 转 动 。但 伸 缩 时 仍 要 克 服 较 大 的摩 阻 力 、 所 以 仍 只 适 用 于较 小 跨 度 的 梁 。（ 2） 弧 形 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 23 跨 度 大 于 20m左 右 的 梁 ， 固 定 支 座 就 得 将 下 摆 加 高 ， 做 成 类 似 钢 轨的 截 面 形 式 ， 两 侧 用 肋 加 强 。 这 样 ， 下 摆 底 部 可 以 其 有 较 大 的 面 积 ， 摆身 有 足 够 的 刚 性 ， 可 将 较 大 的 支 承 反 力 均 匀 分 布 于 墩 台 顶 垫 石 面 上 。 活 动 支 座 应 采 用 摇 轴 支 座 或 辊 轴 支 座 。(3)摇 轴 支 座 摇 轴 支 座 由 上 摆 、 底 板 和 两 者 之 间 的 辊 子组 成 。 将 圆 辊 多 余 部 分 削 去 成 为 扇 形 ， 就是 所 谓 摇 轴 。 摇 轴 支 座 能 很 理 想 地 满 足 活动 支 座 的 各 项 要 求 。 如 果 摇 轴 的 直 径 可 以任 意 加 大 它 的 承 载 能 力 从 理 论 上 讲 是 没 有限 制 的 。 但 支 承 反 力 愈 大 ， 相 应 要 求 辊 子(摇 轴 )的 直 径 也 愈 大 ,这 就 使 支 座 高 度 变 得很 大 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 24 为 了 克 服 摇 轴 支 座 的 缺 点 ， 跨 度 更 大 的 梁 ， 可 以 采用 辊 轴 支 座 ， 它 相 当 于 将 摇 轴 支 座 的 固 定 支 座 放 在 一 些 钢 辊子 上 。 辊 轴 支 座 除 了 能 很 好 地 满 足 活 动 支 座 的 各 项 要 求 外 ，由 于 反 力 是 通 过 若 干 辊 轴 压 在 底 板 上 的 ， 因 此 辊 子 的 直 径 可以 随 其 个 数 的 增 多 而 减 小 ， 反 力 也 可 分 散 而 均 匀 地 分 布 到 墩台 垫 石 面 上 。 辊 轴 支 座 适 用 于 各 种 大 型 桥 梁 。 辊 轴 的 个 数 视承 载 力 大 小 而 定 ,一 般 为 2-10个 。（ 4） 辊 轴 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 25铸 钢 支 座 类 型 示 意 图 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 26 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 27 采 用 不 锈 钢 或 高 级 合 金 钢 支 座 ， 并 封 闭 在 油箱 内 ， 以 防 生 锈 ; 对 承 受 接 触 应 力 的 部 分 进 行 表 面 硬 化 处 理 ，以 提 高 其 容 许 承 载 力 ; 将 支 座 的 转 动 部 分 制 成 钢 制 或 黄 铜 制 成 的 球冠 形 ， 在 钢 制 球 冠 的 上 、 下 分 别 设 置 聚 四 氟 乙 烯板 ， 构 成 球 面 (型 )支 座 。 2、 特 种 钢 支 座特 种 钢 支 座 主 要 采 用 以 下 几 种 形 式 : 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 28图 6 克 劳 茨 高 级 钢 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 29 三 、 钢 筋 混 凝 土 支 座 1. 钢 筋 混 凝 土 摆 柱 式 支 座2. 混 凝 土 铰 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 30 1. 钢 筋 混 凝 摆 柱 式 支 座 钢 筋 混 凝 土 摆 柱 式 支 座 可 用 于 跨 径 大 于 或 等 于 20m的 公 路 梁 桥 ， 或 跨 径 大 于 13m的 公 路 悬 臂 梁 桥 的 挂 孔 。它 的 水 平 位 移 量 较 大 ， 承 载 力 为 5500kN左 右 ， 摩 阻 系 数为 0.05。 钢 筋 混 凝 土 摆 柱 放 在 梁 底 与 支 承 垫 石 之 间 ， 它 的 上下 两 端 各 放 弧 形 固 定 钢 支 座 一 座 。 摆 柱 由 4050号 混 凝土 制 成 ， 柱 体 内 一 般 按 含 筋 率 约 为 0.5%左 右 配 置 竖 向 钢筋 ， 同 时 要 配 置 水 平 钢 筋 网 ， 以 承 受 支 座 受 竖 向 压 力 时所 产 生 的 横 向 拉 力 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 31 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 32 2. 混 凝 土 铰 混 凝 土 铰 有 各 种 类 型 。 桥 梁 上 常 用 弗 莱 西 奈 铰 ， 它 是 利 用 颈 缩 部 分混 凝 土 的 双 向 或 三 向 应 力 状 态 而 使 其 承 压 能 力 提 高 ， 并 可 沿 铰 竖 向 轴 线作 少 量 转 动 。 混 凝 土 铰 是 最 简 单 、 也 是 最 便 宜 的 中 心 可 转 动 的 支 座 。 混 凝 土 铰 需 要 在 铰 颈 上 、 下 设 置 足 以 抵 抗 横 向 拉 应 力 的 钢 筋 ,铰 颈高 度 为 铰 颈 宽 度 的 1/2-1/3。 铰 颈 部 分 应 做 成 顺 滑 的 抛 物 线 形 ， 铰 颈 两旁 可 用 玛 蹄 脂 或 沥 青 材 料 填 塞 。 混 凝 土 铰 曾 多 次 在 大 跨 径 桥 梁 中 采 用 ， 支 承 反 力 可 达 10000kN。它 的 优 点 是 支 座 高 度 小 ， 构 造 简 单 ， 用 钢 量 少 ;缺 点 是 不 能 抵 抗 拉 力 ，不 能 调 整 高 度 ， 转 动 量 少 ， 不 便 于 更 换 和 修 理 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 33 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 34 橡 胶 支 座 与 其 它 金 属 刚 性 支 座 相 比 ， 具 有 构 造 简 单 、加 工 方 便 、 节 省 钢 材 、 造 价 低 、 结 构 高 度 小 、 安 装 方 便等 一 系 列 优 点 。 此 外 ， 橡 胶 支 座 能 方 便 地 适 应 任 意 方 向的 变 形 ， 故 对 于 宽 桥 、 曲 线 桥 和 斜 桥 具 有 特 别 的 适 应 性 。橡 胶 的 弹 性 还 能 消 减 上 、 下 部 结 构 所 受 的 动 力 作 用 ， 这对 于 抗 震 也 十 分 有 利 。 在 桥 梁 工 程 中 使 用 的 橡 胶 支 座 大 体 上 可 分 为 两 类 ：四 、 橡 胶 支 座（ 1） 板 式 橡 胶 支 座（ 2） 盆 式 橡 胶 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 35 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 36 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 37 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 38 板 式 橡 胶 支 座 是 仅 用 一 块 橡 胶 板 做 成 的 适 用 于 中 、 小跨 度 桥 梁 的 一 种 简 单 橡 胶 支 座 。 它 的 活 动 机 理 是 ： 利 用 橡 胶 的 不 均 匀 弹 性 压 缩 实 现 转 角 ，利 用 其 剪 切 变 形 实 现 水 平 位 移 。 因 橡 胶 与 钢 或 混 凝 土 之 间 有 足 够 大 的 摩 阻 力 (摩 擦 系 数0.250.40） 橡 胶 板 与 梁 底 和 墩 台 顶 之 间 一 般 无 须 连 接 。 在墩 台 顶 部 ， 需 铺 设 一 层 砂 浆 ， 以 保 证 支 座 放 置 平 稳 。 采 用橡 胶 支 座 可 以 不 设 固 定 支 座 ， 所 有 水 平 力 由 各 个 支 座 均 匀分 担 ， 必 要 时 也 可 采 用 不 等 高 的 橡 胶 板 来 调 节 各 支 座 传 递的 水 平 力 。（ 1） 板 式 橡 胶 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 39加 劲 板 式 橡 胶 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 40 无 加 劲 层 的 纯 橡 胶 支 座 ， 由 于 其 容 许 压 应 力 甚 小 ， 约 为3000kPa， 故 只 适 合 于 小 跨 径 桥 梁 。 常 用 的 板 式 橡 胶 支 座 都 用 几 层 薄 钢 板 或 钢 丝 网 作 为 加劲 层 (见 图 10b)。 由 于 橡 胶 片 之 间 的 加 劲 层 能 起 阻 止 橡 胶片 侧 向 膨 胀 的 作 用 ， 从 而 显 著 提 高 了 橡 胶 片 的 抗 压 强 度 和支 座 的 抗 压 刚 度 ， 其 抗 压 容 许 应 力 可 以 达 到 810MPa， 而加 劲 物 对 橡 胶 板 的 转 动 变 形 和 剪 切 变 形 几 乎 没 有 影 响 。 加劲 板 式 橡 胶 支 座 的 承 载 能 力 可 达 2000-8000kN， 目 前 已 广泛 用 于 中 、 小 跨 度 的 公 路 及 铁 路 桥 梁 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 41 国 内 使 用 的 橡 胶 以 氯 丁 橡 胶 为 主 ， 也 可 采 用 天 然 橡 胶 。氯 丁 橡 胶 的 使 用 温 度 不 低 于 -25 ， 天 然 橡 胶 不 低 于 -40 。 橡 胶 的 硬 度 、 压 缩 弹 性 模 量 E、 剪 切 弹 性 模 量 G、 容 许 压应 力 容 许 剪 切 角 的 正 切 tan 等 ， 应 按 桥 梁 的 使 用 级别 按 现 行 铁 桥 规 或 公 桥 规 的 有 关 规 定 取 用 。 根 据 试 验 分 析 ， 橡 胶 压 缩 弹 性 模 量 、 容 许 压 应 力 和 容许 剪 切 角 的 值 ， 均 与 支 座 的 形 状 系 数 有 关 。 形 状 系 数 S为 加劲 板 式 橡 胶 支 座 的 承 压 面 积 与 自 由 表 面 积 之 比 ， 即 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 42 hba abS )(2 式 中 a顺 桥 向 橡 胶 支 座 的 长 度 ； b横 桥 向 橡 胶 支 座 的 长 度 ； h橡 胶 层 的 厚 度 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 43 形 状 系 数 用 来 表 示 支 座 的 形 状 特 征 。 为 满 足 橡 胶 的 容 许 压 应 力 和 使 支 座 能 适 应转 动 的 要 求 ， 支 座 的 长 度 a与 宽 度 b之 比 取 决 于 主梁 下 的 有 效 宽 度 及 所 需 的 剪 切 角 。 一 般 应 充 分 利 用 有 效 宽 度 b， 而 尽 可 能 减小 a的 尺 寸 ， 以 降 低 阻 抗 力 矩 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 44 当 活 动 支 座 的 位 移 量 较 大 时 ， 要 使 橡 胶 板 产 生 相 应 较大 的 剪 切 变 形 ， 就 必 须 增 加 橡 胶 板 的 厚 度 。 这 样 一 则 多 耗材 料 ， 再 则 支 座 不 稳 , 而 且 相 邻 支 座 厚 度 可 能 不 一 ， 车辆 驶 过 时 会 产 生 高 差 ， 行 车 不 顺 。 为 克 服 这 一 缺 点 ， 可 在 用 作 活 动 支 座 的 橡 胶 板 顶 面 贴一 片 聚 四 氟 乙 烯 板 ， 再 在 聚 四 氟 乙 烯 板 与 梁 底 之 间 垫 上 一块 光 洁 度 很 高 的 不 锈 钢 薄 板 。 由 于 聚 四 氟 乙 烯 板 与 不 锈钢 板 之 间 的 摩 阻 力 极 小 (摩 擦 系 数 小 于 橡 胶 支 座 0.04）故 可 利 用 它 们 之 间 的 滑 动 来 满 足 活 动 座 位 移 的 需 要 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 45聚 四 氟 板 式 橡 胶 支 座 1-上 支 座 板 ； 2-不 锈 钢 板 ； 3-聚 四 氟 乙 烯 板 ； 4-防 护 罩 ； 5-A3钢 板 ； 6-橡 胶 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 46 盆 式 橡 胶 支 座 是 在 板 式 橡 胶 支 座 的 基 础 上 进 一 步 改 进 后 更 为 完 善 的一 种 橡 胶 支 座 。 它 与 板 式 橡 胶 支 座 的 主 要 区 别 在 于 ： 它 不 是 利 用 置 于 橡 胶 中 的 加 劲物 来 加 强 橡 胶 ， 而 是 将 素 橡 胶 板 置 于 圆 形 钢 盆 内 来 加 强 橡 胶 。 橡 胶 在 受 压 后 的 变 形 由 于 受 钢 盆 的 约 束 ， 处 于 三 向 受 压 状 态 ， 只 要钢 盆 不 破 坏 ， 橡 胶 就 永 远 不 会 丧 失 承 载 力 。 这 时 橡 胶 的 容 许 抗 压 强 度可 以 进 一 步 提 高 到 25MPa。 密 封 在 钢 盆 内 的 橡 胶 板 ， 可 以 做 适 度 不 均 匀压 缩 来 实 现 转 动 ， 如 果 再 加 上 聚 四 氟 乙 烯 板 和 不 锈 钢 板 ， 则 还 可 以 实现 水 平 位 移 。（ 2） 盆 式 橡 胶 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 47盆 式 橡 胶 支 座 的 一 般 构 造 （ 尺 寸 单 位 ： mm） 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 48 因 此 ， 盆 式 橡 胶 支 座 可 做 成 固 定 支 座 ， 也 可 做 成 活 动 支 座 ， 活 动支 座 又 可 为 多 向 活 动 支 座 和 单 向 活 动 支 座 。 常 用 盆 式 橡 胶 支 座 的 构 造 是 由 上 支 座 板 不 锈 钢 板 、 聚 四 氟 乙 烯(PTFE)板 、 圆 钢 盆 、 橡 胶 板 、 紧 箍 圈 、 防 水 圈 和 下 支 座 板 等 组 成 。 盆 式 橡 胶 支 座 具 有 很 大 的 承 载 能 力 ， 水 平 位 移 量 大 ， 摩 擦 系 数 小 ,支 座建 筑 高 度 低 ， 节 省 钢 材 。 在 同 样 的 载 重 下 ,它 的 体 积 (高 度 )和 重 量 不 到 钢 支 座 的 1/10； 而 且 ，它 在 纵 向 及 横 向 均 可 转 动 和 移 动 ,在 功 能 上 优 于 钢 支 座 、 能 满 足 宽 桥 对 支座 横 向 也 要 能 转 动 及 伸 缩 的 要 求 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 49 G PZ和 TPZ盆 式 橡 胶 支 座 实 物 照 片 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 50 盆 式 橡 胶 支 座 构 造 要 点 1.钢 盆2.承 压 橡 胶 板3.钢 衬 板4.聚 四 氟 乙 烯 板5.上 支 座 板6.不 锈 钢 滑 板7.钢 紧 箍 圈8.密 封 胶 圈 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 51 多 向 活 动 支 座 （ DX） 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 52 纵 向 活 动 支 座 （ ZX） 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 53 固 定 支 座 （ GD） 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 54 QGZ球 型 钢 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 55 QGZ 球 型 钢 支 座 下 一 节 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 56 第 三 节 支 座 的 设 计 与 计 算l.支 座 受 力 与 变 位 分 析 2.板 式 橡 胶 钢 支 座 的 设 计 与 计 算 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 57 l.支 座 受 力 与 变 位 分 析 (l)受 力 分 析 (2)位 移 分 析 在 进 行 桥 梁 支 座 的 设 计 时 ， 首 先 必 须 求 得 每 个 支 座 上所 承 受 的 竖 向 力 和 水 平 力 以 及 需 适 应 的 位 移 和 转 角 。 然 后 ，根 据 它 们 来 选 定 支 座 的 各 部 尺 寸 并 进 行 强 度 、 稳 定 等 各 项验 算 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 58 作 用 于 支 座 上 的 竖 向 力 有 结 构 自 重 的 反 力 、 活 载 的支 点 反 力 及 其 影 响 力 。 在 计 算 活 载 的 支 点 反 力 时 ， 要 按 照 最 不 利 位 置 加 载 ，并 计 入 冲 击 效 应 。 当 支 座 可 能 会 出 现 上 拔 力 (负 反 力 )时 ，应 分 别 计 算 支 座 的 最 大 竖 向 力 和 最 大 上 拔 力 。 例 如 ， 当 连 续 梁 边 跨 较 小 而 中 跨 较 大 时 ， 或 桥 跨 结 构承 受 较 大 的 横 向 风 力 时 ， 支 座 锚 栓 会 受 到 负 反 力 作 用 。 (l)受 力 分 析 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 59 作 用 于 支 座 上 的 水 平 力 包 括 纵 向 水 平 力 和 横 向 水 平 力 。 正 交 直 线 桥 梁 的 支 座 ， 一 般 仅 需 计 算 纵 向 水 平 力 。 对 斜 桥 和 弯 桥 还 需 要 计 算 离 心 力 或 风 力 所 产 生 的 横 向水 平 力 ； 对 铁 路 桥 梁 ， 还 需 要 计 算 由 列 车 横 向 摇 摆 力 所 产 生 的 横向 水 平 力 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 60 支 座 上 的 纵 向 水 平 力 ， 包 括 由 列 车 或 汽 车 荷 载 的 制 动力 (牵 引 力 )、 风 力 、 支 座 摩 阻 力 或 温 度 变 化 支 座 变 形 所 引起 的 水 平 力 以 及 其 它 原 因 如 桥 梁 纵 坡 产 生 的 水 平 力 。 列 车 或 汽 车 的 制 动 力 (牵 引 力 )应 分 别 按 照 铁 桥 规 与 公 桥 规 的 要 求 确 定 ， 制 动 力 在 各 支 座 上 的 分 配 亦 应按 各 自 规 范 计 算 。 位 于 地 震 区 的 桥 梁 支 座 的 设 计 计 算 ,应 根 据 设 计 的 地震 烈 度 ， 按 铁 路 或 公 路 抗 震 设 计 规 范 的 规 定 进 行 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 61 支 座 的 水 平 位 移 包 括 纵 向 位 移 和 横 向 位 移 。 支 座 纵 向 位 移 有 温 度 伸 缩 位 移 、 混 凝 土 收 缩 徐 变 变 位 、活 载 作 用 下 梁 体 下 翼 缘 伸 长 、 下 部 结 构 的 位 移 等 ; 支 座 横 向 位 移 有 温 度 、 混 凝 土 收 缩 徐 变 变 位 、 下 部 结 构横 向 位 移 、 斜 桥 和 弯 桥 荷 载 引 起 的 横 向 变 位 等 。 支 座 沿 纵 向 的 转 角 有 结 构 自 重 和 活 载 产 生 的 的 梁 端 转 角 、 混 凝 土 收 缩 徐 变 产 生 的 梁 端 转 角 因 下 部 结 构 变 位 产 生 的 梁端 转 角 等 。 把 以 上 各 项 支 座 反 力 和 变 位 的 计 算 结 果 按 桥 规 的 规 定 进行 组 合 ， 就 可 为 支 座 的 设 计 提 供 了 计 算 数 据 。 (2) 位 移 分 析 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 62 2.板 式 橡 胶 钢 支 座 的 设 计 与 计 算（ 1） 确 定 平 面 尺 寸 a、 b（ 2） 确 定 厚 度 h（ 3） 验 算 支 座 受 压 偏 转 情 况 （ 计 算 支 转角 ， 验 算 支 座 不 脱 空 条 件 ）（ 4） 验 算 支 座 的 抗 滑 性 能 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 63 （ 1） 确 定 支 座 的 平 面 尺 寸 a b由 橡 胶 板 的 抗 压 强 度 和 梁 部 或 墩 台 顶 砼 的局 部 承 压 强 度 确 定对 橡 胶 板 ：A橡 胶 支 座 平 面 面 积 ， 矩 形 支 座 为 axb； 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 64 项 目 指 标 项 目 指 标极 限 抗 压 强度 （ MPa） 70 橡 胶 片 容 许 剪 切正 切 值 不 计 制 动 力0.5计 制 动 力 0.7抗 压 弹 性 模量 Ee （ MPa） 5.4GeS2 支 座 与 混 凝 土 表面 摩 擦 系 数 0.3抗 剪 弹 性 模量 Ge（ MPa） 1.0 支 座 与 钢 板 摩 擦系 数 0.2 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 65 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 66 （ 2） 确 定 厚 度 h 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 ， 依 靠 全 部 橡 胶 片 的 剪 切 变 形 t来 实 现 , 与t的 关 系 为 ： tgttg 由有 tgt 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 67t a h 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 68 tan 橡 胶 片 容 许 剪 切 角 的 正 切 值 ， 按 桥 规 规 定 取 值 ， 根据 是 否 计 入 活 载 制 动 力 而 取 不 同 值 ；式 中荷 载 、 温 度 变 化 等 所 引 起 的 支 座 顶 底 相 对 水 平 位 移 。 t确 定 后 ， 再 加 上 加 劲 薄 钢 板 的 总 厚 度 ， 即 为 橡 胶 支 座 的 厚 度 h。 铁 路 和 公 路 还 分 别 要 求 h或 t不 大 于 0.2a（ 支 座 短 边 长 度 ） ，以 保 证 支 座 的 稳 定 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 69 （ 3） 验 算 支 座 偏 转 情 况 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 70 2s1s N h 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 71 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 72 （ 4） 验 算 支 座 的 抗 滑 移 稳 定 性 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 73 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 74 例 7.1 已 知 ： 计 算 跨 径 19.5m， 梁 长 L=19.96m。 计 算 温 差为 36 ， 安 全 设 计 等 级 取 二 级 。 边 主 梁 人 群 最 大 支 点 反力 17.7KN， 车 道 集 中 荷 载 最 大 支 点 反 力 110.70KN，车 道 均 布 荷 载 最 大 支 点 反 力 44.5KN， 恒 载 支 点 反 力 标准 值 =157.00KN。 假 设 梁 的 抗 弯 刚 度B=0.19877 107KN/m2。确 定 ： 支 座 的 型 号 和 规 格 。 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 75 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 76 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 77 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 78 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 79 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 80 球 冠 圆 板 式 橡 胶 支 座 2021-4-23 第 7章 桥 梁 支 座 81