《橋梁支座》課件

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1、第八章 橋梁的支座,支座的作用和要求 支座的布置 支座的類型與構(gòu)造 支座的設(shè)計(jì)與計(jì)算,支座的作用： 1.把上部結(jié)構(gòu)的各種荷載傳遞到墩臺(tái)上； 2.適應(yīng)活載、溫度變化、混凝土收縮與徐變等因素所產(chǎn)生的變位（位移和轉(zhuǎn)角）； 3.使上、下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況符合設(shè)計(jì)的計(jì)算圖式。,第一節(jié) 概述,按受力特性分類： 固定支座：傳遞豎向力，允許上部結(jié)構(gòu)在支座處能自由轉(zhuǎn)動(dòng)但不能水平移動(dòng)。 活動(dòng)支座： 多向活動(dòng)支座（縱向、橫向均可自由移動(dòng)） 單向活動(dòng)支座（僅一個(gè)方向可自由移動(dòng)）,1、簡(jiǎn)支、懸臂梁橋：一端固定，另一端活動(dòng)。 固定支座的布置原則： 橋跨結(jié)構(gòu)：使梁的下緣在制動(dòng)力的作用下受壓，例如布置在行車方向的前方。 橋

2、墩：使制動(dòng)力的方向指向橋墩中心，使墩頂圬工在制動(dòng)力作用下受壓而不受拉。 橋臺(tái)：使制動(dòng)力的方向指向堤岸，使墩臺(tái)頂部圬工受壓，并能平衡一部分臺(tái)后土壓力。,支座的布置,2、連續(xù)梁橋 每聯(lián)只設(shè)一個(gè)固定支座。 為避免梁的活動(dòng)端伸縮縫過(guò)大，固定支座宜置于每聯(lián)的中間支點(diǎn)上。 若墩身較高，則應(yīng)考慮避開(kāi)，或采取特殊措施，以避免墩身承受水平力過(guò)大。,說(shuō)明：1、固定、活動(dòng)支座的布置應(yīng)以有利于墩臺(tái)傳遞縱向水平力為原則。,2、寬橋、彎橋、震區(qū)橋 3、拉壓支座,平坡時(shí)，固定支座宜設(shè)在主要行車方向的前端。,第二節(jié) 支座的類型和構(gòu)造,支座通常用鋼，橡膠等材料來(lái)制造主要類型：,簡(jiǎn)易支座,弧形鋼板支座,橡膠支座,,板式橡膠支座

3、盆式橡膠支座,,應(yīng)根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的跨徑、支點(diǎn)反力的大小、梁體的變形程度等因素來(lái)選取支座類型。,,中小跨度公路橋一般采用板式橡膠支座,大跨度連續(xù)梁橋一般采用盆式橡膠支座,鐵路橋采用鋼支座,一、簡(jiǎn)易支座 采用幾層油毛氈或石棉制成，壓實(shí)后的厚度不小于1cm，可用于跨徑小于10m的板梁橋。 在支座部位的梁端和墩臺(tái)頂面布設(shè)鋼筋網(wǎng)加強(qiáng)。,二、弧形鋼板支座,靠鋼部件的滾動(dòng)、搖動(dòng)和滑動(dòng)來(lái)完成支座的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的。 承載能力強(qiáng)，能適應(yīng)橋梁的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，目前仍廣泛應(yīng)用于鐵路橋梁。,適用范圍：跨徑1020m 構(gòu)造特點(diǎn)：由上下墊板所組成，下墊板頂面切剝成圓柱體。固定支座需在上墊板上做齒槽（或銷孔），在下墊板

4、上焊以齒板（或銷釘），安裝后使齒板嵌入齒槽(或銷釘伸入銷孔)，以保證上下墊板之間不發(fā)生相對(duì)水平位移 常用：鑄鋼支座、特種鋼支座。,三、擺柱式支座、混凝土鉸,構(gòu)造簡(jiǎn)單、加工方便、節(jié)省鋼材、造價(jià)低、結(jié)構(gòu)高度小、安裝方便 適應(yīng)任意方向的變形（寬橋、曲線橋和斜橋） 橡膠的彈性能消減上、下部結(jié)構(gòu)所受的動(dòng)力作用，對(duì)于抗震十分有利。,四、橡膠支座,1、板式橡膠支座,,適用條件：30m以下中、小 橋梁最常用的支座形式之一， 主要用于混凝土梁 變位機(jī)理：不均勻壓縮實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)角變位；剪切變形實(shí)現(xiàn)水平位移。,說(shuō)明：板式橡膠支座無(wú)固定與活動(dòng)之分,可采用高度不同 的橡膠板來(lái)調(diào)節(jié)各支座傳遞的水平力和位移,目前常用板式橡膠

5、支座 材料選用：氯丁橡膠（-2560） 天然膠（-3560） 三元乙丙膠（-4060） （1）無(wú)加勁層的純橡膠支座 一層純橡膠，承載能力小，只用于小跨徑橋,有加勁層的板式橡膠支座 用薄鋼板或鋼絲網(wǎng)作加勁層，國(guó)內(nèi) 定形產(chǎn)品規(guī)格很多，參見(jiàn)公路橋 梁板式橡膠支座(JT/T4-93) 支承反力：10010000kN， 厚度：14mm（兩層鋼板）開(kāi)始 形狀：矩形、圓形（斜橋或圓柱形墩）,根據(jù)試驗(yàn)分析，橡膠壓縮彈性模量E、容許壓應(yīng)力和容許剪切角tgr的數(shù)值，均與支座的形狀系數(shù)S有關(guān)。形狀系數(shù)為橡膠支座的承壓面積與自由表面積之比，矩形支座為：,式中： a 順橋方向橡膠支座的長(zhǎng)度； b

6、 橫橋方向橡膠支座的寬度； t 中間橡膠層的厚度。,,為滿足橡膠的容許壓應(yīng)力和使支座能適應(yīng)梁端轉(zhuǎn)動(dòng)的要求，支座的長(zhǎng)度a與寬度b之比取決于主梁下的有效寬度及所需的剪切角 。一般應(yīng)充分利用有效寬度b，而盡可能減小a的尺寸，以降低轉(zhuǎn)動(dòng)阻抗力矩（它與a5成正比）。根據(jù)支座穩(wěn)定的要求，支座的總厚度不得大于平面最小尺寸的30%。,2、聚四氟乙烯滑板式橡膠支座活動(dòng)支座,構(gòu)造：普通板式橡膠支座+聚四氟乙烯板（24mm）梁 底設(shè)不銹鋼板（f=0.06 ） 適用：較大跨度簡(jiǎn)支梁橋、橋面連續(xù)的橋梁和連續(xù)梁橋； 頂推施工滑板,3、球冠圓板式橡膠支座改進(jìn)的圓板式橡膠支座,純橡膠制成球型表面（hmax=410mm）分

7、為 球冠圓板式橡膠支座和球冠圓板式四氟乙烯橡膠支座,坡型板式橡膠支座,其它類型板式橡膠支座,鉛芯橡膠支座,4、橋梁盆式橡膠支座,盆式橡膠支座是鋼構(gòu)件與橡膠組合而成的新型橋梁支座。具有承載能力大、水平位移量大、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活等特點(diǎn)，適用于支座承載力為1000KN以上的大跨徑橋梁。 盆式橡膠支座分固定支座與活動(dòng)支座?；顒?dòng)盆式橡膠支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承壓橡膠塊、橡膠密封圈、中間支座板、鋼緊箍圈、下支座板以及上下支座連接板組成。組合上、中支座板構(gòu)造或利用上下支座連接板即可形成固定支座。,盆式橡膠支座,盆式橡膠支座構(gòu)構(gòu)造要點(diǎn),1.鋼盆 2.承壓橡膠板 3.鋼襯板 4.聚四氟乙烯板 5.上支座板 6.

8、不銹鋼滑板 7.鋼緊箍圈 8.密封膠圈,固定與滑動(dòng)盆式橡膠支座,多向活動(dòng)支座（DX）,縱向活動(dòng)支座（ZX）,固定支座（GD）,5、其它支座,QGZ球型鋼支座,QGZ 球型鋼支座,四、成品盆式橡膠支座的選配 、成品盆式橡膠支座的系列 成品盆式橡膠支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我國(guó)交通部中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座；TPZ-1則表示我國(guó)鐵道部科學(xué)研究院設(shè)計(jì)的系列盆式橡膠支座。另外，還有其它科研院所設(shè)計(jì)的類同系列的盆式橡膠支座。這些系列支座，適用于各類橋梁及類似受力與變形特性的工程結(jié)構(gòu)，并非有明確的公路、鐵路或其它工程結(jié)構(gòu)之分。各種系列的盆式橡膠支座噸位

9、一般從1000起至50000，最多分為近40個(gè)級(jí)；并以DX、SX、GD分別表示單向 、雙向活動(dòng)支座及固定支座，而GDZ則為抗震型固定支座的代號(hào)。,、成品盆式橡膠支座的地區(qū)適用性 成品盆式橡膠支座的適用地區(qū)應(yīng)考慮溫度和地震兩個(gè)因素。以確定適配常溫型或耐寒型支座和采用何種震型支座或抗震措施。,3、各種類型成品盆式橡膠支座的合理選配 盆式橡膠支座能否適用于所設(shè)計(jì)的橋梁，當(dāng)然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(lái)說(shuō)，GPZ、TPZ-1等系列的支座對(duì)這兩個(gè)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(jì)。轉(zhuǎn)角特大，可采用球型支座。,關(guān)于在橋梁設(shè)計(jì)中支座

10、如何合理選用問(wèn)題，即究竟選用何種類型的支座，則需根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)圖式的要求決定。當(dāng)然，在一般情況下，固定端選用固定支座，活動(dòng)端選用活動(dòng)支座。但若橫橋向伸縮值不容忽視的時(shí)候，結(jié)構(gòu)圖式的固定端就不能單一采用GD類型的支座。這是由于現(xiàn)代橋梁的橋面越來(lái)越寬，超過(guò)20米已屢見(jiàn)不鮮，這時(shí)由溫度等因素引起的橫橋向伸、縮量便不可忽略了，有的可達(dá)到中等跨徑橋梁縱向的伸縮量。為保證梁不發(fā)生縱向位移，又能滿足多梁式寬橋的橫橋向位移，這時(shí)可將單方向活動(dòng)支座轉(zhuǎn)過(guò)90橫置梁下(如圖2-7-9)，使其順橋向起固定支座的作用下，而橫橋向則起活動(dòng)支座的作用。,4、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

11、據(jù)橋梁恒載、活載的支點(diǎn)反力之和及墩臺(tái)上設(shè)置的支座數(shù)目來(lái)計(jì)算。合適的支座一般為：最大反力不超過(guò)支座容許承載力的5%，最小反力不低于容許承載力的80%。規(guī)定最小反力的目的是保證支座具有良好的滑移性能，因?yàn)榫鬯姆蚁┌宓哪ゲ料禂?shù)與壓力成反比，如果低于規(guī)定的數(shù)值，則磨擦系數(shù)將會(huì)增大。,支座選配時(shí)，一般不必過(guò)多擔(dān)心支座的安全儲(chǔ)備，比如計(jì)算得到一個(gè)支座的最大反力為4100，最小反力為3700，那就選用承載力為4000的支座，這是因?yàn)?000支座的允許支反力變化范圍是32004200 ，不要從更安全的角度考慮加大支座的承載力而選用5000的支座。因?yàn)?000支座最低合適的承載力是4000，而最小支反力370

12、0已小于此值，故不適宜選用。雖然我們規(guī)定最大反力，不超過(guò)容許承載力的5%，但支座實(shí)際的安全系數(shù)一般在5以上。,第三節(jié)、支座計(jì)算,一、支座受力特點(diǎn) 作用在支座上的豎向力有結(jié)構(gòu)自重的反力。在計(jì)算汽車荷載支座反力 時(shí)，應(yīng)計(jì)入沖擊影響力。當(dāng)支座可能出現(xiàn)上拔力時(shí)，應(yīng)分別計(jì)算支座 的最大豎向力和最大上拔力。 直線橋梁的支座，一般僅需計(jì)入縱向水平力。斜橋和彎橋的支座，還需要考慮由于汽車荷載的離心力或其它原因如風(fēng)力等產(chǎn)生的橫向水平力。,汽車荷載產(chǎn)生的制動(dòng)力，應(yīng)按照公路橋涵設(shè)計(jì)規(guī)范要求，根據(jù)車道數(shù) 確定。剛性墩臺(tái)各種支座傳遞的制動(dòng)力，按規(guī)范中的規(guī)定采用。其中，規(guī)定每個(gè)活動(dòng)支座傳遞的制動(dòng)力不得大于其摩阻力；當(dāng)采用

13、厚度相等的板式橡膠支座時(shí)，制動(dòng)力可平均分配至各支座。 對(duì)于梁橋，地震地區(qū)橋梁支座的外力計(jì)算，應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)的地震烈度，按的規(guī)定進(jìn)行計(jì)算和組合。,二、板式橡膠支座的設(shè)計(jì)計(jì)算,（一）支座尺寸確定,根據(jù)橡膠支座和支承墊石混凝土的壓應(yīng)力不超過(guò)它們相應(yīng)容許承壓應(yīng)力的要求，確定支座平面面積。在一般情況下，面積由橡膠支座控制設(shè)計(jì)：,支座平面尺寸,對(duì)于橡膠板,對(duì)于混凝土,支座高度,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t來(lái)實(shí)現(xiàn), 與t的關(guān)系為：,,,,a,h,,由,有,,,--橡膠片容許剪切角的正切，可取用0.50.7，不計(jì)活載制動(dòng)力時(shí)用0.5；計(jì)及活載制動(dòng)力時(shí)取用0.7

14、，則上式可寫(xiě)成：,,,,,,--由上部結(jié)構(gòu)溫度變化、橋面縱坡等因素，引起支座頂面相對(duì)于底面的水平位移。當(dāng)跨徑為L(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁橋兩端采用等厚橡膠支座時(shí)，因溫度變化每個(gè)支座承擔(dān)的水平位移可取簡(jiǎn)支梁向溫變變形的一半，,,--活載制動(dòng)力在一個(gè)支座上的水平力；,--由制動(dòng)力引起在支座頂面相對(duì)于 底面的水平位移，可按下式計(jì)算,A -- 橡膠支座的面積。,G -- 橡膠的剪切模量，,橋規(guī)規(guī)定：,（二）支座偏轉(zhuǎn)與平均壓縮變形驗(yàn)算,主梁受荷撓曲時(shí)，梁端將產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)角為 (如下圖)，但不允許其與支座間產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。梁端轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，支座就受到一個(gè)偏心豎向力的作用，表面將產(chǎn)生不均勻的壓縮變形，一端為 另一端為 ，其平均壓縮 變

15、形 ，根據(jù)下式計(jì)算,,式中： E--橡膠支座的彈性模量。 當(dāng)無(wú)試驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，可查閱，其值與支座的形狀系數(shù)有關(guān)，也可按下式計(jì)算,,,,,所以 橋規(guī)規(guī)定：,,,（三）支座抗滑性驗(yàn)算,橡膠支座一般直接擱置在墩臺(tái)與梁底之間，在它受到梁體傳來(lái)的水平力后，應(yīng)保證支座不滑動(dòng)，亦即支座與混凝土之間要有足夠大的摩阻力來(lái)抵抗水平力，故應(yīng)滿足下式：,無(wú)活載作用時(shí),有活載作用時(shí),--活載制動(dòng)力分在一個(gè)支座上的水平力；溫度變化等因素分在一個(gè)支座上的水平力。,式中,-- 在上部結(jié)構(gòu)重力作用下的支座反力；,--與計(jì)算制動(dòng)力相應(yīng)的汽車活載產(chǎn)生的最小支座反力； --橡膠支座與混凝土表面的摩阻系數(shù)采用0.3,--與計(jì)算制動(dòng)

16、力相應(yīng)的汽車活載產(chǎn)生的最小支座反力；橡膠支座與混凝土表面的摩阻系數(shù)采用0.3；與鋼板的摩阻系數(shù)采用0.2；,（四）成品板式橡膠支座的選配 成品的板式橡膠支座早已形成系列，故在一般情況下，沒(méi)有必要自行設(shè)計(jì)支座，只需根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)成品支座的目錄，選配合適的產(chǎn)品。 我國(guó)交通部頒布的成品板式橡膠支座代號(hào)表示方法，按交通部JT標(biāo)準(zhǔn)第5.1條有這樣幾項(xiàng)代碼組成：名稱、型式、規(guī)格及膠種。如GJZ30040047(CR)，表示公路橋梁矩形、平面尺寸300400、厚度為47的氯丁橡膠支座；又如GYZF430054(NR)，表示公路橋梁圓形、直徑300、厚度為54、帶聚四氟乙烯滑板的天然橡膠支座。另外，除常用支座外，還有一些特制支座，如同濟(jì)大學(xué)橋梁工程系研制的球冠支座、抗震支座等。,