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臺灣橋梁橡膠支座各項指標研究分析

　　橋梁橡膠支座是橋梁組成韻重要構件。橋梁支座的損壞會造成梁體損壞,會造成梁體的開裂及損壞,影響使用壽命,造成安全隱患。從而導致重大的交通事故。本文利用PLINT摩擦磨損試驗機對1Cr18Ni9Ti/PTFE材料和1Cr18Ni9Ti/UHMW-PE材料進行了摩擦磨損性能試驗研究。結合光學顯微鏡(OM)、激光共聚焦掃描顯微鏡(LCSM)和掃描電子顯微鏡(SEM)等對試樣進行磨損形貌分析。詳細地研究了接觸壓力、滑移速度、有無潤滑介質等試驗參數對材料摩擦磨損性能的影響,試驗結果表明:小位移情況:正壓應力是影響聚四氟乙烯和不銹鋼微動摩擦磨損性能的主要因素。有潤滑脂條件下,平均滑移速度對摩擦系數影響很大,增加平均滑移速度有利于潤滑脂膜形成,從而降低摩擦系數。大位移無潤滑條件下:兩種材料均是隨著壓應力的增大,摩擦系數減小。UHMW-PE的摩擦系數比PTFE摩擦系數要高0.03～0.045左右。無潤滑條件下,UHMW-PE沒有磨損量,PTFE有磨損量。PTFE的磨損量隨著壓應力增加而增加。無潤滑條件下,兩種材料的摩擦系數隨著平均滑移速度的增大而增大。UHMW-PE的摩擦系數比PTFE摩擦系數要高0.04左右。無潤滑條件下,PTFE的磨損量隨著平均滑移速度的增加而增加。大位移有潤滑條件下:兩種材料均是隨著壓應力的增大,摩擦系數減小。兩種材料的摩擦系數相近,UHMW-PE的摩擦系數比PTFE摩擦系數僅高0.005左右。有潤滑條件下,兩種材料的摩擦系數隨著平均滑移速度的增大而減小。UHMW-PE的摩擦系數比PTFE摩擦系數要高0.005～0.012左右,平均滑移速度越大摩擦系數相差越小。

　　隨著我國橋梁工程建設取得了快速發展，橋梁最大跨度在不斷被刷新，橋梁支座噸位也隨之節節攀升。在橋梁結構中，橋梁支座起著重要作用。支座是橋梁上、下部結構的連接點，其作用是將上部結構的荷載舒適、安全地傳遞到橋梁墩臺上去，同時保證上部結構在荷載、溫度變化、混凝土收縮徐變等因素作用下的自由變形。因此，做好橋梁支座的設計，仍然具有重要的現實意義。 二、橋梁支座的作用和種類 支座是橋跨結構的支撐部分，其設置在梁板式體系中主梁與墩臺之間，作用是將橋跨結構的荷載反力傳遞到墩臺上，并將集中反力擴散到一個足夠大的面積上，以保證墩臺工作的安全可靠;支座也能保證橋跨結構在荷載、溫度變化、混凝土收縮等因素作用下自由地變形，使結構實際受力時情況與結構的受力模型相符;是保證橋跨結構在墩臺上的位置充分固定，使其不至滑落。 根據制作橋梁支座所選用的材料進行分類，有橡膠支座、鋼支座、鉛芯支座。橡膠支座是近年來最常用的橋梁支座，當梁體受到順橋向或橫橋向的水平力時，橡膠支座可以通過剪切形變或者滑板移動實現梁體位移。 根據橋梁支座的結構形式分類，有圓柱面支座、球形支座、板式橡膠支座、輥軸支座、球冠圓板式橡膠支座、盆式橡膠支座以及減震支座等。作為結構部件，支座要承受高壓力，在傳力時，結構要得當，應力不能過度集中，否則傳力會不通暢。 簡支梁橋每一跨的兩端分別設置活動支座和固定支座;簡支梁橋有多個跨時，不能在一個橋墩上布置相鄰兩跨的固定支座，如果個別橋墩較高，可以將相鄰兩跨的活動支座都布置在它上面，以降低水平力;對于板式橡膠支座，并不區分支座類型，每一個支座會均分橋跨結構對墩臺的水平作用力。 連續橋梁施工時，最好將固定支座設置在靠近中間的橋墩上，對于梁的其他橋墩，則設置活動支座，這樣可以保證梁的兩端同時分擔全梁的縱向變形。對于坡橋，施工時應該在標高比較低的墩臺上設置固定支座，而對于懸臂梁橋，其支座的施工方式和簡支梁橋是一樣的。

　　橋梁橡膠支座的合理布置 橋梁的結構體系不同，橋梁的寬度不同，都將影響橋梁支座的布置情況，橋梁支座的布置應該兼顧沿橋方向與垂直于橋梁方向對變形的要求。 對簡支橋梁(裝配式空心板或T形梁橋)，通常做成“浮動體系”，可以選用板式橡膠支座來達到這一目的。為了使所有墩臺平均分擔橋跨結構傳來的水平力，需要把固定支座安裝在橋臺上，每個橋墩上布置一組活動支座，一組固定支座。當遇到高墩時，應盡量減小其所受的水平作用力，而把相鄰兩跨的活動支座都布置在高墩上。 對連續梁橋，通常情況下是這樣的，每一個連續單元中只布置一個固定支座，其他橋墩位置均布置活動支座。有些時候，支座還有可能出現拉力，此時應設置承拉支座。當連續梁與橋墩固定連接時，不需要設置支座，但橋墩的設計要有一定的柔性，以滿足橋梁縱向位移的要求。 對懸臂梁橋，錨固孔主座布置要求一側固定，一側活動。牛腿處的支座可設置一個固定支座和一個活動支座，也可以都做成固定的。 對于斜橋，布置支座時應盡可能使支座允許的位移方向與行車道中線保持一致，以免支座受到過大側向剪力而破壞，或者使橋梁產生過大附加內力而威脅橋梁安全。

　　四、橋梁支座的設計原則 對于任何橋梁設計，支座在橋梁部位始終是水平安裝的。因此，支座的設計受力在理論上也始終假定是均勻的。所以，設計人員在橋梁設計中，選擇支座型號的原則有： 1.能夠承擔在規定橋上最不利荷載作用下是安全的; 2.在偶然荷載作用下是安全的; 3.有變形能力，有一定的抗老化年限; 4.能在一定范圍內考慮施工引起的偏差后，還能正常的工作; 5.滑動支座還要考慮盡可能減小支座與梁板的摩擦系數、最大滑移量等。

　　五、支座設計方法 1.確定支座的尺寸支座尺寸包括支座平面面積與支座高度兩部分數據的確定。支座平面面積可以這樣計算：其中Nmax為最大的支點反力;A為橡膠支座的平面面積;為支座的平均許用應力。支座高度由橡膠高度與鋼板高度兩部分構成，橡膠高度由支座所要提供的剪切變形量(它將決定縱向位移量)來確定，而且要符合規范中要求總高度小于等于支座沿橋縱向長度的1/5的規定。鋼板高度即為約束橡膠片各層薄鋼片的厚度之和。2、驗算支座偏轉與壓縮變形。橋跨結構在支座處會產生轉角，支座通過不均勻壓縮來提供這種轉動能力，同時支座與橋跨結構之間不能有“脫空”現象發生，支座的平均壓縮量越大這種轉動能力就越強，這就要求在轉角一定的條件下，支座要保證一個最小的平均壓縮量△s，△s可以這樣求得：其中，E為橡膠支座的彈性模量;為橡膠層的總高度。此外，規范還規定了支座平均壓縮量的最大值不應超過橡膠總厚的5%。3.驗算支座抗滑 支座要想發揮起作用，必須要保證其處于設計的位置，在水平力作用下在支座與橋跨結構的接觸面上以及支座與墩臺的接觸面上不能出現相對滑動，這種保證來自于支座與混凝土之間要有足夠的摩擦力，摩擦力的大小可以通過壓力與摩擦因數再考慮一定的經驗系數來確定。

　　六、減震隔震支座的設計分析 1.減震隔震支座的設計

　　減隔震支座設計的目的是使地震作用下大部分能量集中于減隔震支座，而降低下部結構所承受的慣性力和延性需求。工程結構抗震減震控制的方法按照是否有外部能源輸人可分為以下五類;①被動控制(無外部能量輸人);②主動控制(有外部能量輸人);③半主動控制(有少量能量輸人);④混合控制(有部分能量輸人);⑤智能控制(有少量能量輸人)。多質點體系地震作用下振動方程為：[M]{X″}+[C]{X′}+[K]{X}=-[M]{I}{Xg″} 其中，[M]、[C]、[K]分別為結構的質量、阻尼、剛度矩陣;{X}、{X′}、{X″}分別為結構反應的位移、速度、加速度矩陣; {Xg″}為地面運動的加速度矩陣。可見，橋梁結構的地震反應與地面運動的加速度、結構的質量、阻尼和剛度有關。與傳統的依賴加大結構構件截面尺寸，增大配筋率，以提高結構剛度的“硬抗”方法相比，按上述思想與方法進行減震隔震設計，較大的節約了工程量，經濟效益顯著。

　　2.防震支座與防護設施的施工為使支座及其防護措施能夠正常使用，發揮減震隔震的作用，支座的施工質量要求較高。依據抗震支座及其防護措施的施工經驗，總結以下施工注意事項:(1)支座頂面要嚴格保持水平。先對墩臺頂面的墊石用砂輪打磨平整，其平整度誤差控制在1mm以內。然后，均勻地鋪厚度相同的環氧樹脂砂漿，放置支座，擰緊螺栓。(2)安裝支座后，應在鋼盆內的位移槽中填塞泡沫或棉絮，以避免梁體施工時，混凝土及雜物落人支座內，最終影響支座的自由位移。臨時支座拆除后，及時將泡沫或棉絮取出。(3)臨時固結支座施工與拆除，勿損害永久支座。尤其拆除，若人工拆除，防止混凝土碎碴和切割鋼筋時碎片等落人支座滑移槽。可采用微膨脹炸藥拆除，方便快捷。

　　七、結束語 綜上所述，要想橋梁的使用能達到所預想的效果，與橋梁支座的設計密不可分，設計中要充分的體現出支座的選取是否合適，支座安放位置是否恰當，能否承擔的荷載，這些都直接關系到橋梁支座的使用壽命。因此，做好橋梁支座的設計工作，意義重大。