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臺灣高速公路橋梁橡膠支座的性能與應用及更換方法

　　橋梁橡膠支座是橋梁結構連接上、下部結構"關節"。其作用重大,但由于支座設計選型不佳、年久失養、橡膠支座本身老化、鋼板支座銹蝕等原因造成支座失效,導致結構受力體系發生變化。部分支座失效已直接影響到橋梁上部結構安全,需要立即更換。高速公路交通十分繁忙,支座更換必須在不影響交通、不破壞橋梁本身結構的情況下來對老支座進行更換,使之恢復原有功能。本文針對高速公路一座簡直梁橋采用同步頂升的工法進行支座更換工作中采用的主要施工方法和措施進行介紹,以期對類似橋梁的養護工作具有拋磚引玉的意義。

　　在梁式橋中，支座設置在橋梁的上部結構于墩臺之間，其作用是將橋跨結構上的各種荷載傳遞到墩臺，同時保證橋跨結構所要求的位移和轉動，使上、下部結構的實際受力情況與計算的理論圖式相符合，橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要構件，關系重大，一旦出現病害，將影響到上下部結構的使用壽命和交通安全，因此對橋梁支座的性能有所了解，并合理選用。

　　一、橋梁支座選擇

　　1、橋梁橡膠支座

　　橋梁橡膠支座是橋跨結構的支承部分，其將橋跨結構上的荷載通過支座傳遞給墩臺。支座的作用主要表現在以下三個方面：使反力明確地作用到墩臺的指定位置，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;保證橋跨結構在支點按計算圖式所規定的條件變形;保證橋跨結構在墩臺上的位置充分固定，不致滑落。

　　2、橋梁橡膠支座分類��

　　結構型式：球型支座、盆式橡膠支座、板式橡膠支座、鉸軸支座、轉體球鉸等。

　　使用功能：普通支座、抗震支座、減隔震支座、拉壓支座、抗風支座等。

　　使用環境：普通環境用支座、低溫用支座和耐蝕支座。

　　3、橋梁橡膠支座的適用

　　橋梁橡膠支座產品，主要應用于鐵路橋梁、公路橋梁、城市立交橋、高架橋等項目中，也可用于大型建筑結構中。在不同類型的橋梁中，設計院一般按照橋梁的結構型式、橋梁上部結構的反力及變形大小、設置支座的位置及大小、橋梁上部行車的類型(火車或汽車)、橋梁所處地震區域、橋梁所處的環境情況來選取適當的橋梁支座產品。

　　(1)、公路橋梁對于高速公路橋梁和一些小型公路橋梁，由于其跨徑小、上部結構的反力及變形小，一般選用板式橡膠支座產品。對于跨公路、跨鐵路、跨江河、跨海的橋梁，由于其跨徑較大、上部結構的反力及變形大，一般選用盆式橡膠支座或球型支座產品。

　　(2)、橋梁設計為保證其規范性，一般采用專圖形式進行設計，各設計院在設計中直接根據實際情況進行選圖設計。目前形成專圖的支座產品主要有鑄鋼支座(包括搖軸、輥軸和鉸軸支座)、盆式橡膠支座、柱面支座和球型支座等。球型支座由于其承載力高、傳力均勻、耐久性好等特點，多用于連續梁及有特殊要求的橋梁設計中，現也開始逐步取代盆式橡膠支座使用于簡支梁橋中。

　　(3)、其它特殊支座選用

　　對于處于地震帶上的公路、鐵路橋梁，為減小地震災害，現多選用抗震支座或減隔震支座產品。對于上部結構存在向上的反力的橋梁，一般選用拉壓支座。對于懸索橋、斜拉橋等存在漂浮結構的橋梁，在梁體橫向一般需要選用抗風支座產品。對于沿海及跨海橋梁，為保證支座使用壽命，則多選用耐蝕支座產品(一般為耐蝕球型支座)。對于跨鐵路、高山跨峽谷的橋梁，為了不干擾鐵路運行和減小施工難度，多選用轉體法施工，因此多選用轉體球鉸產品。對于在高緯度地區低溫環境，為保證鋼材應力，多選用低溫用支座(型號后加注“F”)。

　　二、鉛銷橡膠支座的力學性能

　　1、鉛銷橡膠支座的靜力特性

　　橋梁是露天結構物，采用的鉛銷橡膠支座在材料、功能上應能夠長期穩定，因此鉛銷橡膠支座應具有以下靜力特性。

　　(1)、豎向承在能力

　　鉛銷橡膠支座一般需要較大變位來充分發揮減震耗能作用，豎向承載能力應根據《標準》中普通板式橡膠支座豎向承載力的規定按照相同或更安全的原則從平面尺寸的系列規格中選取。

　　(2)、平時水平荷載抵抗能力

　　地震的隨機性、偶然性和不確定性，使鉛銷橡膠支座的屈服荷載應由設計來確定，使其大于平時作用于上部結構的風、制動力等水平力之和，地震發生時，保證其可以產生大的變位。

　　(3)、徐變壓縮量

　　在上部結構恒載豎向力的持久作用下，鉛銷橡膠支座的橡膠隔離體會產生徐變變形而使上部結構下沉造成路面不平。減震設計中，應使鉛銷橡膠支座在豎向荷載作用下的徐變量控制在合理范圍內。

　　2、鉛銷橡膠支座的動力特性

　　鉛銷橡膠支座在地震發生時將受到地震力的往復作用，因此支座在地震產生的反復荷載作用下應具有以下動力特性：

　　(1)、合適的剛度和阻尼

　　鉛銷橡膠支座的等價剛度和等價阻尼常數決定其最終的減震效果，鉛銷橡膠支座的等價剛度與阻尼常數的平均值與設計值的差應在4-10%的范圍內，確保橋梁上部結構的加速度、變位等的變化幅度在使用中不會產生問題。

　　(2)、承受大震作用的能力

　　鉛銷橡膠支座在50次連續的正負反復荷載作用、剪切變位為有效設計變位的情況下，性能必須穩定，支座不得損壞。

　　(3)、正的切線剛度

　　鉛銷橡膠支座應具有正的切線剛度。即使在大的地震發生時，支座的響應進入了非線性區域而產生了大的變位也要求鉛銷橡膠支座具有正的切線剛度。

　　三、不中斷交通更換橋梁支座技術的應用

　　1、技術原理

　　不中斷交通更換橋梁支座的頂升高度不宜超過5mm，一般采用一組相同型號的千斤頂并聯在一起，用同一油泵供油，并在每臺千斤頂上設電磁控制閥，用電腦精確控制每臺千斤頂的供油量，實現同步頂升。因頂升高度較小，同時為了方面施工，多采用扁型千斤頂。

　　為解決在頂升過程中出現千斤頂漏油現象而上部結構橫向聯系受力不利的狀況，要求千斤頂具有自鎖功能，自鎖后由自鎖裝置替代活塞受力，避免梁體頂升不同步引起橫向聯系的損壞。

　　2、技術要點

　　(1)安裝千斤頂

　　頂升前先計算出橋梁上部結構的重量和重心位置，確定需要的千斤頂數量和噸位。為了安全起見，施工中千斤頂頂升力要大于上部衡載×1.1及活載×1.3之和的2倍以上。為使千斤頂合力中心與橋梁上部構造合力中心重合，上部結構受力又小，在放置千斤頂時應盡可能靠近支座安裝，但要避免對支座更換造成影響。為使頂升時受力垂直向上，千斤頂底面一定要水平，并且使千斤頂上加墊的鋼板及橡膠板與橫隔梁緊密接觸。

　　(2)千斤頂上下接觸面處理

　　蓋梁上部或梁(板)底面得混凝土表面要采用角磨機進行打磨找平，并通過水平尺檢查平整度，對于梁(板)底面與蓋梁間間隙小，向上鑿除(或角磨機打磨)找平操作困難，且上部構造梁(板)底面受力鋼筋布置較密、保護層較薄，鑿除會損傷受力鋼筋的情況，可僅鑿除(或打磨)表面局部凸出的混凝土，然后用楔形鋼板調平。千斤頂活塞面積較小，為防止梁(板)因局部承壓過高而損壞，應通過加墊多層鋼板，增加有效承壓面積分散局部壓力，并進行局部承壓驗算。

　　(3)上部結構與蓋梁間連接的處理

　　由于施工偏差或錯誤，梁(板)與蓋梁間可能存在不應有的連接，這些不應有連接的存在，一是增加了頂起時的頂升力，二是頂升時損壞構件，危及橋梁安全，在頂升前應仔細檢查，解除這些連接。

　　(4)測量儀器

　　梁(板)的頂升高度可用長標距游標卡尺或大量程百分表測量，每個千斤頂除至少布置一個測點。千斤頂頂升力與油壓成正比關系，測得了油壓，就可換算出千斤頂的頂升力，因各千斤頂之間并聯，油管長度相等，液壓油的管道阻力基本相同，分配到各千斤頂油缸的油壓也近相等，因此，可僅在油泵設一塊油表測量油壓。

　　結束語

　　運輸業的發展和橋梁技術的提高對鐵路橋梁整體性能提出了更高要求，而影響橋梁整體質量的一個關鍵因素便是橋梁支座。目前鐵路橋梁的使用壽命達不到到設計的使用壽命，橋梁的失效從橋梁支座的失效開始，因此加強橋梁支座的施工管理，從支座的選擇、安裝、養護、更換進行質量控制，具有極為重要的意義。