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香港公路橡膠支座的要求和橋梁隔震的設(shè)計(jì)

    橋梁隔震設(shè)計(jì)可以加強(qiáng)橋梁抗震性能，但在進(jìn)行隔震設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)遵守以下幾個(gè)基本原則，只有認(rèn)真遵守這些原則，才能有效地、切實(shí)地提高橋梁抗震效能。
    一、橋梁隔震設(shè)計(jì)的基本原則
    1、首先應(yīng)當(dāng)考察橋梁是否適宜采用隔震設(shè)計(jì)，考察應(yīng)當(dāng)以其周期增長(zhǎng)后系統(tǒng)能否有效地提高地震時(shí)能量的吸收，且以這個(gè)為判斷的判據(jù)。對(duì)于不適合進(jìn)行抗震結(jié)構(gòu)的橋梁地段，不能盲目地進(jìn)行施工。
    2、隔震裝置在橋梁設(shè)計(jì)中若被采用，則它的上部結(jié)構(gòu)在地震后會(huì)產(chǎn)生相對(duì)的位移，這將對(duì)橋梁的后期使用和功能產(chǎn)生影響，因此在地震后，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)隔震裝置的修補(bǔ)和完善。
    3、若在橋梁設(shè)計(jì)時(shí)采用了相關(guān)的隔震措施，那么應(yīng)當(dāng)保證橋梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震設(shè)計(jì)所起到的抗震性能的大小。
    4、應(yīng)當(dāng)對(duì)采用隔震措施橋梁附近的地質(zhì)環(huán)境以及橋梁地基進(jìn)行科學(xué)地研究和勘測(cè)，隔震橋梁附近應(yīng)當(dāng)具有較為堅(jiān)實(shí)的地質(zhì)條件。
    5、在采用隔震裝置時(shí)，應(yīng)當(dāng)盡可能地選擇和采用那些結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且同時(shí)符合所需隔震性能的裝置，且應(yīng)當(dāng)保證在其力學(xué)性能的范圍內(nèi)科學(xué)地采用。
    二、隔震裝置的設(shè)計(jì)
    橋梁隔震設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方面分別為隔震裝置的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)其它構(gòu)件的設(shè)計(jì)。其中隔震裝置的設(shè)計(jì)是隔震設(shè)計(jì)的中心。目前，橋梁隔震設(shè)計(jì)中較為普遍采用的方法是彈性反應(yīng)譜法，這種方法被大部分國(guó)家采用，但有不同的規(guī)范，主要有美國(guó)的、日本的和歐洲的規(guī)范，它們之間區(qū)別不大，主要在于計(jì)算公式的不同，這些計(jì)算公式是指隔震裝置等效剛度的計(jì)算和和等效阻尼的計(jì)算，與之相對(duì)比，那些復(fù)雜性強(qiáng)或較為不規(guī)則的橋梁，較為常用的方法是時(shí)程方法。
    彈性反應(yīng)譜方法之所以得到普遍采用，一方面是因?yàn)槭┕�時(shí)計(jì)算的相對(duì)簡(jiǎn)單，另一方面是因?yàn)樗�和現(xiàn)有的規(guī)范計(jì)算方法很接近，這樣便易于接受，最后應(yīng)當(dāng)引起注意的是眾所周知隔震裝置的等效剛度和等效阻尼的計(jì)算是與隔震裝置在地震中的最大變形程度有關(guān)的，繼而隔震裝置的變形又與整個(gè)橋梁的地震響應(yīng)程度有關(guān)系，所以客觀上要求我們對(duì)于采用彈性反應(yīng)譜方法進(jìn)行的隔震設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)是一個(gè)不斷完善和變化的過(guò)程。
    由于在具體的計(jì)算中，對(duì)于目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)和達(dá)到?jīng)]有直接的公式可采用，因此這就要求設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)地震響應(yīng)的程度有較好的掌握和預(yù)估，地震發(fā)生后，較為熟練的工程師可以依據(jù)其長(zhǎng)期工作的經(jīng)驗(yàn)初步地制定設(shè)計(jì)方案，方案完成后，再用一系列的時(shí)程來(lái)分析和驗(yàn)證其設(shè)計(jì)是否合理。
    三、細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)
    橋梁的附屬結(jié)構(gòu)在橋梁的隔震設(shè)計(jì)中同樣發(fā)揮著巨大的作用，這些附屬結(jié)構(gòu)和構(gòu)件主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等，通過(guò)對(duì)諸多震害調(diào)查的分析和動(dòng)力時(shí)程分析我們發(fā)現(xiàn)這些細(xì)部構(gòu)造是影響橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)和隔震效果的重要方面。但當(dāng)前普遍存在的問(wèn)題是大多數(shù)的設(shè)計(jì)人員會(huì)忽略細(xì)部構(gòu)造的設(shè)計(jì)、將其置于次要地位，另外一方面這也是由于在地震響應(yīng)的計(jì)算時(shí)附屬結(jié)構(gòu)的計(jì)算方法較為復(fù)雜造成的。在細(xì)部構(gòu)件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)當(dāng)具有良好的連續(xù)性。

公路橋梁支座的作用和要求
    1、橋梁支座的作用和要求
    位置：橋梁支座設(shè)置于橋梁的上部結(jié)構(gòu)與墩臺(tái)之間。
    作用：是把上部結(jié)構(gòu)的各種荷載傳遞到墩臺(tái)上，并能夠適應(yīng)活載、溫度變化、混凝士收縮與徐變等因素所產(chǎn)生的變位（位移和轉(zhuǎn)角），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。
    分類(lèi)：橋梁支座按其變位的可能性分為固定支座和活動(dòng)支座。其中固定支座傳遞豎向力和水平力，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)支座則只傳遞豎向力，上部結(jié)構(gòu)在支座處既能自由轉(zhuǎn)動(dòng)又能水平移動(dòng)。活動(dòng)支座又可分為單向活動(dòng)支座（僅提供縱向的自由移動(dòng)）和雙向活動(dòng)支座（縱向、橫向均可自由移動(dòng)）。
    我國(guó)目前常用橋梁支座型式多樣，可分為簡(jiǎn)易支座、鋼支座、鋼筋混凝土支座、橡膠支座以及特種支座（如減震支座、拉力支座等）。選用橋梁支座時(shí)，要考慮的因素包括橋梁跨徑、支點(diǎn)反力、對(duì)建筑高度的要求、適應(yīng)單向和多向位移及其位移量的需要，以及防震、減震的需要。
    橋梁支座的布置方式：主要根據(jù)橋梁的結(jié)構(gòu)型式及橋梁的寬度確定。簡(jiǎn)支梁橋一端沒(méi)固定支座，另一端設(shè)活動(dòng)支座。鐵路橋梁由于橋?qū)捿^小，支座橫向變位很小，一般只需設(shè)置單向（縱向）活動(dòng)支座。公路T形梁橋由于橋面較寬，需要在固定墩上設(shè)置一個(gè)固定支座，相鄰的支座設(shè)置為橫向可動(dòng)、縱向固定的單向活動(dòng)支座，而在活動(dòng)墩上設(shè)置一個(gè)縱向活動(dòng)支座（與固定支座相對(duì)應(yīng)），其余均設(shè)置雙向活動(dòng)支座。連續(xù)梁橋每聯(lián)（由兩伸縮縫之間的若干跨組成）只設(shè)一個(gè)固定支座。曲線連續(xù)梁橋的支座布置會(huì)直接影響到梁的內(nèi)力分布，同時(shí)，支座的布置應(yīng)使其能充分適應(yīng)曲梁的縱、橫向自由轉(zhuǎn)動(dòng)和移動(dòng)的可能性。
   正確地確定支座所承受的荷載和活動(dòng)支座的位移量是支座設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。位移量的計(jì)算要考慮各種可能出現(xiàn)的上況，對(duì)溫度產(chǎn)生的位移，要有足夠的估計(jì)。
    2、支座的類(lèi)型與構(gòu)造
    簡(jiǎn)易支座：簡(jiǎn)易支座是指在梁底和墩臺(tái)頂面之間設(shè)置墊層來(lái)支承上部結(jié)構(gòu)。墊層可用油毛氈、石棉板或鉛板等做成。簡(jiǎn)易支座僅適于跨度10m以下的公路橋和4m以下的鐵路板橋。    鋼支座：鋼支座是靠鋼部件的滾動(dòng)、搖動(dòng)和滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)支座的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)功能的。特點(diǎn)：承載能力強(qiáng)，能適應(yīng)橋梁的位移和轉(zhuǎn)動(dòng)的需要，目前仍應(yīng)用于鐵路橋梁。常見(jiàn)類(lèi)型包括鑄鋼支座和新型鋼支座。目前公路橋梁已較少采用鑄鋼支座，鐵路橋梁也開(kāi)始使用其他類(lèi)型支座，如盆式橡膠支座。    鋼筋混凝土支座：包括擺柱式支座、混凝土鉸。鋼筋混凝士擺柱式支座可用于跨徑大于或等于20m的公路梁橋，或跨徑大于13m的公路懸臂梁橋的掛孔。它的水平位移量較大，承載力為5500kN左右，摩阻系數(shù)為0.05。混凝土鉸是最簡(jiǎn)單、最廉價(jià)的中心可轉(zhuǎn)動(dòng)的支座。混凝土鉸有各種類(lèi)型，橋梁上常用弗萊西奈鉸。混凝土鉸曾在橋梁中有所應(yīng)用，支承反力可達(dá)10000kN。它的優(yōu)點(diǎn)是支座高度小，構(gòu)造簡(jiǎn)單，用鋼量少；缺點(diǎn)是不能抵抗拉力，不能調(diào)整高度，轉(zhuǎn)動(dòng)量少，不便于更換和修理。
    橡膠支座：包括板式橡膠支座、盆式橡膠支座。普通板式橡膠支座是僅用一塊矩形（或圓形，或帶球冠圓形，或坡形）橡膠板做成的適用于中、小跨度橋梁的一種簡(jiǎn)單橡膠支座。矩形構(gòu)造最為簡(jiǎn)單。圓形和球冠圓形在平面上各向同性，圓形板上的球冠可調(diào)節(jié)受力狀況，既適用于一般橋梁，也適用于各種變位較復(fù)雜的立交橋及高架橋。坡形的頂面呈斜面，適宜于縱橫坡較大的公路橋。盆式橡膠支座是在板式橡膠支座的基礎(chǔ)上，將鋼部件與橡膠部件組合而成的一種橡膠支座。其基本構(gòu)造是將一塊素橡膠圓板置于半封閉鋼制盆腔內(nèi)，橡膠在受壓后的變形由于受到鋼盆的約束，處于三向受壓狀態(tài)，只要鋼盆不破壞，橡膠就永遠(yuǎn)不會(huì)喪失承載力。于是，橡膠的抗壓強(qiáng)度可以大幅度提高。工作原理是：利用橡膠塊在三向受力狀態(tài)下具有流體的性質(zhì)（適度不均勻壓縮）來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)；依靠聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間的低摩擦系數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)水平位移。
    橡膠支座與金屬剛性支座相比，具有構(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、安裝方便等一系列優(yōu)點(diǎn)。此外，橡膠支座能方便地適應(yīng)任意方向的變形，故對(duì)于寬橋、曲線橋和斜橋均具有較好的適應(yīng)性。橡膠的彈性還能消減上下部結(jié)構(gòu)所受的動(dòng)力作用，這對(duì)于抗震也十分有利。
    除上述常規(guī)橡膠支座外，還有一些適合于特殊用途的支座，如拉力支座、鉛芯橡膠支座、測(cè)力及調(diào)高支座等。拉力支座除可正常轉(zhuǎn)動(dòng)和滑動(dòng)外，還可承受垂直方向的拉力（負(fù)反力）。鉛芯橡膠支座是在普通板式橡膠支座中設(shè)置圓柱形鉛芯，以改善支座的阻尼特性，減小地震對(duì)橋梁墩臺(tái)的作用。