第八章-橋梁支座

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BridgeEngineering2024/1/281

橋梁工程教學內容：

第8章橋梁支座

8.1概述

8.2橋梁支座的類型和構造

8.3橋梁支座的設計和計算2024/1/282

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§8.1概述

8.1橋梁支座概述

支座的作用傳遞上部結構的各種荷載適應溫度、收縮徐變等因素產生的位移

橋梁的支座：橋梁支座是連接橋梁上部結構和下部結構的重要結構部件。它能將橋梁上部結構的反力和變形（位移和轉角）可靠的傳遞給橋梁下部結構，從而使結構的實際受力情況與計算的理論圖式相符合。2024/1/283

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§8.1概述

支座布置簡支梁橋一般一端采用固定支座,一端采用活動支座。連續(xù)梁一般每一聯中的一個橋墩設固定支座.支座的設置應有利于墩臺傳遞水平力。

按受力特性分為固定支座活動支座：豎向力

水平力豎向力2024/1/284

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§8.2支座的類型和構造支座通常用鋼，橡膠等材料來制造主要類型：簡易墊層支座板式橡膠支座盆式橡膠支座鋼支座橡膠支座鋼筋混凝土支座拉力支座2024/1/285

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§8.2支座的類型和構造

應根據橋梁結構的跨徑、支點反力的大小、梁體的變形程度等因素來選取支座類型。橋梁支座的選取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2024/1/286

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§8.2支座的類型和構造一、簡易墊層支座采用幾層油毛氈或石棉制成，壓實后的厚度不小于1cm，可用于跨徑小于10m的板梁橋。2024/1/287

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§8.2支座的類型和構造二、鋼支座1、弧形鋼支座適用范圍：跨徑1020m構造特點：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)生相對水平位移2024/1/288

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§8.2支座的類型和構造2、輥軸支座2024/1/289由上擺、鉸軸、下擺，輥軸及其連接件、底板等部件組成，材料一般為鋼材。輥軸支座即為活動鉸支座，是實現支座移動功能的部件，為防止其傾倒，在兩輥軸上設有牙板，插入下擺和底板的槽口內，可隨輥軸一起轉動。詳細構造如下圖所示：

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§8.2支座的類型和構造輥軸支座的優(yōu)缺點2024/1/2810優(yōu)點：輥軸支座的作用是釋放水平約束，主要用于結構水平推力的釋放，包括溫度應力和結構拱效應產生的推力。

在橋梁結構等大跨度結構中輥軸支座的應用廣泛，尤其是按照簡支梁設計的時候，設置輥軸支座可以釋放掉傳到橋墩或者支架的水平力，降低結構造價。鐵路橋梁要釋放溫度應力，允許桁架梁自由伸縮，主要是考慮限制溫度變形可能會引起鐵軌變形。

缺點：a.下擺牙板槽口易切入牙板邊，導致牙板破損而不能實現輥軸的轉動；

b.輥軸不均勻滾動，連接件承受較大的附加力，可能導致螺釘發(fā)生變形-彎曲-頸縮-折斷，螺釘折斷后會導致輥軸發(fā)生嚴重傾斜。

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§8.2支座的類型和構造2024/1/28113、鋼筋混凝土支座鋼筋混凝土支座分為擺柱式支座，混凝土鉸。（1）擺柱式支座：活動部分由鋼筋混凝土擺柱構成的活動支座。外形和活動機理與割邊的單輥軸支座鋼支座相同，但在構造上則用矩形截面的鋼筋混凝土短柱來代替輥軸的中間部分，輥軸的頂部和底部為弧形鋼板，常用于跨徑大于20m的鋼筋混凝土或預應力混凝土梁橋。（2）混凝土鉸：通過縮小混凝土截面來降低截面剛度，因此能產生少量轉動而能承受足夠的軸力的一種簡化支座。鋼筋混凝土支座

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§8.2支座的類型和構造

板式橡膠支座有矩形和圓形。支座的橡膠材料以氯丁橡膠為主，也可采用天然橡膠。氯丁橡膠一般用于最低氣溫不超過-250C的地區(qū)，天然橡膠用于-300C

-400C的地區(qū)。三、橡膠支座1、板式橡膠支座2024/1/2812

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§8.2支座的類型和構造

根據試驗分析，橡膠壓縮彈性模量E、容許壓應力[

]和容許剪切角[tgr]的數值，均與支座的形狀系數S有關。形狀系數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度；

b

橫橋方向橡膠支座的寬度；

t

中間橡膠層的厚度。2024/1/2813

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§8.2支座的類型和構造

為滿足橡膠的容許壓應力和使支座能適應梁端轉動的要求，支座的長度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

。一般應充分利用有效寬度b，而盡可能減小a的尺寸，以降低轉動阻抗力矩（它與a5成正比）。根據支座穩(wěn)定的要求，支座的總厚度不得大于平面最小尺寸的30%。2024/1/2814

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§8.2支座的類型和構造形狀系數2024/1/2815

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§8.2支座的類型和構造構造特點：常用的板式橡膠支座采用薄鋼板或鋼絲網作為加勁層以提高支座的豎向承載能力。變形機理：（1）不均勻彈性壓縮實現轉動；（2）剪切變形實現水平位移；（3）無固定和活動支座之分。性能指標：（1）容許應力；（2）彈性模量和剪切模量（3）容許剪切的正切值。適用范圍：支座反力為70－3600kN的公路、城市橋梁。局限性：易老化。2024/1/2816

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§8.2支座的類型和構造2、四氟滑板式橡膠支座2024/1/2817

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§8.2支座的類型和構造坡型板式橡膠支座2024/1/2818

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§8.2支座的類型和構造鉛芯橡膠支座2024/1/2819

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§8.2支座的類型和構造4、橋梁盆式橡膠支座

盆式橡膠支座是鋼構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、轉動靈活等特點，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支座。活動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、中支座板構造或利用上下支座連接板即可形成固定支座。2024/1/2820

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§8.2支座的類型和構造盆式橡膠支座2024/1/2821

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§8.2支座的類型和構造盆式橡膠支座構構造要點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.不銹鋼滑板7.鋼緊箍圈8.密封膠圈2024/1/2822

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§8.2支座的類型和構造2024/1/2823

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§8.2支座的類型和構造

固定與滑動盆式橡膠支座多向活動支座2024/1/2824

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§8.2支座的類型和構造縱向活動支座2024/1/2825

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§8.2支座的類型和構造5、其它支座

QGZ球型鋼支座2024/1/2826

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§8.2支座的類型和構造QGZ球型鋼支座2024/1/2827

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§8.2支座的類型和構造

四、成品盆式橡膠支座的選配１、成品盆式橡膠支座的系成品盆式橡膠支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我國交通部中交公路規(guī)劃設計院設計的系列盆式橡膠支座；TPZ-1則表示我國鐵道部科學研究院設計的系列盆式橡膠支座。另外，還有其它科研院所設計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構，并非有明確的公路、鐵路或其它工程結構之分。各種系列的盆式橡膠支座噸位一般從1000起至50000，最多分為近40個級；并以DX、SX、GD分別表示單向、雙向活動支座及固定支座，而GDZ則為抗震型固定支座的代號。

2024/1/2828

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§8.2支座的類型和構造２、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)應考慮溫度和地震兩個因素。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。2024/1/2829

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§8.2支座的類型和構造

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計的橋梁，當然首先考慮的是其容許轉角及水平能承受的推力能否滿足要求。一般來說，GPZ、TPZ-1（抗震型固定支座）等系列的支座對這兩個要求均能滿足。若轉角和水平推力超出容許范圍，則需要改變支座的設計。轉角特大，可采用球型支座。

2024/1/2830

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§8.2支座的類型和構造

關于在橋梁設計中支座如何合理選用問題，即究竟選用何種類型的支座，則需根據橋梁結構圖式的要求決定。當然，在一般情況下，固定端選用固定支座，活動端選用活動支座。但若橫橋向伸縮值不容忽視的時候，結構圖式的固定端就不能單一采用GD（固定支座）類型的支座。這是由于現代橋梁的橋面越來越寬，超過20米已屢見不鮮，這時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，這時可將單方向活動支座轉過90°橫置梁下(如圖2-7-9)，使其順橋向起固定支座的作用下，而橫橋向則起活動支座的作用。2024/1/2831

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§8.2支座的類型和構造

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，應根據橋梁恒載、活載的支點反力之和及墩臺上設置的支座數目來計算。合適的支座一般為：最大反力不超過支座容許承載力的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，因為聚四氟乙烯板的磨擦系數與壓力成反比，如果低于規(guī)定的數值，則磨擦系數將會增大。2024/1/2832

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§8.2支座的類型和構造

支座選配時，一般不必過多擔心支座的安全儲備，比如計算得到一個支座的最大反力為4100，最小反力為3700，那就選用承載力為4000的支座，這是因為4000支座的允許支反力變化范圍是3200～4200，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。因為5000支座最低合適的承載力是4000，而最小支反力3700已小于此值，故不適宜選用。雖然我們規(guī)定最大反力，不超過容許承載力的5%，但支座實際的安全系數一般在5以上。2024/1/2833

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§8.3橋梁支座的設計和計算

一、支座受力特點作用在支座上的豎向力有結構自重的反力。在計算汽車荷載支座反力時，應計入沖擊影響力。當支座可能出現上拔力時，應分別計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力等產生的橫向水平力。2024/1/2834

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§8.3橋梁支座的設計和計算

汽車荷載產生的制動力，應按照公路橋涵設計規(guī)范要求，根據車道數確定。剛性墩臺各種支座傳遞的制動力，按規(guī)范中的規(guī)定采用。其中，規(guī)定每個活動支座傳遞的制動力不得大于其摩阻力；當采用厚度相等的板式橡膠支座時，制動力可平均分配至各支座。對于梁橋，地震地區(qū)橋梁支座的外力計算，應根據設計的地震烈度，按<<公路工程抗震設計規(guī)范>>的規(guī)定進行計算和組合。2024/1/2835

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§8.3橋梁支座的設計和計算

二、板式橡膠支座的設計計算

根據橡膠支座和支承墊石混凝土的壓應力不超過它們相應容許承壓應力的要求，確定支座平面面積。在一般情況下，面積由橡膠支座控制設計：

支座平面尺寸對于橡膠板對于混凝土2024/1/2836

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§8.3橋梁支座的設計和計算

支座高度

梁式橋的主梁由溫度變化等因素在支座處產生的縱向水平位移，依靠全部橡膠片的剪切變形

t來實現,

與t的關系為：由

有2024/1/2837

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§8.3橋梁支座的設計和計算

--由上部結構溫度變化、橋面縱坡等因素，引起支座頂面相對于底面的水平位移。當跨徑為L的簡支梁橋兩端采用等厚橡膠支座時，因溫度變化每個支座承擔的水平位移可取簡支梁向溫變變形的一半，--橡膠片容許剪切角的正切，可取用0.5～0.7，不計活載制動力時用0.5；計及活載制動力時取用0.7，則上式可寫成：2024/1/2838

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§8.3橋梁支座的設計和計算

--活載制動力在一個支座上的水平力；--由制動力引起在支座頂面相對于底面的水平位移，可按下式計算A

--橡膠支座的面積。G--橡膠的剪切模量，《橋規(guī)》規(guī)定：2024/1/2839

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§8.3橋梁支座的設計和計算

（二）支座偏轉與平均壓縮變形驗算

主梁受荷撓曲時，梁端將產生轉動角為(如下圖)，但不允許其與支座間產生脫空現象。梁端轉動時，支座就受到一個偏心豎向力的作用，表面將產生不均勻的壓縮變形，一端為另一端為，其平均壓縮變形。N

h式中：E--橡膠支座的彈性模量。當無試驗數據時，可查閱<<公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規(guī)范>>JTJ023-85，其值與支座的形狀系數有關，也可按下式計算2024/1/2840

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§8.3橋梁支座的設計和計算

所以

《橋規(guī)》規(guī)定：

2024