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目前国内市场上橡胶支座的作用、特点、要求和支座分类

2017-12-01 18页 doc 68KB 13阅读

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目前国内市场上橡胶支座的作用、特点、要求和支座分类
目前国内市场上橡胶支座的作用、特点、要求和支座分类 目前国内市场上橡胶支座的作用、特点、 要求和支座分类 目前国内市场上橡胶支座的作用,在桥梁结构中,对于橡胶支座是桥梁上、下部结构的连接点,其作用是将上部结构的荷载顺适、安全地传递到桥墩台上去,同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩等因素作用下的自由变形,以便使结构的实际受力情况符合计算图式,并保护梁端、墩台帽不受损伤。这就要求它具有足够的竖向刚度和弹性,能将桥梁上部结构的全部荷载可靠地传递到墩台上,并同时承受由荷载作用引起的桥跨结构端部的水平位移、转角和变形,减轻和缓解桥墩承受的震动,适应因温度、湿度变化引起的桥跨结构胀缩。对于橡胶支座的安装位置而言,虽然在使用中可以进行更换,但更换的成本费用、技术性以及困难性均很大,桥梁中大部分支座可谓是永久性的安装,支座寿命应该与桥梁的寿命相吻合,否则会对桥梁的使用造成不良的后果。尽管在桥梁的成本造价中支座成本仅占很小的比例,但作用远远超过其成本,为此,支座就成为桥梁建设和使用的重要材料之一。近年来在桥梁支座使用过程中,支座出现了各种各样的质量问题和质量隐患,究其原因可分为产品质量、质量和设计选型三方面。板式橡胶支座的产品质量、施工质量和设计选型关系到橡胶支座的使用寿命,需要生产方、施工方和设计方的紧密配合,任何一方出现问题都将严重影响橡胶支座的使用寿命。 桥梁支座按照其结构可分为3大类: 一是桥梁板式橡胶支座;二是盆式橡胶支座;三是球形橡胶支座。在这里我们为桥梁结构知识进行详细简介 一.桥梁的组成部分与各部分的作用 一根树干架在两岸就形成了一座最简单的单孔独木桥。其所承受的重力(竖直的)或外力(竖直的或水平的),叫做荷载。树干作为梁,起承受重力的作用,在桥梁上的学名就叫做承重结构。如果木头的长度小于两岸的距离,则可在两岸之间设立一至数个木的或砖、石砌筑的支承物,然后在支承物与支承物之间及支承物与河岸之间架设由若干根木梁组成的承重结构,于是便形成了多孔桥。 为了防止河岸在承重结构的压力作用下崩塌,则可紧贴河岸用石块或木排桩做成挡墙,将承重结构支承在挡墙上。又为了便于通行,可在并排的木梁上铺上小圆木或木板,做成桥面。此时桥面与承重结构统称桥的上部结构。两岸之间的支承物称作桥墩;岸边的支承物兼挡墙称作侨台。桥墩与桥台统称为桥的下部结构。上部结构是跨越部分,又称跨越结构或桥跨结构;下部结构是支承部分,又称支承结构。 二.桥梁上部结构 近代桥梁由于所承受的载重和跨度都比较大,结构就比上面说的要复杂一 钢板栗、钢点。拿上部结构来说,如果承重结构是梁,就叫做主梁,可以用钢(箱梁、铜街梁)、钢筋混凝土(跨度不大时)或预应力混凝土做成。承重结构如果是拱,就叫做主拱(多于一片拱时拱肋);如果是悬索,就叫做主索或大缆。图是一座上承式(桥面在承重结构的上方)铁路钢桁梁组成部分的示意图。其钢轨铺在枕木上,枕木铺在纵梁上,纵梁支承在横梁上,横梁支承在主梁(行架式承重结构)上。此时钢轨与枕木部分叫做桥面,纵梁与横梁部分叫做桥道结构。桥面设在承重结构上方的叫做上承式桥;桥面设在承重结构下方的叫做下承式桥(在两片(或数片)主梁之间用纵向的及横向的杆件,将两片很薄的主梁联成一个协性较大的空间结构,以抵抗横向的及纵向的力(风力、车辆摇摆力、线路在曲线上时的离心力等)。这些联结杆件形成一个联结系统,叫做联结系。于是上部结构便扩充为四个部分,即:1.桥面;2.桥道结构;3.承重结构及4.联结系。 三.下部结构 公路桥梁板式橡胶支座荷载是通过上部结构的承重结构传递至下部结构的墩台顶面的。为了使上部结构与下部结构的受力明确(在支点处力的作用位置明确),以便进行精确的力学计算,同时为了上部结构与下部结构之间的连接可靠,必须在上、下部结构之间有一个保证力的作用位置明确并且连接牢固的支点构造,这个支点构造就叫做支座。对于梁式桥来说,由于荷载和温度的作用,梁都会发生变形。这种变形在支座处有两种:一种是梁弯曲时的转动变形;一种是梁伸缩时的移动变形。既允许梁作伸缩变形又允许梁作转动变形的支座叫活动支座;只允许梁作转动变形而不能作伸缩变形的支座叫固定支座。每根梁只能有一个固定支座,其余的均为活动支座(见下图)。 活动支座的简图常用〇表示;固定支座的简图常用?表示。 桥墩与桥台一般用砖、石砌筑或混凝土灌筑而成,在旱地上有时可用钢做成。承受墩台底部压力的土壤或岩石叫做地基。如果地基具有设计需要的足够的承载力,那么就可将墩台身的底面根据地基承载力的大小和墩台稳定的需要适当扩大,直接支承在距地面深度不大的地基上。这个扩大了的部分就叫做扩大基础或浅基础。如果地基浅层的承载力不足以承受墩台身传下的压力,则要将基础下降到一定的深度,直到满足承载力的需要为止。下降的一类叫沉井,一类叫沉桩。沉井与沉桩统称深基础。深基础与浅基础在受力方面的不同之处在于:浅基础只靠基础底部面积传递压力;深基础则除了依靠沉井或桩尖的底部面积将压力传递给地基以外,还依靠井壁和极壁与土层间的摩阻力,将一部分荷载传至地基。所以深基础的承载能力要比浅基础为大。 这样一来,桥梁的下部结构通常就由三个部分组成:1.支座;2.墩台;3.基础。桥梁指桥梁勘测、设计、施工、养护和检定等的工作过程,以及研究这一过程的科学和工程技术,它是土木工程的一个分支。桥梁工程学的发展主要取决于交通运输对它的需要。古代桥梁以通行人、畜为主,载重不大,桥面纵坡可以较陡,甚至可以铺设台阶。在有重载马车之后,载重量逐步加大,桥面纵坡也必须使之平缓。这时的桥梁材料仍以木、石为主,铸铁和锻铁很少使用。自从有了铁路以后,桥梁所承受的载重逐倍增加,线路的坡度和曲线标准要求又高,且需要建成铁路网以增大经济效益,因此,为要跨越更大更深的江河、峡谷,迫使桥梁向大跨度发展。石材、木材、铸铁、锻铁等桥梁材料,显然不合要求,而钢材的大量生产正好满足这一要求。 在技术方面,只是凭经验修桥,曾使19世纪80~90年代的许多铁路桥发生重大事故;从这时起,正在发展中的结构力学理论得到了重视,而在它的静力分析理论完全确立并广泛普及之后,桥梁因强度不足而造成的事故显然大为减少。二十世纪以来,公路交有很大发展。在内陆,需要在更多的河流、峡谷之上建桥。在城市中,以及在各种交通线路相交处,需要建造立交桥。在沿海,既需在大船通航的河口、海湾、海峡修建特大跨度桥梁,又需在某些海岛与大陆之间修建长桥。桥梁需要大量修建,而人力、物力、财力有限;于是,不断提高技术水平,引用新材料、新工艺、新桥式,对结构行为进行更精确的数值 分析,采用更精确的结构试验进行验证,以使桥梁建设的经济效益不断提高,已成为时代的要求。 桥梁工程学主要研究桥渡设计,包括选择桥址,决定桥梁孔径,考虑通航和线路要求以确定桥面高程,考虑基底不受冲刷或冻胀以确定基础埋置深度,设计导流建筑物等;桥式方案设计;桥梁结构设计;桥梁施工;桥梁检定;桥梁试验;桥梁养护等方面。 在建桥材料方面,以高强、轻质、低成本为选择的主要依据,近期仍以发展传统的钢材和混凝土为主,提高其强度和耐久性。对于建筑钢材的脆断机理、 ,将继初始几何缺陷等,以及混凝土材料的非弹性问题(收缩徐变以及疲劳等)续作充分的研究,使能正确控制结构的受力和变形。至于碳纤维塑料等在桥梁上的广泛应用,还必须在降低成本以后才有可能。 在桥梁勘察设计方面,随着交通事业的迅速发展,大跨度或复杂的桥型将不断涌现。高速公路的发展,对桥梁设计亦将提出新的要求。在桥式方案设计中,将有可能利用结构优化设计理论,借助电子计算机选出最佳方案。在结构设计计算中,采用空间理论来分析桥梁整体受力已成为可能;以概率统计理论为基础的极限状态设计理论,将进一步反映在桥涵设计规范中,使桥梁设计的安全度得到科学合理的保证。桥梁美学作为时代、民族的文化在某些方面的反映,将愈来愈受到人们的重视:桥梁的面貌将蔚为大观。 在桥梁施工方面,对施工组织将充分利用电子计算机进行经济有效的管理。在施工技术中,将不断引用新技术和高效率、高功能的机具设备,借以提高质量、缩短工期、降低造价。如采用激光测量控制结构的精确定位;引用自升式水上平台克服深水基础的困难;利用遥控设备在沉井、沉箱中挖基,以减少劳动强度并避免人身危险;利用高质量的焊接技术,借能推广工地焊接等,此外,装配式桥梁也将有所发展,以使结构和构件标准化,生产工业化。在桥梁养护维修方面,要求对既有桥梁建立完善的技术档案#管理#。在桥梁维修检查中,引用新型精密的测量仪表,如用声测法对结构材料的缺陷以及弹性模量进行测定;用手携式金相摄影仪检查钢材的晶体结构俾能及早进行加固防患于末然,以便延长桥梁的使用寿命。 桥梁工程始终是在生产发展与各类科学技术进步的综合影响下,遵循适用、安全、经济与美观的原则,不断的向前发展。桥梁结构:拱桥式在竖直荷载作用下,作为承重结构的拱肋主要承受压力。拱桥的支座则不但要承受竖直方向的力,还要承受水平方向的力。因此拱桥对基础与地基的要求比梁桥要高。下 桥面在拱肋的上方)、中承式拱桥(桥面一部分在拱肋上图分别表示上承式拱桥( 方,一部分在拱助下方)与下承式拱桥(桥面在拱肋下方)。仅供人、言行走的拱桥可以把桥面直接铺在拱肋上。而通行现代交通工具的拱桥,桥面必须保持一定的平直度,不能直接铺在曲线形的拱肋上,因此要通过立柱或吊杆将桥面间接支承在拱肋上。下承式拱桥可做成系杆拱,即在拱脚处用一报称为系杆的纵向水平受拉杆件将两拱脚连接起来。此时作用于支座上的水平推力就由系杆来承受,支座不再承受水平方向的力。这样做可以减轻地基承受的荷载,特别是在地质状况不良时。 桥梁结构:斜拉桥 斜拉桥日文称"斜张桥",德文称"斜索桥",英文称"拉索桥(Cable Stayed Bridge)"。将梁用若干根斜拉索拉在塔在上,便形成斜拉桥。与多孔梁桥对照起来看,一根斜拉索就是代替一个桥墩的(弹性)支点,从而增大了桥梁的跨度。斜拉桥这种结构型式古已有之。但是由于斜拉索中所受的力很难计算和很难控制,所以一直没有得到发展和广泛应用。直到本世纪中,由于电子计算机的出现,解决了索力计算难的问题,以及调整装置的完善,解决了索力的控制问题,使得斜拉桥成为近50年内发展最快,应用日广的一种桥型。 下承式拱桥可做成系杆拱,即在拱脚处用一报称为系杆的纵向水平受拉杆件将两拱脚连接起来。此时作用于支座上的水平推力就由系杆来承受,支座不再承受水平方向的力。这样做可以减轻地基承受的荷载,特别是在地质状况不良时。 桥梁结构:梁桥式 在竖直荷载作用下,梁的截面只承受弯短,支座只承受竖直方向的力。多孔架桥的梁在桥墩上不连续的称为简支梁;在桥墩上连续的称为连续梁;在桥墩上连续,在桥孔内中断,线路在桥孔内过渡到另一根梁上的称为悬臂梁。支 承在悬臂上的简支架称为挂梁;伸出有悬臂的梁称为锚梁。架式桥的梁身可以做成实腹的,也可以做成空腹的(称为桁梁)。 跨线桥桥型设计 随着我国公路交通事业的发展,近年来互通式立交桥和跨线桥越来越多。这些立交桥和跨线桥不仅是公路交通的重要组成部分,而且已经成为现代的性建筑。一个好的桥型设计,能使立交桥在发挥其自身通行能力的同时,体现出对周围环境的美化作用,有的甚至被看作现代建筑中的艺术品。因而在选择桥型时,既要考虑实施的可行性,符合经济适用的原则;同时,又要考虑建筑造型艺术,满足美观要求。这一点已经被当今越来越多的设计者所重视,并且成为现代工程设计的一个重要特征。本文结合笔者对"桥南村"跨线桥的设计,提出应该在适用的基础上,对结构进行美化设计,并针对跨线桥桥型设计中一些认识问题进行探讨。 1实例桥简介 "桥南村"桥(以下称为"实例桥")是南京机场高速公路K17+006处的一座上跨主线的分离式跨线桥,与高速公路呈10?斜交角。桥面宽度为:7+2×0.75m,行车道净宽7m。设计荷载:汽车-20级,挂车-100。此桥处在?R?=2500m的凸曲线中,左右纵坡对称,均为3%。桥下净空高度按略超过5m设计。本实例桥上部采用5×20m普通钢筋混凝土等高度连续箱梁结构,下部采用无盖梁独柱式桥墩及肋板式桥台,基础为钻孔灌注桩。该桥已于1997年6月28日与南京机场高速公路同步建成通车。 2桥型选择 通常,选择桥型应根据适用、美观、经济合理以及设计施工的难易程度等因素进行综合分析,以最终确定工程实施方案。对于跨线桥而言,经过国内工程技术人员多年的实践,目前所采用的型式已基本集中为预制空心板梁和等高度连续箱梁。这中间尤其以空心板梁居多。但是笔者认为,在设计方案时应该以首先考虑等高度连续箱梁方案为佳。其原因是: ?在当今社会,人们对于美的要求越来越高,对周围的建筑物,也同样要求美观。如今的设计师应该顺应这种要求,在对结构本身强度进行设计的同时,也应该对结构进行美化设计。作为跨线桥,因为下边要通车,就更为引人注目。因而要尽量减少横向墩的数量,加强下部空间的透视度,增加墩的纤细感,这对整个跨线高架桥是否美观并具有现代的气势,起着很重要的作用。而就这一点来说,只有当采用箱形连续梁方案时才能做到,因为箱形截面抗扭刚度很大,对于需要在其梁底下设置独柱单支点的支承形式特别有利。这时,下部结构可以根据美观要求,做成无盖梁的独柱式结构。但如果上部结构采用预制拼装式板梁的话,下部就只能做成传统形式的有盖梁式墩台结构,难以达到美观要求。 ?等高度连续箱梁桥整体性好,耐久性强,行车舒适。箱梁顶板和底板都具有较大的面积,能有效地抵抗弯矩,受力合理。桥墩处也不需要设置伸缩缝,梁长伸展,加上梁高一致,整个桥梁外型简洁优美,线条流畅。 ?对现代跨线桥来说,弯、坡、斜桥已越来越多。如采用预制板桥,那对弯、坡、斜的平面布置处理就比较复杂,设计和施工随之也带来一些问题。譬如,如何使桥梁各部位、各板块之间准确地组合,斜弯桥的各板端细部处理、端部与端部的联结构造以及墩台长度、墩台轴线交角、墩台横坡和各点高差计算等等都比较繁琐,施工中对于诸特征点的座标及高程控制要求非常严格。再者,如果是预应力空心板,那么实际施工中每片预应力板梁在钢筋张拉后的上拱值,由于混凝土龄期的不同往往会有较大差别,以至于造成板梁间连接不顺畅,或是桥面铺装层厚度不能统一、甚至摊铺困难等较为严重的后果,施工质量难以保证。与斜交空心板梁相比,如采用等高度连续箱梁配以独柱墩,则结构轻巧,由于其上部为整体化结构,下部又无盖梁,细部构造比弯斜板桥好处理得多,上述一些不利之处几乎都可以避免,有其独到优点。并且,等高度连续箱梁桥斜交跨越主线时,采用独柱单点支承则可将斜桥改为直桥,实际增大了主线两侧的有效净空,相应地加大了桥梁的跨径。因此,这种独柱式结构非常适合于弯、斜桥。 ?采用等高度连续梁体系,由于在桥墩支点处负弯矩的存在,使得其跨中正弯矩同简支空心板体系的跨中正弯矩相比显著减小,这就意味着可以节省上部结构的材料数量,减轻梁体自重,也使得下部结构桥墩部分的工程数量相应减少。这些都可以从实例桥中得到验证。实例桥曾对预应力空心板梁方案作了 较为详细的技术经济比较,同样是5孔20m的上部构造,采用预应力空心板梁的上部所需主要材料用量为:混凝土C50数量546.9,钢绞线13236.1,普通钢筋29042.2;而最后采用的实施方案-等高度连续箱梁的上部主要材料用量为:混凝土C30数量361.7,普通钢筋105068.2。相比之下,如果考虑钢绞线及其工艺特点,两种方案的综合用钢指标相差不多,但是在混凝土用量上,即使不考虑强度等级差异(板梁混凝土强度等级相对更高一些),普通钢筋混凝土等高度连续箱梁比简支空心板梁竟少用混凝土将近1/3。这样,上部构造的重量大大减轻了,随之当然也节省了墩台和基础的材料用量,体现出技术经济上的优越性。还要指出的是,跨线桥目前一般常用的跨径在16~25m之间,上述20m跨径两种桥型间的对比应该说具有较强的代表性。因此可以讲,同等桥长时,在跨线桥的通常跨径范围内,等高度连续箱梁型式比预应力空心板梁主要材料节省、重量轻,上下部构造均十分轻巧,具有很好的技术经济指标。 3结构造型 结构造型与各部位尺寸比例应相互协调。例如跨径与梁高及桥下净空比例,墩柱直径与高度及桥梁跨径的比例,主桥箱梁翼缘板悬挑长度与梁高的比例等。在这些方面,实例桥做得非常成功,墩柱和梁体结构简洁流畅,纤细轻巧,连续和谐。 4横截面设计 常用的箱形梁截面有单箱单室、单箱双室、双箱单室和双箱双室截面等几种,实际采用何种横截面形式,一般应根据桥的宽度和施工方便性来决定。对实例桥来说,采用单箱单室截面,可以方便施工,同时也节省了材料,其箱顶宽为8.5m,箱底宽4.0m,两侧翼板各挑出2.25m,并采用直腹板。用支架法现场浇筑施工时,这种单箱单室的截面设计有利于全断面一次浇筑成型,设计成直腹板则对施工更加有利。实例桥采用较大的翼板挑出长度,主要是为了美观,同时也考虑到要充分利用箱梁受力特性的变化情况,减小箱底宽度以适当提高正弯区截面重心,充分发挥底板受力筋的作用,减轻箱梁自重。需要指出的是,虽然大挑臂的翼板设计有利于美观效果,但对于类似本桥这样的普通钢筋混凝土连续箱梁桥,如果想用施加横向预应力来增大翼板的挑出长度,则并不可取, 那样既不经济,又使施工工艺变得复杂,而且箱室太窄,箱梁在局部荷载作用下,横向弯曲应力往往很大,这样箱梁的横向配筋就要大大增加。 5。下部构造 下部构造应能满足上部结构对支撑受力的要求,同时在外形上要做到与上部构造相互协调、布置匀称。实例桥采用无盖梁独柱式桥墩,与连续箱梁的大挑臂结构相配合,能够充分利用桥下空间,简洁明快,外形美观,通透性好,施工方便。对于墩柱的截面形式,一般来说取作圆形看起来更美观一些,墩柱的直径要根据其同上部结构的协调关系及所需盆式橡胶支座的平面尺寸来定。对于一般的跨线高架桥,墩柱直径可在1.0~1.6m之间,本实例桥实际采用柱直径1.1m。实例桥还将其中间的3号墩作为制动墩,墩顶设固定支座,并加强了3号墩的墩柱及桩基配筋,来抵抗汽车制动力作用。实例桥的独柱墩基础设置为单排双钻孔桩,桩径1.0m,承台按斜桥向布置,这种布置形式能使承台在主线中央分隔带位置顺应主线走向,较合理。另外,桥台的形式采用肋板式,这种型式的桥台适用性较强。 6。结构施工 跨线高架式混凝土连续箱梁桥所采用的支架立模、现场浇筑方法,能广泛采用现代施工技术和设备,尤其能适应弯桥和有竖曲线的连续箱梁,施工中上部结构的几何位置易于调整。此方法在梁体施工时,支架工程是主要的一项工作,目前多采用组合式钢管支架。其质量稳定可靠,搭设速度快,可以多次周转使用。除此以外,如能使用混凝土泵车等较先进的设备,则更能体现"省"和"快"。这种非预应力的等高度连续箱梁结构,施工并不复杂,其整体现浇式梁更为经济,而且非常美观,工期也较短,经济及社会效益明显。也因为此法是在桥位上现浇施工,可免去大型的运输设备,省去了预制吊装用的架桥机、贝雷桁架或龙门等一些大型安装设备,其优势还在于一次可以进行多孔桥的连续浇筑施工,一气呵成,桥梁整体性好,结构的耐久性强。 特别声明: 1:资料来源于互联网,版权归属原作者 2:资料内容属于网络意见,与本账号立场无关 3:如有侵权,请告知,立即删除。
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