浅谈桥梁支座的结构类型
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第33卷第32期 Vol.33No.32山西建筑 2007年11月Nov. 2007SHANXI ARCHITECTURE
文章编号:100926825(2007)3220328203
浅谈桥梁支座的结构类型
符致森 潘德雄
摘 要:介绍了目前应用于桥梁结构的支座类型,分析了合成橡胶支座、钢支座、盆式支座、球形支座、页式和链式支座以
及盘式支座的工作原理,为进一步研究支座的受力情况和开发用于支座的材料奠定了一定的技术基础。关键词:桥梁,支座,结构类型,温度,荷载中图分类号:U443.36文献标识码:A
1 概述
桥梁在温度变化、各种荷载特别是交通荷载引起的弹性应变
的作用下会发生移动。在古代,桥梁是用石头、砖或者木材建造的,大多数石桥的伸缩受温度的升降影响很小,天然的纹缝,,,。
,大量的摇滚轴支座,随着抗老化、抗氧化、抗紫外线辐射,支座得到了很大的发展,出现了众多形式的支座结构(见图1)
。
收稿日期:2007206207
作者简介:符致森(19562),男,工程师,海南省公路勘察设计院,海南海口 570206
潘德雄(19762),男,高级工程师,海南省公路勘察设计院,海南海口 570206
第33卷第32期 符致森等:浅谈桥梁支座的结构类型2007年11月
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2 支座结构类型2.1 合成橡胶支座
合成橡胶支座是最简单的支座形式,最基本的可以由一块橡胶板(一般是方形或圆形)组成。橡胶在上部和下部结构之间通过弹性变形允许各个方向运动,在竖向荷载作用下弹性板通过四周凸出来实现竖向位移,解决这个难题的办法是在橡胶板之间夹水平薄钢板来加强,阻止板的横向凸出,因此产生很小的竖向变形,但是不会阻碍各个方向的水平位移和很小的各个方向的转动。每个位移和转角产生的约束力必须考虑到整个结构的分析。
如果支座与上、下部结构的摩擦力足够,那么这些约束力是
μ。如可能的。摩擦力F由压力C和摩擦系数μ决定,即F=C・
果位移发生在很小的压力作用下,那么有可能支座和上、下部结构发生滑动,为了避免滑移的发生,有必要在橡胶支座上设抗滑设施,在支座上,下面设可以提供连接上下部结构螺栓、他的硬板(见图2)
。
接触区域,因此,和其他通过区域传递支承作用力的支座形式相比,钢支座一般需要更厚的板来进行应力扩散。
点式摇轴支座适用作用力范围500kN~2500kN,线式摇轴支座和滚轴支座200kN~20000kN。钢支座的接触区域不能避免腐蚀,因此,接触区域应该通过焊接和锻造加高合金钢抗腐蚀表层,在软钢和坚硬的合金钢表层之间,焊接或锻造一个粗糙的缓冲区。滚轴(半径R)和板的坚硬层厚度应满足t≥0.14R-2。
2.3 盆式支座
这种支座是在20世纪50年代发明的,它们有两个特点:受。盆(见图,图6),,橡0.5。重要的是橡,那么橡胶盘会象粘性
。
小的、短时间的水平力可以通过橡胶变形的约束力来传递,如果这些力比较大或者是永久荷载,那么就需要用钢结构来约束,橡胶支座只传递竖向力和允许转动,一个或两个方向上的水平力通过钢结构来传递。
2.2 钢支座
钢支座是最古老的支座形式,已经用了一百多年。工作原理很简单:一块平板在另一块曲面钢板上转动,如果这个曲面是球面的一部分,理论上获得一个接触点;如果这个曲面是圆柱的一部分,理论上获得一条接触线。第一种叫点式摇轴支座,第二种叫线式摇轴支座。这些支座允许各个方向转动或一个方向转动,但不允许位移(见图3,图4)
。
标准形式的盆式支座只允许转动,竖向力传递给盆,水平力从盖板传递到底部的盆。为了可以在一个方向上滑动,要添加一个设备。这种滑动结构由三部分组成:一个聚四氟乙烯(PTFE)盘,磨光不锈钢表面和一块结构钢滑动板连接,还有润滑油。PTFE具有很高的抗机械和化学性质。
为了约束某一个方向的活动,在盖板上需要设置一个附加导向设备,这个导向设备只允许一个方向运动。
盆式支座竖向承载力范围为1000kN~100000kN。
按照行业标准,在盖板和橡胶支座之间的允许压力不得超过4.0kN/m2,PTFE永久作用承载力为3.0kN/m2,短期作用(车辆、风等影响力)承载力为4.5kN/m2。盆式支座有一个很强加劲作用的优点(几乎能承受无限大压力的弹性部分),其与支座大小和承受荷载无关,这个特性对于承受竖向重荷载的铁路桥的支座很重要,竖向弱加劲支座会引起轨道的破坏。
在最小竖向力和水平力的组合作用下,点式摇轴支座和线式摇轴支座会产生连接的破坏,这是因为拉力的作用。这些支座对滑动很敏感,导致局部应力提高和磨损。由滚轴和上、下底板组成的滚轴支座也有接触线,这种支座允许各个方向转动和一个方向的位移。这些支座的问题是,点式和线式支承作用力理论上是无穷大的。1881年,物理学家HeinrichHertz发现解决这个问题的方法:由于弹性变形理论接触点实际上变成一个圆,理论接触线是一个矩形,无穷大应力下降为很大但有限的应力,称小接触区域的应力为Hertz压应力。球的半径或圆柱的半径愈小,Hertz应力愈大,因为局部应力集中,应力必须分布给支座和上、下部的
2.4 球形支座
基本形式的球形支座由两个主要部分组成:球冠体和结构钢
顶板(见图7),为了允许各个部分之间能活动,需要设置滑动板,盘的上表面是一层PTFE,球冠下表面是不锈钢磨光面,它的上表面也是一层PTFE,顶部滑动板表面是一块不锈钢磨光板,在PTFE的上半部分刻槽,装有硅油润滑剂,象盆式支座的活动板。
滑动部分的摩阻力使材料受拉,引起转动,必须把它考虑在材料的附加设计应力上。
竖向支座反力传递到PTFE的受压区,最基本形式的活动支座(见图8)。为了约束水平位移,需要连接顶板和盆的附加结构。
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第33卷第32期 Vol.33No.32山西建筑 2007年11月Nov. 2007SHANXI ARCHITECTURE
文章编号:100926825(2007)3220330202
大纵坡人行桥简化计算分析
闫杰栋 李福宝 窦瑞军
摘 要:以海尔路辽阳路立交桥中的人行跨线桥为例,对该类桥梁结构的受力情况进行了分析,得出纵坡不大于10%的
人行桥梁在计算中可以按照无坡桥梁进行简化计算的结论。关键词:城市,桥梁,大纵坡,立交桥中图分类号:U442
文献标识码:A
城市人行桥纵坡设计受城市各种因素的影响和制约,及当按
无障碍要求设计时经常会出现大纵坡的情况,该类桥梁即为大纵坡桥梁。大纵坡桥在计算时与平桥相比其建模和调束均比较繁琐,有时往往因此延长设计时间,耽误工期平桥简化计算,文
。
,需单独设置行人过街设施。击销孔,它们之间的半径误差应小于0.3mm。为了避免销与销板的咬接,它们应该由不同类型的钢组成,销板一般用结构钢,销一般用回火钢。
链式支座有一个摆通过销连接脚页和上页。链式支座允许一个方向转动和位移。对销与销板的要求与页式支座相同。
只有在特殊情况下,链式支座会使用万向节头。它们允许各个方向的转动及位移。支座位移δ往往伴随正交方向上的微小位移δv,δv=
2
δ
,R为销轴线之间的距离,因此距离不能太短。2R
2.6 盘式支座
盘式支座最早出现在20世纪60年代,垂直荷载由聚醚氨基甲(乙)酸酯组成的弹性盘传递,与盆式支座相比,弹性盘会发生横向伸(胀)。支座的承载能力和功能与弹性支座相同,必须将因转动而使荷载作用轴线偏离支座中心的因素考虑到设计中。
英国和意大利支座只有一个滑动板和一个更深的凹槽来承受水平力,所以必须检验接触区域的压力,防止压力过大。有两块滑动板的支座,转动中心一般在滑动面之间的接触区域内,然而意大利、英国的支座可能在桥梁结构或是桥墩、桥台的某个位置。
与盆式支座差不多,球形支座竖向承载力范围为1000kN~100000kN。
3 结语
支座的作用是将支承反力从桥梁上部结构传递到下部结构,满足设计对力、位移和转角的要求。现代支座的变形和荷载传递问题已经解决,但是欠耐久性依然存在,钢支座的寿命可以和桥梁寿命一样,但是合成橡胶、塑料支座的寿命会短一些。因此,还应继续深入研究支座的受力情况和可用于支座的材料,以制造出更多、性能更优、寿命更长的支座,为交通事业的发展做出贡献。参考文献:
[1]刘文光.橡胶隔震支座竖向刚度简化计算法[J].地震工程与工程振动,2001(21):4.
[2]周剑光.桥梁支座类型及其应用[J].山西建筑,2006,32(11):1112112.
2.5 页式和链式支座
以上所有支座都能传递压力,如果要同时需要拉力和压力,就要用到页式或链式支座。这些支座只能在页的方向传递力,为了传递与之正交方向的力必须使用独立支座。
一个页式支座有一块底板、一个或两个带有销孔的底页、两个或一个上页,底板和销孔用销子连接。页式支座允许一个方向自由转动,为了防止销与销孔间过大的空隙和变化的力使销会冲
Discussiononstructuraltypesofbridgesupport
FUZhi2sen PANDe2xiong
Abstract:Itintroducesthesupporttypesappliedinbridgestructurerecently,analyzestheworkingprinciplesofsyntheticrubbersupport,steelsupport,basinsupport,ballsupport,pagesupport,chainsupportandplatesupport,offersacertainskillfulfoundationsforforcingsituationofresearchingsupportandexploitationofsupportmaterial.Keywords:bridge,support,structuraltypes,temperature,load
收稿日期:2007205229
作者简介:闫杰栋(19782),男,工程师,青岛市政工程设计研究院,山东青岛 266071
李福宝(19812),男,硕士,助理工程师,青岛市政工程设计研究院,山东青岛 266071窦瑞军(19802),男,助理工程师,青岛市政工程设计研究院,山东青岛 266071