既有铁路桥梁支座病害调查及原因分析

张 勇，侯广伟，庄军生

(1.中国铁道科学研究院 铁道建筑研究所，北京 100081;2.西安铁路局，陕西 西安 710054)

2008年汶川地震后，陇海线、宝成线及阳安线部分桥梁支座存在不同程度的病害，其中陇海线下行关庄渭河大桥支座病害较严重，地震致使陇海线下行方向出现停运情况，后经紧急抢修才恢复了线路运行。病害较轻的支座则仍投入正常运营中，运营一段时间后部分支座病害才陆续进行了处理。为了查清地震对桥梁支座的损坏情况，对上述三条线路的部分典型支座病害进行了调查。调查结果表明，部分支座出现了地震或活载引起的病害，部分支座存在维修养护不及时引起的病害。

1 既有线桥梁支座概况

三条既有线桥梁支座均采用铸钢支座。铸钢支座的特点是承载能力强，能适应桥梁的位移和转动的需要。20世纪80年代以前，铸钢支座普遍应用于我国铁路桥梁上，近年来逐渐被板式橡胶支座、盆式橡胶支座、柱面和球面支座所代替。本次检查涉及到的支座类型共有4种:平板支座、弧形支座、摇轴支座和铰轴支座。

1.1 平板支座

平板支座是桥梁支座最早，也是最简单的一种支座形式。它由平面钢板组成，其位移量是有限的，而且梁的支承端也不能完全自由转动，所以平板支座一般用于小跨度桥梁，在铁路桥上可用到8 m跨度，在公路桥上常用到12～15 m跨度。目前平板支座已被板式橡胶支座所取代。

1.2 弧形支座

弧形支座有上、下支座板和销钉组成。下支座板的顶面是一个曲率很大的弧面，上支座板底面是一个平面，上、下支座板之间在销钉孔处设有销钉。固定支座的上、下支座板之间的销钉孔为圆孔，由销钉承受水平力，约束支座的各向位移;活动支座的销钉孔为长圆孔，以使支座沿顺桥向可做少量的滑移。

弧形支座一般分为大弧形和小弧形两种，每孔梁需设置4套大弧形支座(活动支座和固定支座各2套)或8套小弧形支座(活动支座和固定支座各4套，用于П型梁)，前者每个支座采用8个锚栓与梁体及垫石连接，后者每个支座采用4个锚栓与梁体及垫石连接，弧形支座运输时一般采用φ8 mm钢筋将上下支座板临时焊接。弧形支座一般用于16 m以下的铁路桥上，目前大部分桥梁的弧形支座已被板式橡胶支座、盆式橡胶支座或柱面支座所代替。弧形支座构造如图1所示。

1.3 摇轴支座

摇轴支座有固定支座和活动支座之分。活动支座由底板、下摆(摇轴)和直接与梁底相连的上摆组成，下摆的顶面和底面均做成圆曲面形，能自由转动，并由下摆转动后顶、底面的位移差，来适应梁体位移的需要。固定支座由上、下摆组成，下摆顶面为一个大曲率半径的柱面，以满足支座的转动要求，下摆的底面为平面，直接与墩台固接，支座只能转动，不能位移。铁路桥梁跨度在20～32 m之间时，一般均采用铸钢摇轴支座。摇轴支座构造如图2所示。

1.4 铰轴支座

铰接摇轴支座(铰轴支座)是摇轴支座的一种改进形式，其优点在于支座转动发生在铰轴处，支座转动灵活。但当相邻两个铰轴支座的安装轴线不重合时，也会影响支座的正常转动。活动支座的位移仍依靠下摆的转动来实现。铁路桥梁跨度在20～32 m之间时，一般可采用铸钢铰轴支座。铰轴支座构造如图3所示。

2 支座病害

本次调查共检查了8个平板支座、240个弧形支座、40个摇轴支座及138个铰轴支座，根据检查结果，上述四种类型支座的主要病害如下:

图1 弧形支座构造示意

图2 摇轴支座构造示意

图3 铰轴支座构造示意

1)平板支座病害有:①支座安装施工质量较差，锚栓螺母未拧紧，支座存在横向位移;②支座锈蚀严重。

2)弧形支座病害有:①活动支座往跨中方向或相邻跨跨中方向纵向错位，最大错位量3 cm;部分支座存在少量横向错位;②梁底预埋钢板与支座上座板脱开;③支座轻微锈蚀;④部分支座上、下座板锚固螺栓断裂。

3)摇轴支座病害有:①支座锚固螺栓缺失螺母;②支座上下摆连接板螺栓松动;③支座防护罩螺栓缺失;④支座轻微锈蚀。

4)铰轴支座病害有:①铰轴防护封条脱落，铰轴外露;②支座防护罩锈蚀脱落，部分支座出现锈蚀，跨越旱地桥梁支座轻微锈蚀，跨越水库桥梁支座锈蚀严重;③支座上凸字形挡板安装反向、外偏、突出、脱落，螺栓缺失或断裂，下半圆形挡板外凸、脱落，螺栓松动或断裂脱落;④支座上下摆连接板缺失螺栓;⑤支座锚固螺栓缺失螺母，锚栓松动;⑥活动支座朝跨中方向转动后无法复位。

3 病害原因分析

从以上分析可以看出，施工质量缺陷、地震、温度和活载作用是病害产生的原因。部分典型病害产生原因分析如下:

1)平板支座在检查的结构物中仅一座桥梁使用，其病害主要是施工缺陷引起，同时后期养护不及时加速了病害的发展。

2)弧形支座在使用过程中经常发生转动不灵活、锚栓剪断及上下座板之间纵向错位超限的现象(销子可能已经剪断)。转动不灵活主要是由于弧形接触面线接触应力过大被压平，造成支座转动困难;支座锚栓与梁底钢板大多采用焊接连接，焊接缺陷及焊接残余应力使得锚栓疲劳强度降低，容易引起锚栓疲劳断裂的病害;上下座板之间纵向错位主要是梁体在荷载作用下出现伸长或缩短，是由于支座弧形接触面被压平，梁体纵向变形无法复位所致。

3)摇轴支座在使用过程中经常发生活动支座无法复位的现象，主要原因是由于下摆与支座底板的线形接触面接触应力过大被压平，下摆与底板之间由原来的线接触转变为弧面接触所致。此外，该类支座还经常发生活动支座下摆与底板之间的销子被剪断、上摆与摇轴之间的摆卡被剪断、锚固螺栓被拔掉及垫石崩裂等病害，这主要是由于支座承受了超过设计水平的横向力或纵向力所引起。

4)铰轴支座在使用过程中经常发生的病害与摇轴支座类似，主要有活动支座无法复位、活动支座下摆与底板之间的销子被剪断、锚固螺栓被拔掉及垫石崩裂等病害。此外，该类支座在横向力作用下其上摆左右两侧凸字形限位板及下摆左右两侧半圆形限位板容易出现病害，如限位板外凸变形及限位板螺栓剪断后限位板脱落缺失等。与摇轴支座相比，此类支座在横向力作用下更容易出现病害，这主要是由于两种支座横向限位构造不同所致，铰轴支座主要靠限位板上的螺栓抵抗横向力，而摇轴支座主要靠上摆和下摆之间嵌套的摆卡抵抗横向力，后者比前者更能抵抗横向水平力。

4 结语

1)从4种支座的病害情况来看，摇轴支座在使用过程中出现的病害相对较少，弧形支座及铰轴支座出现的病害相对较多，弧形支座纵向错位及上下座板锚固螺栓断裂的病害较为普遍，后续使用时应对锚栓连接构造进行调整，避免支座锚栓与梁底钢板采用焊接的连接方式;

2)铰轴支座左右两侧限位板在横向力作用下出现变形和限位板螺栓剪断后脱落的病害应引起重视，尤其是在高烈度地区使用这种支座时应加强限位板的抗震能力;

3)对于弧形支座、摇轴支座和铰轴支座线接触部位被压平导致活动支座发生位移后无法复位的情况，可通过增大线接触部位两侧材料的表面硬度来提高容许接触应力，避免此类病害的再次发生;

4)各种支座在使用过程中均存在维修养护不及时引起的病害，为保证支座的耐久性，使用过程中应加强定期检查和养护工作。

［1］庄军生．桥梁支座［M］．北京:中国铁道出版社，2008.

［2］中华人民共和国铁道部．铁运［2010］38号 铁路桥隧建筑物修理规则—支座［S］．北京:中国铁道出版社，2010.

［3］铁道部专业设计院．跨度10～20 m，专桥8140 九度地震区钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁支座［S］．北京:铁道部专业设计院，1986．

［4］铁道部专业设计院．跨度10～32 m，专桥8144 钢筋混凝土梁及预应力混凝土梁铸钢支座［S］．北京:铁道部专业设计院，1988.