公路桥梁板式橡胶支座设计

张 弢

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)



公路桥梁板式橡胶支座设计

张 弢

(贵州省交通规划勘察设计研究院股份有限公司)

将简单介绍公路桥梁板式橡胶支座，阐述其设计理念及受力分析，然后详细介绍公路桥梁板式橡胶支座设计过程，最后还要说明采用板式橡胶支座应注意的问题。

公路桥梁；板式橡胶支座；设计

1 公路桥梁板式橡胶支座介绍

公路桥梁板式橡胶支座一般都能够在梁端作用力作用下，通过球形表面橡胶层来调整受力点，然后逐渐将力扩散到圆板式橡胶支座的钢板和橡胶层上，保证支座受力均匀。传统的公路桥梁制作为钢制作，结构复杂、使用年限较短，板式橡胶支座在结构复杂度、安装复杂度方面都有明显优势，而且使用年限增长，而且能够适应上部结构发生不同变形的桥梁，如宽桥、斜桥等等。

公路桥梁板式橡胶支座具有传递荷载的作用，能够将桥跨结构的荷载传递至桥梁墩台，并且在荷载的传递过程中，保证桥跨结构的位移和转动，使其受力情况与设计要求保持一致。为了达到以上作用要求，板式橡胶支座设计过程中，必须保证其垂直方向刚度，确保支座在最大竖向荷载作用下能够有效抵御变形。除此以外，支座在水平方向还应该保持一定柔性，适应梁体由于温度、混凝土收缩等诸多因素而产生的位移。最后，公路桥梁板式橡胶支座还应该能够适应梁端的转动。公路桥梁板式橡胶支座的受力分析，首先应该分析各个支座的竖向力和水瓶里，然后综合考虑外力因素，确定支座的尺寸，然后进行支座的强度运算和稳定性运算。

2 公路桥梁板式橡胶支座设计理念

在对公路桥梁板式橡胶支座进行设计时，应该对其强度和剪切变形做详细验算，另外，还要认真校核其局部总应变，防止其在后期使用过程中因为局部应变过大而发生断裂，以此确保公路桥梁板式橡胶支座的使用性能。在设计过程中，应该参考国际标准ISO22762-2；2005中的规定，对橡胶支座进行局部总应变进行设计控制，具体思路如下所示：

(1)仔细选择施工中所用的橡胶材料，保证其扯断伸长率符合要求。(2)在设计过程中，保证一定强度储备的局部总应变设计上限值。(3)在设计前，要对橡胶支座无无剪切压缩条件下的应力做详细计算，并且绘制应力-应变曲线图。(4)对于橡胶支座的其他工作状态，也应该做详细估算研究，绘制应力-应变曲线图。(5)公路桥梁设计人员在设计过程中，要根据桥梁设计的橡胶支座的具体变形条件，选择其所对应的应力水平，保证橡胶支座局部总应变小于局部总应变设计上限值。根据国际标准进行公路桥梁板式橡胶支座设计工作能够保证桥梁后期的使用功能，生产厂家也可以根据支座设计软件进行验算，防止盲目生产，而施工单位也可以据此不断优化设计方案，保证制作的使用安全。

3 板式橡胶支座的受力分析

公路桥梁板式橡胶支座所承受的竖向力包括结构自身重力的反作用力、活载支点反力等。对于活载支点反力的计算，需要在最不利位置加载，而且还要计入冲击效应。支座所受水平方向的力有纵向水平力以及横向水平力。其中，纵向水平力包括上部结构混凝土收缩、温度变化导致的支座变形这两种因素所产生的水平力；风力、汽车牵引力，以及各类因素所产生的水平力。

4 板式橡胶支座的设计计算

4.1 确定支座的平面尺寸

公路桥梁板式橡胶支座平面尺寸的确定，需要综合考虑橡胶板本身的抗压强度、梁部或墩台顶混凝土的局部承压强度等影响因素。一般情况下，橡胶支座的平面尺寸主要由橡胶支座的强度来控制，但是，还应该满足表1所示要求。

表1 橡胶支座的力学性能要求

4.2 确定支座的厚度

公路板式橡胶支座中，梁的水平位移主要通过所有橡胶片的剪切变形来实现。橡胶片的总厚度t与梁体水平位移Δ之间应满足下列关系：

式中：tanγ指的是橡胶片的容许剪切角正切值，根据桥规规定：如果汽车荷载制动力忽略不计时，则tanγ采用0.5，而如果需要考虑汽车荷载制动力，则选用0.7。

t≥1.43(Δg+Δp)

式中：Δg指的是支座上的水平位移，主要在上部结构在恒载作用下，由温度等因素引起；Δp指的是作用于支座上的水平位移，主要由汽车荷载制动力引起，其计算公式为

式中：H指的是作用于一个支座上的汽车荷载制动力。

除此以外，支座厚度的确定还应该考虑橡胶支座的稳定性。《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中规定t应该小雨支座顺桥向边长的0.2倍。确定小胶片总厚度以及金属加劲薄板的总厚度后，即可计算支座的总厚度。

4.3 验算支座的偏转情况

公路桥梁主梁受到荷载作用而发生变形后，梁端会产生转角。同时，支座压缩，产生线性变形。为了确保支座偏转时，橡胶与桥梁底部不会出现局部承压，则必须满足以下条件

式中：Eb为橡胶弹性体体积模量；δc指的是支座平均压缩变形；Ee为支座抗压弹性模量；Eb=2 000MPa；R为支座压力标准值，汽车荷载应计入冲击系数。另外，根据《桥规》规定，橡胶支座的竖向平均压缩变形范围应该在0.07∑t以内。

4.4 验算支座的抗滑稳定性

为了保证支座的抗滑稳定性，确保橡胶支座与梁底之间不产生华东，则应该满足以下条件：如果不计入汽车制动力，则

如果计入汽车制动力，则

式中：RG指的是由于桥梁结构自重而产生的反力标准值；RC指的是由于桥梁结构的自重标准值以及0.5倍汽车荷载标准值所产生的支座反力；μ为摩擦系数，根据规定，橡胶与混凝土之间的摩擦系数为0.3；F指的是汽车荷载引起的制动力标准值；A指的是支座平面毛面积。

5 采用板式橡胶支座应注意下列问题

(1)支座抗滑最小承载力主要用于不计汽车制动力时的情况。如果在计算最小抗滑承载力时，当地温度低于-30℃，则还应该考虑抗剪弹性模量增大值。

(2)公路桥梁板式橡胶支座安装，对气候有一定的要求。应该尽量在年平均温度下进行安装，且必须按照设计图纸表明的位置进行安装，保证结构之间紧密接触，没有控制。另外，支座安装还应该尽量保证水平状态，如果必须倾斜安装，则应该将最大纵坡控制在2%以内，而且，还要充分考虑剪切变形产生的影响。

6 结 语

虽然我国已经对公路桥梁中板式橡胶支座设计做出了明确规定，但是对于局部结构总应力，并没有明确规定，导致在后期使用中，支座橡胶经常出现开裂等质量问题。因此，在设计与施工过程中，有关部门和设计人员应该充分考虑到这一问题，做好承载力及厚度计算，保障公路桥梁板式橡胶支座设计质量。

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2015-02-09

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