桥梁设计中支座的选择及应用

胡玲

【摘 要】桥梁支座，将桥面板的各种荷载作用传递到桥墩上，在桥梁结构中发挥着重要作用。本文首先介绍了几种不同类型的桥梁支座，阐述了它们适用的桥梁工程类型，接着分析了桥梁支座应用过程中的问题及支座应用的发展，最后讨论了桥梁设计中支座的设计方法，以供有关部门参考。

【关键词】桥梁；设计；支座；应用

1 桥梁设计中支座的选择

在进行桥梁设计时，桥梁支座的设计占据着十分重要的地位。在整个桥梁结构中，支座是连接桥梁上下结构的重要纽带。它的主要功能是分散上部结构的荷载力到桥梁墩台上，另外，在上部结构受到外力影响时，起到保护梁端、墩台帽的作用。以下对桥梁设计中支座的种类进行了总结，并讨论了不同支座的优点及适用范围，可供施工单位选择桥梁支座提供借鉴。

1.1 板式橡胶支座

这是一种新型的桥梁支座，板式橡胶支座有成本低、安装方便等优点，是由束层包薄胶片以及薄钢板粘合、压制形成的。在桥梁结构的设计中，选用这种支座，能够将桥梁上部结构的反力传递到墩台中，减缓桥梁上部结构的压力。此外，这种支座还具备弹性较好的优点，这有利于梁端的自由转动，减缓桥面压力。较好的剪切变形也是板式橡胶支座的一个优点，它能够适应上部结构的水平位移。在大多数情况下，板式橡胶支座被应用在中小跨径的桥梁中。板式橡胶支座有圆形、矩形两种，在圆形桥墩的桥梁结构设计中主要选择的前者。在具体的设计过程中，板式橡胶支座的高度等参数，要根据实际中的情况来确定。在对这种支座进行安装时，采用的是水平安装的方式。在规定的要求下，进行倾斜安装，应把最大纵坡斜度控制在2%以内，不能超出2%。

1.2 钢支座

在早期的桥梁建设中，钢支座的使用相对广泛。它的种类也相对较多，有辊轴支座、弧型支座、摇轴支座和铰轴支座四种。其中，摇轴支座和弧形支座适用于中小跨度的的钢梁；辊轴支座由于自身的承载力较强，被应用在混凝土梁、大跨度钢梁中。使用这种支座时，要注意铸件的锈蚀问题。一旦铸件受到损害，支座容易冻死，失去应有的功能。为此，在部分桥梁设计的过程中，施工单位一般会选择在活动支座中以聚四氟乙烯滑板代替辊轴，在固定支座、活动支座和下摆的连接之间使用铰轴连接，所以这种支座又被称为铰轴滑板钢支座。

1.3 盆式橡胶支座

此种桥梁支座主要是由橡胶和钢构件两部分组合而成，是桥梁支座发展的新型支座。这种支座的转动性强，能够承受的水平位移量较好。因此，即使是在支座承载力为1000kN以上的大跨径桥梁中，也能发挥出良好的效果。加上盆式橡胶支座相对灵活，所以林区、矿区以及城市轨道交通的桥梁中都可以应用这种支座。单向支座、多向支座和固定支座分别是盆使橡胶支座的三个不同种类。

1.4 球型支座

球型支座的产生是在盆式橡胶支座的基础上发展的。现阶段，随着桥梁技术的不断进步，桥梁结构的种类也发生了变化，比如宽桥和弯桥。这种桥梁支座的设计转角偏大，达到了0.01-0.02rad，在必要条件下，可以调节至0.05rad，已经被部分桥梁工程所选用，并且取得了良好的效果。

2 橋梁设计中支座的应用

2.1 桥梁支座应用过程中的问题

作为桥跨结构的支承部分，支座的功能是将上部结构的反力传递给墩台，并且完成桥梁结构产生的变形、水平位移、转角等工作。在整个桥梁结构中，支座的作用必不可少。但是一些支座在应用过程中，也难免产生一些问题，进而引起桥梁结构受到破坏。以下分析了几种设计中常用的支座在应用过程中出现的问题，并且简单阐述了出现这些问题的原因，以便工作人员对桥梁支座在实际过程中的应用，有一个更加清醒的认识，进而改进设计工作。

（1）转动不灵活、锚栓剪断、上下座板之间纵向错位超限

这些情况主要体现在弧形支座的应用过程中。导致支座出现转动不灵活的情况由多方面的。最主要的是弧形接触面线接触应力过大被压平，进而妨碍了支座的运作；由于梁底钢板和支座锚栓之间是焊接的，焊接缺陷容易导致锚栓疲劳强度，促使锚栓疲劳断裂，最后影响到桥梁结构；一旦支座弧形接触面被压平，梁体纵向将会发生变形，并且无法复位，最终导致梁体受荷载力作用出现伸长或缩短，上下座板之间纵向错位超限。

（2）支座无法复位

在桥梁的设计过程中，支座无法复位现象一般发生在摇轴支座中。仔细追究支座无法复位的原因，可以发现这是因为下摆和支座底板之间的线形接触应力超出承受范围引起的。由于线形接触应力过大，导致接触面被压平，原本的线接触变成了弧面接触。因此，在摇轴支座的实际应用过程中，必须根据实际情况来设计，以规避病害。

（3）锚固螺栓被拔掉、垫石崩裂

这种病害一般出现在铰轴支座的使用过程中，它的情况和前面提到的摇轴支座有点相似。受横向作用力的影响，铰轴支座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最容易受到破坏。因为这种支座的横向限位与摇轴支座有所差距，因而更加容易受到破坏。

（4）橡胶老化、变质

显而易见，这种情况主要体现在板式橡胶支座中。一旦这种支座的橡胶老化或者是变质，梁体将不能自由伸缩，逐渐导致梁端的混凝土破裂，破坏桥梁的结构。

2.2 桥梁支座应用的发展

（1）复合球型支座

这种桥梁支座主要是由耐压材料和钢制成的，它的外观结构和当下的球型支座十分接近。根据功能的不同，分为以下四种：多向活动支座、固定支座、纵向活动支座、横向活动支座。这种支座的优点突出表现在以下几个方面：第一，在支座的上下摆内分别填充了耐压材料，并且填充的耐压材料重量较轻，性能良好；第二，在上下摆的球壳内，耐压材料处于三向应力状态，这使得桥梁的承载能力得以增强；第三，支座结构的设计相对简单，加工起来比较容易；第四，支座的耐久性强。

从构造和用料两个方面，复合球型支座改进了以前的铸造工艺。同时，在改善球型支座的工艺同时，使得支座的造价得以降低，这是桥梁支座应用过程中的一大进步。

（2）双曲面球型支座

近年来，我国科研人员研究出一张新型桥梁支座，用于城市立交桥、城市轨道桥梁等区域，这就是双曲面球型支座。其具备以下优势：上下球面采用不同半径，减震效果好，同时支座摩擦部位选择聚四氟乙烯填充，承载力强。现已经被部分桥梁工程所应用。

（3）新型减震支座

这种支座主要由油压减震器和橡胶减震器两部分组成，主要作用就是通过液体介质的粘滞性，或者橡胶的弹性所产生的阻尼力来实现减震的目标。

2.3 桥梁支座的设计方法

（1）确定支座的尺寸

在这个过程中，需要计算出支座的高度以及支座平面面积。其中，支座平面面积可以通过以下方式进行计算：

σ=Nmax/A≤[σ]

其中，Nmax为最大的支点反力；A为橡胶支座的平面面积；[σ]为支座的平均许用应力。

（2）验算支座偏转与压缩变形

受行车荷载力的作用，桥跨结构在支座处会产生转角。而支座为完成这个转角，必须借助不均匀压缩实现，在这个过中，要防止桥跨结构和支座之间出现“脱空”现象。支座的平均压缩量增大，转动能力也会跟着加强。所以，在转角确定的前提下，必须保证支座的最小平均压缩量，这里用Δs表示。

（3）验算支座抗滑

为发挥出支座的功能，在桥梁设计阶段就应该控制好支座的位置。必须保证水平力作用力下，支座与桥跨结构的接触面、支座与墩台的接触面不会出现相对滑动。这就要求支座和混凝土之间产生一定的摩擦力，这个摩擦力的大小主要是利用摩擦因数与压力以及相關的经验系数确定。

3 结语

当下社会，桥梁结构不断朝着精细化、智能化方向发展，与此同时，研究出荷载力强、抗震性能良好、耐久性强的支座，是未来桥梁支座设计发展的方向，这需要广大工作者的共同努力。

【参考文献】

[1]张勇.既有铁路桥梁支座病害调查及原因分析[J].铁道建筑，2011.

[2]穆祥纯.论新型桥梁支座在城市桥梁建设中的创新发展[J].特种结构，2012.

[3]王勇.浅谈桥梁支座设计理论[J].工程技术，2010.

[责任编辑：张涛]