基于根原因分析的桥梁支座优化设计

摘要：支座安装偏差大会导致支座受力分布发生改变，产生变形、损坏，直接影响支座传递上部荷载的效果，同时会加大桥梁整体变形，影响最终控制成果。桥梁支座位于桥梁与桥墩之间，是传递桥梁载荷、实现桥梁伸缩变形和转动的核心“关节”构件。本文主要对基于根原因分析的桥梁支座优化设计进行论述，详情如下。

关键词：根原因；桥梁支座；优化设计 引言

桥梁支座受结构设计、选材、加工制造、安装施工、环境工况等因素影响，在使用过程中可能会出现钢部件裂损、脱焊、锈蚀、滑板挤出、位移超限、转角超限、螺栓剪断、座板与梁底及支承垫石不密贴等病害型式，造成支座性能劣化甚至失效。根据Q／CR405.3—2016铁路桥隧建筑物劣化评定第3部分：支座标准，在上述支座病害型式中，滑板挤出达到AA（极严重）劣化等级，一旦发生，支座将丧失正常滑移或转动功能，危及桥梁安全，需立即进行支座更换。

1减小摩擦副间的摩擦力

１）防止杂质进入摩擦副，减小摩擦力。球型支座采用分部密封的双密封环的密封方式。在摩擦副周围应设置与非金属滑板同材质的密封圈，两者变形量相当，能够有效防止硅脂流失及外部杂质混入，从而使摩擦性能稳定不变，满足长期使用的要求。在安装过程中应注意密封环接口处理方式，避免间隙过大。２）避免支座位移超限时不锈钢焊缝滑入摩擦副中。支座在出厂时可根据设计提前进行预偏，便于现场安装。长联大跨连续梁桥因桥梁跨数多、联长长、施工周期长，已经合龙完成的梁体在温度、混凝土收缩徐变等因素影响下会产生纵向变形，导致桥墩活动支座的位移量大，桥梁支座所需预偏量较大。为避免支座位移超限时不锈钢与座板焊缝滑入摩擦副中导致摩擦系数急剧增大，支座出厂时需根据梁体偏移情况精确计算预偏量或增设预偏结构，以满足大调偏量的需求。

2支座质量检测

公路桥梁工程建设与施工过程中容易受到环境等多方面因素的影响而出现质量问题，严重影响公路桥梁的使用。所以为了保证公路桥梁的安全使用，需要定期检测。对不同公路桥梁工程，应针对工程具体情况，制订不同检测方案，但总体检测内容基本相同，主要包括裂缝、桥面结构、上部结构、下部结构的缺陷检测，支座质量检测，混凝土强度、碳化深度、钢筋保护层厚度及锈蚀检测等重要构件参数检测。在桥梁的上部结构与下部结构之间，采用桥梁支座的形式连接到一起，具有承重、传递力的作用，直接影响整个桥梁的使用效果，因而需要将其作为公路桥梁检测的主要内容之一。对支座进行检测时，选择的是无损检测法，以支座裂缝检测为例，可选择单面超声检测法，主要操作原理与方法为：在不受钢筋影响的位置处布置多个不同的测点，并在支座周边合理位置处固定超声检测设备，将检测设备启动后，设备自动向待测支座发出超声波，超声波接触到支座后，可将超声波反射回去，设备接收到反射回的声波后，记录下相应信息，根据这些数据信息的计算，即可推导出支座裂缝的深度。

3加固方法

粘贴碳纤维纤维复合材料加固法（CFRP）是近些年才兴起的加固方法，碳纤维复合材料主要是由基体与纤维构成，是将高强度、高弹性模量的连续碳纤维单项排列成束，然后浸渍树脂，放入模型中固化，后连续拉挤成型。与钢材料不同的是，其本构呈完全弹性，不存在塑性区，也无屈服点，具有良好的抗拉性能，耐腐蚀性能好。当碳纤维材料参与工作时，会和被加固构件共同受力，从而限制裂缝的发展，增强构件刚度，优化梁体受力情况。同时，CFRP不仅能够加强桥梁部件的抗剪承载力，对构件的变形程度也能大大减小。该方法也是通过使用黏结剂将纤维增强复合材料与原桥黏结，形成一个复合材料体，使两者协同工作从而增强桥梁刚度与整体承载力。

4支座失效应对方略

（1）桥梁支座安装过程中，施工单位未注意桥梁的横坡与纵坡方向，直接导致支座系统预留高度不足。支座安装后，支座竖向产生较大变形，支座无法正

常工作。（2）设计单位施工图设计时，未考虑足够的支座垫石尺寸，导致支座横向移动时，部分脱离垫石，受力脱空。（3）固定支座在施工过程中，未按照相应规范要求将支座固结于下垫石上，在上部结构安装时，固定支座产生相对位移，使得支座不能均匀受力等。在桥梁支座安装时，应注意以下易错事项：（1）安装支座前，应详细检查类型、型号及其相关技术性能指标是否与设计图纸相符。（2）支座上、下垫石的混凝土型号建议与桥梁上部主梁混凝土型号保持一致，支座垫石配置钢筋严格按照设计图纸要求，以保证垫石强度。垫石顶面应平整，施工单位应复核相应规范推荐的支座垫石尺寸，避免发生支座脱空等现象。（3）支座安装前应将保证下部桥墩、桥台支座垫石干净、无杂物，同时用硬性水泥砂浆抹平。最后复核支座上、下垫石的标高是否符合设计要求。（4）将设计图上标明的支座中心位置标在支承垫石及橡胶支座上，橡胶支座准确安放在支承垫石上，以保证安装的支座中心线同上、下垫石中心线相重合。（5）当桥梁纵坡、横坡较大时，会导致桥墩及桥台两端支座标高不同，支座应严格按照设计单位给定参数表进行安装。（6）在吊装上部结构前，需保证下垫石或楔形砌块表面干净并进行拉毛处理。上部结构吊装时，梁、板位置应准确并与支座贴合，当上部梁、板吊装放置位置与图纸不符或支座与上部接收不紧邻时，需重新进行起吊，严禁用撬棍移动梁板。（7）上部结构吊装完成或现浇完后，单个预制梁、或空心板构件与支座紧密贴合后，需及时浇筑梁间纵向湿接缝，以确保横桥向相邻梁板直接及时固结。防止梁产生横向位移，导致支座产生较大竖向剪切力。

5 FPB的结构设计

摩擦摆支座主要的设计参数为竖向承载力、隔震半径、摩擦因数、地震位移。为了准确地得到这些参数，需要建立整桥的有限元分析模型，并进行线性时程分析。我们一般通过反应谱的方法计算出不同烈度、不同特征周期的摩擦摆支座隔震参数，其中最主要的是基于项目地区的地震加速度反应谱来选择合适的参数。摩擦摆支座由上球面钢板、上球面耐磨板、球冠衬板、下球面耐磨板、下支座板组成，支座通过2个球面副提供承载、转角和位移等功能。摩擦摆支座的结构设计是实现摩擦摆支座功能的基础，其重点有耐磨板材质选择、耐磨板压力校核等。耐磨板是摩擦摆支座减震耗能的核心部件，必须保证支座的滑动与转动功能，对

于转动耐磨板，其摩擦因数越小越好；对于滑动耐磨板，其干摩擦因数要大，热稳定性要好，线磨耗率要低，才能很好地满足设计要求。

结语

桥梁支座是一种受力较大的附属部件，虽然支座内部构造简单，但在桥梁整体结构受力中承担着重要角色。桥梁支座由于其材料的特殊性，主承力支座较易发生脱空、错位、变形、开裂的病害。这将很大程度影响桥梁的设计使用年限及寿命。因此，需增强中期运营巡查、检修中对支座的检查力度。后期桥梁脱空检测、支座维修加固施工均需要严格依照行业技术规范，并在桥梁加固后，需切实增强养护方案的有效性。

参考文献

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