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中圖分類號:U445.74 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)16-0355-01
1 安裝支座出現(xiàn)的常見問題及解決方案
1.1 有關(guān)預制梁底的問題
1.1.1 模板施工不規(guī)范
主要問題:不規(guī)范的使用橋梁預制梁的梁底支座處的模板。這種不規(guī)范表現(xiàn)在很多方面,例如,有的采用竹膠板為模板,這樣模板在施工時平整度很難得到保證,影響預制梁體的預制精確性;有的采用平整度很差的鋼板,通過在鋼板下面塾些木塊、磚頭等進行施工,這些模板的施工很不規(guī)范這些因素將會直接影響梁靴的預制的精確性,最終導致支座安裝后出現(xiàn)偏壓和單側(cè)脫空等現(xiàn)象。
解決方案:首先要求梁靴底面必須采用具有足夠剛度和有較高平整度的鋼模板;其次,為了保證模板下支承的穩(wěn)定性,應(yīng)該采取一定的措施;最后,在立模時,必須保證模板的橫向平整度及梁靴縱向設(shè)計角度滿足設(shè)計的要求。
1.1.2 鋼板施工不規(guī)范
鋼板施工不規(guī)范主要表現(xiàn)為:鋼板厚度不夠、使用已經(jīng)銹燭不銹鋼鋼板、用薄鐵片取代不繡鋼鋼板、采用]接的將不銹鋼鋼板爆在鋼板中以及橡膠支座上鋼板和不銹鋼板不配套等。
解決方案:一定要購買生產(chǎn)支座廠家所加工的與橡膠支座相配套的上鋼板及不誘鋼板。如果沒有購買支座廠家的配套產(chǎn)品,必須找大廠加工制作,鋼板和不銹鋼板必須經(jīng)過檢驗合格才能投入使用。
1.1.3 在橡膠支座上沒有預埋上鋼板,導致梁靴底面的混凝土和椽膠支座直接接觸。
解決方案:首先將梁體頂起把梁底混凝土進行鑿毛后,對與橡膠支座配套的上鋼板進行預埋,然后將安裝好不銹鋼鋼板,最后落梁即可。在饒筑混凝土時,如果發(fā)現(xiàn)混凝土把預埋的上鋼板和不銹鋼板包裹,必須在不損壞不銹鋼板的前提下將包裹的混凝土層鑿除,使得不銹鋼板清潔后再落梁。
1.1.4 出現(xiàn)四氟板橡膠支座與梁底的脫空時,采用塞鋼板的方法處理。
解決方案:當四氟板橡膠支座頂面與梁靴之間脫空時,不可在脫空處塞鋼板,這樣會阻礙該支座的滑板滑動。這種塞鋼板的方法,僅適用于小跨徑橋梁的普通板式橡膠支座頂面與梁底脫空的情況。
1.1.5 清潔處理不到位
在起吊后安裝前,沒有對梁底面上的雜物進行清除,四氟滑板橡膠支座與鋼板之間有很多水泥砂S,導致支座摩擦力增加。
解決方案:在梁體吊起后安裝前,必須對梁底進行清潔,尤其需要對四氟滑板橡膠支座的上鋼板的清潔,該支座表面和不銹鋼板表面應(yīng)用水清洗干凈,風干后再用丙酮或酒精擦洗干凈。
1.2 有關(guān)支座塾石的問題
1.2.1 支座墊石的施工不規(guī)范
支座塾石施工過程中,施工不規(guī)范的現(xiàn)象十分常見,其中包括支座墊石頂面平整度不夠、位置偏離不正確以及有些墊石局部被破壞等。
解決方案:為了確保墊石位置準確不出現(xiàn)偏差,應(yīng)該在支座墊石內(nèi)預埋鋼筋網(wǎng);為了防止塾石不受破壞,應(yīng)對墊石采取相應(yīng)的保護措施。如果被損壞的墊石面積較小,可用環(huán)氧砂\進行修復;但是如果損壞面積較大,則必須小心地鑿除塾石,重新繞筑高標號混凝土,采用砂獎?wù)移綁|石頂面,嚴格控制塑石幾何尺寸以及對支座墊石位置進行準確的放線,避免出現(xiàn)上述問題。
1.2.2 在支座安裝前,找平方式不合理導致支座安裝后與塑石之間出現(xiàn)干縮縫。通常找平不合理的方式有:用水泥干灰來找平墊石頂面、用砂S水灰比過大或非干硬性砂\的水泥砂\來找平塾以及用砂\找平梁靴等。
解決方案:應(yīng)采用環(huán)氧砂獎或干硬性砂裝找平墊石頂面,必須待砂\達到設(shè)計強度后才能落梁。但是,不能采用在支座出現(xiàn)脫空處填塞砂裝的方法找平,尤其是當梁靴不平時,這種方法更加不可行
1.2.3 對墊石頂面高程誤差的處理不規(guī)范
當發(fā)現(xiàn)支座墊石頂面高程高于設(shè)計值時,隨意鑿除支座墊石后,將支座安放在菌除后未經(jīng)過處理的墊石上。
解決方案:鑿除墊石后必須經(jīng)過處理后才能安放支座,一般通過找平墊石頂面并確保墊石設(shè)計高度的方法進行處理。
2 橋梁整體頂升更換橋梁支座施工技術(shù)分析
2.1 整體同步頂升更換支座
整體同步頂升施工就是在維修更換橋梁支座時,對使用的所有電動同步千斤頂在整個頂升過程中,保持頂升速度一致、出虹量一致、梁板整體抬升高度一致,不改變橋梁上部結(jié)構(gòu)原來的受力狀態(tài),是保護橋梁在施工中不受損害的一項重要的措施。
2.2 單墩逐繳頂升更換支座
單繳逐墩頂升法就是保證橋面鋪裝完整性的情況下進行施工,單個橋墩處使用頂升設(shè)備頂升梁體,待梁體與支座脫離抽出支座,鑿出支座墊石上的灌菜料后進行支座更換。施工布置:先把墩頂混凝土表面打磨好放置千斤頂和砂箱,在砂箱上安放好剛支撐,檢查調(diào)試好頂升設(shè)備后,在關(guān)鍵截面處安放百分表及布置應(yīng)力應(yīng)變測點;然后進行試頂升消除支撐本身的非彈性變形后,開始正式頂升即分階段、緩慢、均勻地將梁體頂升到預定高程,在其過程中跟蹤監(jiān)控位移和應(yīng)力變化情況,發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整;接著回油落梁到臨時支撐,使梁體回落到比設(shè)計位置高出一定距離,進行支座底灌裝料去除和雜物清除;最后進行支座更換,在其過程中跟蹤監(jiān)控位移和應(yīng)力變化情況,發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。
2.3 枕木滿布式支架法更換支座
在顧安邦教授主編的《橋梁工程》中指出,在更換支座時,采用枕木滿布式支架法就是在橋跨下的地面上布置枕木作為基礎(chǔ),設(shè)置木支架到橋梁的梁體處,在木支架上布置千斤頂將梁體頂起完成更換支座。所布置的支架主要由排架和縱梁等部件組成,其中縱梁為受壓構(gòu)件。
2.4 鞍型支架法更換支座
這里所指的鞍型支架法,是指直接用橋淖魑支撐,在蓋梁上搭設(shè)鞍型支架放置千斤頂將梁體頂起進行支座更換的方法,施工步驟為:首先將鋼梁穿過蓋梁,然后將預先爆好的型掛梁在兩側(cè)掛上,接著在掛好的掛梁上布置千斤頂?shù)耐瑫r,將吊籃加在兩側(cè)梁上,最后在吊籃上通過控制千斤頂將梁體頂起,完成支座更換。
2.5 鋼扁擔梁法更換支座
用鋼扁擔梁法更換支座時以橋面為基礎(chǔ),支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體,該方法運用扁擔的原理,在相鄰跨利用鋼扁擔梁和鋼帶使用千斤頂將梁體頂起,完成支座更換過程。施工步驟為:首先在頂升梁體上打孔和綁扎鋼帶,然后將鋼扁擔梁布置好,最后以相鄰的跨梁體為支撐基礎(chǔ),通過相關(guān)頂升設(shè)備將梁體頂起更換支座。
2.6 橋面鋼導梁法更換支座
與用鋼扁擔梁法更換支座一樣,橋面鋼導梁法更換支座以橋面為基礎(chǔ),支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。主要施工步驟:首先在頂升梁體上打孔,打完孔后將鋼帶綁扎好,然后將鋼梁布置好,最后以相鄰跨梁體為支撐基礎(chǔ),將梁體頂起進行支座更換。
結(jié)束語:
支座更換是一項復雜、嚴謹?shù)墓ぷ?。梁橋支座的更換對施工技術(shù)和施工經(jīng)驗要求較高,必須嚴格統(tǒng)一指揮,控制相鄰墩臺的高差,確保結(jié)構(gòu)不會因頂升受力不均衡產(chǎn)生次應(yīng)力和次生病害。因此,施工過程中,必須嚴格按照施工圖紙和相關(guān)技術(shù)規(guī)范、標準施工,確保頂升前后梁底標高不變,支座與梁體密貼。
參考文獻:
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關(guān)鍵詞:板式橡膠支座;病害;剪切破壞;變形;防治措施
中圖分類號:O47文獻標識碼: A
支座作為橋梁的“五大件”,在減小主梁與墩臺之間的摩擦力方面起著十分重要的作用。板式橡膠支座是橋梁上下部的連接點, 承受著車輛荷載的反復作用, 同時由于暴露在大自然中, 受到環(huán)境溫度等的影響,再加上不良的施工環(huán)境及支座本身的質(zhì)量問題, 使支座過早地出現(xiàn)大量的病害。
一、板式橡膠支座病害原因分析:
1.1 設(shè)計方面原因
(1)設(shè)計荷載過低 ,由于設(shè)計時沒有充分考慮到車流量的增加和超載車輛的數(shù)量,支座設(shè)計時按照正常承載力水平進行設(shè)計,支座承載能力的富余量不足,導致支座的設(shè)計荷載不能滿足現(xiàn)實中車輛運行時所需要的荷載要求,致使支座長期處于超載運行狀態(tài)之下,支座較早的出現(xiàn)了破壞。
(2)對板式橡膠支座的性能了解不夠, 對設(shè)計所需板式橡膠支座的尺寸以多大為宜通常不做驗算,使設(shè)計支座過早地由于抗壓、抗剪不足等方面的原因造成損害。
(3)當梁體出現(xiàn)較大的縱向坡度時, 支座調(diào)整措施不當, 使支座與梁體不能密貼, 受力不當而造成破壞。
1.2 制造與施工的原因
(1)橋梁支座的制造對于原材料和結(jié)構(gòu)均有嚴格的規(guī)定, 鋼板的厚度、鋼板的層數(shù)、橡膠的厚度、品種等全部有明確的規(guī)定。而一些不具備生產(chǎn)條件和檢測手段的企業(yè)或者手工作坊, 在制造過程中, 沒有嚴格的工藝規(guī)程和生產(chǎn)配方, 粗制濫造, 給產(chǎn)品質(zhì)量帶來隱患, 給工程造成損失。
(2)由于施工期間不能嚴格保證施工質(zhì)量,導致支座墊石存在一定高差,當支座安裝完成以后,梁底的支座不能保證同時受力,高差小時可能引起支座受力大小不均,如果高差過大,可能導致個別支座出現(xiàn)脫空現(xiàn)象,而有些支座出現(xiàn)受力過大等現(xiàn)象。由于個別支座出現(xiàn)脫空現(xiàn)象時,受力的支座所承受的豎向力是設(shè)計荷載的 2 倍,這就造成了設(shè)計荷載明顯不能滿足實際運行狀況時的荷載,致使支座的壽命大大縮短。如果支座墊石的表面混凝土平整度不高,當支座安裝完成以后,在長期的運行期間,會導致支座過早的出現(xiàn)變形。
1.3 安裝及養(yǎng)護的原因
(1)支座墊石表面不平整, 使支座安放后局部出現(xiàn)脫空, 表面受力不均勻。支座墊石頂面標高控制的不好, 使一片梁底4個支座受力不均勻, 尤其一端安置的兩個支座, 支座偏壓嚴重, 支座表面異常鼓出或出現(xiàn)局部脫空。墊石表面的浮砂、油污未清理干凈, 沾上油污后使支座過早地出現(xiàn)老化現(xiàn)象。梁體有縱、橫坡時, 支座上承面( 梁底調(diào)坡楔塊) 安放不理想, 使支座出現(xiàn)偏壓、初始剪切變形等現(xiàn)象的發(fā)生。
(2)由于支座在墩臺頂部,處于比較高的位置,所以檢測和養(yǎng)護都非常不便,從而導致在平時的橋梁養(yǎng)護中忽略對支座的養(yǎng)護或?qū)χё酿B(yǎng)護不到位。如果橋梁的伸縮縫的橡膠止水帶破壞,導致支座處的梁體有滲水現(xiàn)象,支座被水浸濕,從而導致支座出現(xiàn)老化現(xiàn)象;一旦混有油脂的雨水將支座浸濕,支座老化的速度會進一步加快,如果養(yǎng)護不及時,不能及時切斷水源,支座破壞的速度會越來越快。如果同一片梁底下的支座有一個發(fā)生了破壞,另外一個支座也將很快破壞。
二、板式橡膠支座破壞的預防
2.1 做好設(shè)計工作
在設(shè)計時加強對現(xiàn)實狀況的考察,及時準確的預測未來交通量的大小和增長情況,并留有足夠的安全儲備,保證在橋梁運行期間不會出現(xiàn)支座過早出現(xiàn)破壞的現(xiàn)象發(fā)生。在新橋的設(shè)計過程中,要根據(jù)橋梁自身特點選擇合適的支座類型,以免支座因受力特點不同而出現(xiàn)過早破壞。
2.2 做好施工工作
(1)支座進場需提品合格證和出廠證明, 產(chǎn)品合格證書中應(yīng)有支座技術(shù)性能指標。支座進場前需按批次、單元進行規(guī)定頻率的抽樣檢驗, 各項性能指標均應(yīng)滿足JT/T4―2004的要求。
(2)施工前,要針對產(chǎn)生支座脫空的原因,認真制定防治支座脫空問題的技術(shù)措施和質(zhì)量控制措施,從梁板預制、墊石施工、支座安裝、梁板安裝等各工序入手,清除產(chǎn)生支座脫空的因素,并在施工工藝中明確,同時,要認真做好技術(shù)交底工作,使各級管理及施工操作人員都了解和掌握,在施工過程中要嚴格檢查,控制過程,發(fā)現(xiàn)問題,及時處理。
(3)要嚴格控制蓋梁及墩臺帽施工質(zhì)量,其坡度、標高、表面平整必須達到標準要求。墊石施工要精細,墊石除達到要求的強度外,頂面標高控制要非常嚴格,且頂面平整密實,沒有偏斜現(xiàn)象。
(4)支座在順橋向和橫橋向的方向、位置應(yīng)準確,安裝時應(yīng)進行檢查核對,避免反置。當順橋向有縱坡導致兩相鄰墩臺的高程不同時,支座安裝對高程的控制應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定,且同一片梁在考慮坡度后其相鄰墩墊石頂面高程的相對誤差不得超過3mm。
(5)梁、板吊裝時,就位應(yīng)準確且底面應(yīng)與支座密貼,否則應(yīng)將梁、板吊起,重新調(diào)整就位安裝;安裝不得采用撬棍移動梁、板的方式進行就位。
2.3 做好養(yǎng)護工作
(1)定期對支座進行檢查, 發(fā)現(xiàn)支座存在的問題, 做好觀測記錄。對發(fā)現(xiàn)的一些問題及時進行處理如支座處積水、支座表面油污、支座表面局部脫空現(xiàn)象等。對嚴重影響橋梁正常使用的支座及時予以更換處理。
(2)養(yǎng)護部門要進一步加強對支座的養(yǎng)護,不能因為支座的位置特殊就疏于養(yǎng)護或放棄養(yǎng)護,而要做到及時養(yǎng)護,有問題早發(fā)現(xiàn),早解決,及時更換老化、變形和破壞的支座,不留安全隱患。
三、總結(jié)
對于橋梁支座,在分析其破壞原因時,應(yīng)綜合考慮影響其正常使用的各種因素,從而才能正確地制定其相應(yīng)地病害處理措施在橋梁支座的日常維修養(yǎng)護中,要及時地發(fā)現(xiàn)病害并及時地處理,最大程度地減少由于橋梁支座的病害而給橋梁主體結(jié)構(gòu)造成的損害。
參考文獻:
[1]JT/T4-2004,公路橋梁板式橡膠支座
[2]JTG/T F50-2011,公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范
[3]JTG H11-2004,公路橋涵養(yǎng)護規(guī)范[S]
【關(guān)鍵詞】橋梁;支座;設(shè)計;抗震設(shè)計
0 引言
橋梁支座作為橋梁的重要組成部分,在橋梁的整體中起著非常重要的作用,它使橋梁構(gòu)成一個整體,橋梁支座也是橋跨結(jié)構(gòu)的重要支撐部分,它是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要部件。它能夠?qū)蚩缃Y(jié)構(gòu)的支撐反力傳給橋墩,并且它還需要能夠保證橋跨結(jié)構(gòu)在荷載和溫度變化的作用下具有設(shè)計時所要求的一些靜力條件,從而能夠適應(yīng)梁體轉(zhuǎn)動和自由伸縮的需要。并且還應(yīng)該具備便于安裝、維修和養(yǎng)護的作用,支座還必須能夠保證在墩臺上的位置充分的固定,不能滑落。橋梁支座的好壞直接影響著橋梁的整個結(jié)構(gòu),因此對橋梁支座的研究是非常重要的。
1 橋梁支座的分類
按支座變形的情況分為:固定支座、單項活動支座、多向活動支座。
按支座材料的情況分為:鋼支座、混凝土支座、鉛支座、聚四氟乙烯支座、橡膠支座。
按支座結(jié)構(gòu)形式分為:弧形支座、板式橡膠支座、搖軸支座、盆式橡膠支座、球型支座等。
下面簡單介紹幾種支座:
(1)板式橡膠支座
板式橡膠支座由數(shù)層薄橡膠片與薄鋼板鑲嵌、粘和、壓制而成。它需要具有足夠的豎向剛度,以承受垂直荷載,能將上部結(jié)構(gòu)的反力可靠地傳遞給墩臺,需要有良好的彈性,以適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動,有較大的剪切變形以滿足上部結(jié)構(gòu)的水平位移。板式橡膠支座適用于中小跨徑的公路、城市和鐵路橋梁。我國公路橋梁規(guī)范規(guī)定,標準跨徑20m以內(nèi)的梁和板橋,一般可采用板式橡膠支座,但在實際應(yīng)用中往往超越上列跨徑界限,只要嚴格按設(shè)計原則考慮,均能取得比較滿意的結(jié)果。板式橡膠支座有矩形和圓形兩種。國產(chǎn)板式橡膠支座的支座承載能力范圍可在150~7000KN間。
(2)盆式橡膠支座
盆式橡膠支座是鋼構(gòu)件與橡膠組合而成的新型橋梁支座。具有承載力大、水平位移量大、轉(zhuǎn)動靈活等特點,適用于支座承載力為1000KN以上的大跨徑橋梁,也適用于城市、林區(qū)、礦區(qū)的橋梁。盆式橡膠支座按使用性能可分為:雙向活動支座(又稱多向活動支座),具有轉(zhuǎn)動和縱向與橫向滑移性能;單向活動支座,具有轉(zhuǎn)動和單一方向(縱向或橫向)滑移性能;固定支座僅有轉(zhuǎn)動性能。
(3)大噸位的球形鋼支座
隨著大跨度橋梁結(jié)構(gòu)的發(fā)展,要求橋梁支座的承載能力大,同時具備適應(yīng)大位移和轉(zhuǎn)角的要求。球形鋼支座傳力可靠,轉(zhuǎn)動靈活,它不但具備盆式橡膠支座承載能力大,允許支座位移大等特點,而且能更好的適應(yīng)支座大轉(zhuǎn)角的需要,與盆式橡膠支座相比具有如下優(yōu)點。
①球形鋼支座通過球面?zhèn)髁Γ怀霈F(xiàn)力的縮頸現(xiàn)象,作用在混凝土的反力比較均勻。
②支座各向轉(zhuǎn)動性能一致,適用于寬橋、曲線橋。
③支座不用橡膠承壓,不存在橡膠老化對支座轉(zhuǎn)動性能的影響,特別適用于低溫地區(qū)。
(4)拉力支座
在連續(xù)橋梁、懸臂橋梁、斜橋、寬懸臂翼緣箱梁橋以及小半徑曲線橋上,因荷載的作用,在某些支點上產(chǎn)生拉力,在這種情況下,必須設(shè)置能抗拉、并且能承受相應(yīng)的轉(zhuǎn)動和水平位移的支座。球形鋼支座、盆式和板式橡膠支座都能變更功能作為拉力支座,這種變更既可用于固定支座,還可用于活動支座。板式橡膠拉壓支座能夠用于拉力較小的橋梁,對反力較大的橋梁則用球形抗拉鋼支座或盆式拉力支座更適合。但是,支座拉力超過1000KN時,上述結(jié)構(gòu)則不經(jīng)濟。
(5)減震隔震支座
地震地區(qū)的橋梁支座不僅應(yīng)滿足支承要求,同時應(yīng)具有減震、防震等各種功能。按抗震要求設(shè)計的支座必須具有抵抗地震力的能力;而減、隔震支座的作用是盡可能地將結(jié)構(gòu)或部件與可能引起破壞的地震地面運動分離開來,以大大減少傳遞到上部結(jié)構(gòu)的地震力和能量。目前國內(nèi)主要的減、隔震支座和抗震支座的類型有新型減震橡膠支座、抗震型球形鋼支座、高阻尼橡膠支座和鉛芯橡膠支座。
2 支座設(shè)計計算(以板式橡膠支座為例)
2.1 確定支座的尺寸
支座尺寸包括支座平面面積與支座高度兩部分數(shù)據(jù)的確定。
支座平面面積可以這樣計算:
支座橡膠層總厚度Σσ1:則Σσ1滿足(la/10)≤σ1≤(la/5),即20 ≤σ1≤40要求。同時不計制動力時σ1≥2ΔL
其中Nmax為最大的支點反力;A為橡膠支座的平面面積;δ為支座的平均許用應(yīng)力。Δla=-Δt×αt×l×β
根據(jù)S=la×lb/2×(la+lb)×δ1
支座高度由橡膠高度與鋼板高度兩部分構(gòu)成,橡膠高度由支座所要提供的剪切變形量(它將決定縱向位移量)來確定,而且要符合規(guī)范中要求總高度小于等于支座沿橋縱向長度的1/5的規(guī)定。鋼板高度即為約束橡膠片各層薄鋼片的厚度之和。
2.2 驗算支座偏轉(zhuǎn)與壓縮變形
橋跨結(jié)構(gòu)在支座處會產(chǎn)生轉(zhuǎn)角,支座通過不均勻壓縮來提供這種轉(zhuǎn)動能力,同時支座與橋跨結(jié)構(gòu)之間不能有“脫空”現(xiàn)象發(fā)生,支座的平均壓縮量越大這種轉(zhuǎn)動能力就越強,這就要求在轉(zhuǎn)角一定的條件下,支座要保證一個最小的平均壓縮量Δs,Δs可以這樣求得:Δs=-Δt×αt×l×β
其中,E為橡膠支座的彈性模量;Σσ1為橡膠層的總高度。
此外,規(guī)范還規(guī)定了支座平均壓縮量的最大值不應(yīng)超過橡膠總厚的5%。
2.3 驗算支座抗滑
支座要想發(fā)揮起作用,必須要保證其處于設(shè)計的位置,在水平力作用下在支座與橋跨結(jié)構(gòu)的接觸面上以及支座與墩臺的接觸面上不能出現(xiàn)相對滑動,這種保證來自于支座與混凝土之間要有足夠的摩擦力,摩擦力的大小可以通過壓力與摩擦因數(shù)再考慮一定的經(jīng)驗系數(shù)來確定。
3 減震隔震支座的設(shè)計分析
3.1 減震隔震支座的設(shè)計
減隔震支座設(shè)計的目的是使地震作用下大部分能量集中于減隔震支座,而降低下部結(jié)構(gòu)所承受的慣性力和延性需求。工程結(jié)構(gòu)抗震減震控制的方法按照是否有外部能源輸入可分為以下五類:①被動控制(無外部能量輸入);②主動控制(有外部能量輸入);③半主動控制(有少量能量輸入);④混合控制(有部分能量輸入);⑤智能控制(有少量能量輸人)。多質(zhì)點體系地震作用下振動方程為:[M]{X″}+[C]{X′}+[K]{X}=-[M]{I}{Xg″}其中,[M]、[C]、[K]分別為結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣;{X}、{X′}、{X″}分別為結(jié)構(gòu)反應(yīng)的位移、速度、加速度矩陣;{Xg″}為地面運動的加速度矩陣??梢姡瑯蛄航Y(jié)構(gòu)的地震反應(yīng)與地面運動的加速度、結(jié)構(gòu)的質(zhì)量、阻尼和剛度有關(guān)。與傳統(tǒng)的依賴加大結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸,增大配筋率,以提高結(jié)構(gòu)剛度的“硬抗”方法相比,按上述思想與方法進行減震隔震設(shè)計,較大的節(jié)約了工程量,經(jīng)濟效益顯著。
3.2 防震支座與防護設(shè)施的施工為使支座及其防護措施能夠正常使用,發(fā)揮減震隔震的作用,支座的施工質(zhì)量要求較高
依據(jù)抗震支座及其防護措施的施工經(jīng)驗,總結(jié)以下施工注意事項:(1)支座頂面要嚴格保持水平。先對墩臺頂面的墊石用砂輪打磨平整,其平整度誤差控制在1mm以內(nèi)。然后,均勻地鋪厚度相同的環(huán)氧樹脂砂漿,放置支座,擰緊螺栓。(2)安裝支座后,應(yīng)在鋼盆內(nèi)的位移槽中填塞泡沫或棉絮,以避免梁體施工時,混凝土及雜物落入支座內(nèi),最終影響支座的自由位移。臨時支座拆除后,及時將泡沫或棉絮取出。(3)臨時固結(jié)支座施工與拆除,勿損害永久支座。尤其拆除,若人工拆除,防止混凝土碎碴和切割鋼筋時碎片等落入支座滑移槽??刹捎梦⑴蛎浾ㄋ幉鸪?,方便快捷。
4 結(jié)束語
橋梁支座作為橋梁的重要組成部分,在橋梁的整體中起著重要的作用,它將直接影響橋梁結(jié)構(gòu)的使用性能和壽命。作為橋梁重要構(gòu)件的支座在應(yīng)用中存在的質(zhì)量隱患令人擔憂,對結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性產(chǎn)生不容忽視的影響。
【參考文獻】
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近年來,纖維增強聚合物材料(FiberReinfo-rcedPolymer,以下簡稱FRP)因其具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固,其中內(nèi)嵌FRP材料加固法有諸如:不易剝離破壞、抗沖擊、耐火等諸多優(yōu)點而成為研究的熱點[1―4]。目前,內(nèi)嵌FRP材料加固混凝土梁主要集中于簡支梁研究[5―8],然而實際工程中懸臂構(gòu)件也較多[9],懸臂梁表層嵌粘(Near-SurfaceMounted,以下簡稱NSM)FRP材料的研究較少。因此,本文通過對懸臂梁支座區(qū)域附近表層內(nèi)嵌FRP筋,研究其改善性能。
1試驗設(shè)計
1.1試驗梁的設(shè)計與制作本試驗中的試驗梁均設(shè)計為矩形截面,其混凝土設(shè)計強度為C30,截面尺寸為:b×h=150mm×250mm,梁長3200mm,側(cè)跨凈跨為2000mm,懸臂長為1000mm。其配筋為:受力主筋采用214的HRB335級鋼筋,架立筋也為214的HRB335級鋼筋;箍筋為8的HPB235級鋼筋,間距100mm,關(guān)于試驗梁的尺寸和配筋設(shè)計方案如圖1所示。
1.2加固試驗方案本試驗加固材料采用玄武巖纖維(BasaltFiberRe-inforcedPolymer,以下簡稱BFRP)筋與碳纖維(CarbonFiberReinforcedPolymer,以下簡稱CFRP)筋,在懸臂端負彎矩區(qū)嵌入1200mm長的FRP筋進行抗彎加固,粘結(jié)材料采用環(huán)氧樹脂膠粘劑。由于懸臂梁懸臂端受剪切作用影響較大,故部分試驗梁在其側(cè)面開槽內(nèi)嵌BFRP筋進行抗剪加固,在懸臂端支座處(負彎矩區(qū))梁體兩側(cè)內(nèi)嵌250mm長的BFRP筋。本文通過不同F(xiàn)RP筋類型、是否進行抗剪加固及不同的加固量和是否施加初始荷載等試驗參數(shù)對懸臂梁支座附近彎、剪性能進行試驗研究,具體方案如表1。
1.3測點布置與加載方案懸臂端支座處受拉鋼筋和FRP上均粘貼應(yīng)變片,如圖2所示。試驗梁荷載通過手動千斤頂、分配梁和反力架提供集中荷載得以實現(xiàn)。加載通過分級的方式對試驗梁施加荷載,在加載前進行預加載,使得試驗梁的各個部位結(jié)合密實。具體的測點布置和加載方案如圖2所示。
2試驗結(jié)果
懸臂梁內(nèi)嵌FRP筋加固后,由于FRP-混凝土間粘結(jié)性能較佳,并未發(fā)生剝離破壞,試驗梁的破壞模式均為混凝土受壓破壞;且試驗梁通過加固后,其承載力得以提高,裂縫開展和變形得以控制。
2.1承載力分析表2為各試驗梁開裂荷載、屈服荷載、極限荷載的實測值。由于未進行基準梁對比試驗,通過理論計算提供未加固基準梁RB的承載力數(shù)據(jù),其計算開裂荷載、屈服荷載和極限荷載分別為7.64kN、21.67kN和22.8kN。與未加固基準梁RB相比,梁CN1、梁CN2、梁CN3和梁CN4的屈服荷載分別提高了22.3%、24.6%、15.4%和6.2%,極限荷載分別提高了64.2%、53.2%、64.2%和48.9%,但開裂荷載則并未與屈服荷載、極限荷載表現(xiàn)的相同,梁CN1顯示提高了4.7%,而梁CN2、梁CN3則分別降低了14.9%、1.8%。梁CN2、梁CN3均為側(cè)面開槽內(nèi)嵌FRP筋進行彎剪加固的試驗梁,由此可見側(cè)面開槽可能會對試驗梁的混凝土造成損傷,影響其開裂荷載,并且也將對試驗梁屈服荷載、極限荷載產(chǎn)生細微的影響,從而掩飾了BFRP筋與CFRP筋加固效果的差別;而通過梁CN3、梁CN4承載力相比,二次受力梁CN4在持續(xù)荷載作用下加固后承載力的增幅效果有所降低,但通過總體比較,內(nèi)嵌FRP筋加固懸臂梁能夠有效的提高其承載力。
2.2變形分析圖3所示為各試驗梁的懸臂端荷載-撓度曲線對比圖。在鋼筋屈服前相同荷載作用下,梁CN2、梁CN3懸臂端撓度大于梁CN1的撓度,并且梁CN2大于梁CN3的撓度。由于梁CN2、梁CN3為側(cè)面開槽進行彎剪加固的試驗梁,梁CN2側(cè)面抗剪加固量大于梁CN3,其側(cè)面開槽將會削弱試驗梁的剛度,進而影響試驗梁的撓度,而且隨著開槽數(shù)目的增加對撓度的影響也將越明顯,由此可見,懸臂梁在進行彎剪加固時,其側(cè)面開槽數(shù)目將會影響其懸臂端撓度。而梁CN4在鋼筋屈服前撓度也較大于梁CN3,所以在進行加固時,應(yīng)盡量卸除梁體上的荷載。
2.3懸臂端FRP與鋼筋的應(yīng)變分析圖4為各試驗梁懸臂支座處受拉面嵌粘的FRP筋與鋼筋荷載-應(yīng)變曲線對比,圖4中F代表為FRP,S代表為鋼筋。梁CN2、梁CN3和梁CN4與梁CN1有所不同,因為梁CN2、梁CN3和梁CN4是同時進行彎剪加固的試驗梁,由于側(cè)面內(nèi)嵌抗剪FRP筋與梁體表層內(nèi)嵌抗彎FRP筋形成桁架-拱模型[10],從而約束抗剪FRP筋之間的混凝土受力,進而影響鋼筋的受力,內(nèi)嵌抗彎FRP筋參與更多抗彎工作,分擔了更多的應(yīng)力。由圖4可見,側(cè)面內(nèi)嵌FRP加固會對抗彎加固效果產(chǎn)生部分影響,從總體來看,懸臂梁受拉區(qū)及支座附近側(cè)面嵌粘FRP效果較好,改善了相應(yīng)性能。由圖4可看出,四根加固梁,無論是采用BFRP筋材,還是采用CFRP筋材進行加固,內(nèi)嵌FRP筋材在荷載加載過程中,都能很好地發(fā)揮FRP筋材的性能,曲線主要分3個階段:1)試驗梁開始加載到混凝土開裂階段;2)混凝土開裂后到鋼筋屈服階段;3)鋼筋屈服到試驗梁極限破壞階段。這3個階段和鋼筋應(yīng)變曲線特征是一致的?;炷灵_裂前為彈性階段且承載力主要由混凝土承擔,所以FRP筋的應(yīng)變曲線呈直線且應(yīng)變值較??;第2階段,混凝土開裂后,混凝土開裂退出工作,承載力由鋼筋與內(nèi)嵌FRP筋承擔,內(nèi)嵌FRP筋分擔了鋼筋部分應(yīng)力,所以FRP筋的應(yīng)變變化比較大;第3階段,鋼筋屈服后,承載力變成了主要由內(nèi)嵌FRP筋承擔,因此在此階段FRP筋的應(yīng)變值較大。由此可見,內(nèi)嵌FRP筋對懸臂梁抗彎性能的提高效果較佳。
關(guān)鍵詞:公路橋梁;支座更換;技術(shù)措施
中圖分類號:U448.14文獻標識碼:A 文章編號:
橋梁在公路中占有重要的比例,對橋梁的維修養(yǎng)護狀況直接關(guān)系到了公路交通暢通與否以及通車安全。我國經(jīng)濟發(fā)展以及人均車有量的增加,給公路交通帶來了較大的壓力,同時長途運輸業(yè)的發(fā)展大大加大了公路橋梁的承載量,從而部分橋梁出現(xiàn)了設(shè)施損壞現(xiàn)象,給公路交通帶來了安全隱患。橋梁的支座在橋梁結(jié)構(gòu)中有著重要作用,它連接著橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu),能夠?qū)蛄荷系暮奢d量傳遞到橋墩上進而緩解橋梁所受到的壓力。
一、公路橋梁支座損壞原因分析
在公路橋梁支座中,普遍存在的損壞原因有以下幾個方面。
1.結(jié)構(gòu)設(shè)計問題
在《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范》中明確規(guī)定了,在橋梁的梁底與橋梁的支座之間應(yīng)該要采取相應(yīng)措施以保持橋梁的水平,但是在很多施工單位的設(shè)計文件上并沒有標明應(yīng)該采取何種措施,所以在施工中就導致忽略了平衡問題,進而使支座沒有實現(xiàn)平置,很容易出現(xiàn)橋梁受壓力不平衡,有些地方承載量過大,有些地方承壓脫空,在高承載力情況下就極容易產(chǎn)生損壞,也會導致初始變形的出現(xiàn)。在路橋工程施工中,很多橋梁的邊墩采用的是球冠橡膠這種支座,而在業(yè)界,這種方式是存在爭議的,在行業(yè)標準中并沒有將其納入,尤其是近些年已經(jīng)明文規(guī)定這種方式不能夠應(yīng)用于高等級的道路橋梁施工中。究其原因主要是因為球冠橡膠支座的安裝會導致不均衡受力狀況的出現(xiàn),同時,球冠橡膠支座的四氟板會同墊石鋼板相接觸,頂面上的橡膠也會同板底相接觸,在實際施工中這種設(shè)計方式會導致支座會產(chǎn)生滑動力,橡膠同梁底板也都產(chǎn)生了相對的滑移,會給橋梁的穩(wěn)固安全帶來隱患。
2.橋梁施工問題
許多公路橋梁支座損壞是因為施工的工序不正確導致的,主要又表現(xiàn)為混凝土墊石的表面不平整所造成的。如果橋梁的單聯(lián)長度比較大,那么橋梁上部分的變形也會比較大,所以說如果橋梁的安裝不正,在上部結(jié)構(gòu)發(fā)生變形時部分支座會出現(xiàn)脫空現(xiàn)象,支座的受力也會不均衡,進而影響了整體支座受力的均衡性。
3.材料質(zhì)量問題
在我國新標準中對支座材料的質(zhì)量做出了規(guī)定,“不允許使用合成橡膠,且橡膠的含膠率不得低于55%”,當前使用中的橋梁支座有大部分都根據(jù)的是原有的舊標準施工的,所以,對橡膠的含量沒有進行控制,這也是導致橋梁支座出現(xiàn)損壞的原因之一,除此之外,橋梁所處的環(huán)境因素對支座使用年限也是有一定影響的,如果空氣中的濕度比較大,所含的鹽分比較高,那么所受到的腐蝕就會比較嚴重,支座老化速度就會比較快。
二、支座更換技術(shù)措施
公路橋梁支座的更換是需要根據(jù)規(guī)定的工序進行的,技術(shù)措施也要根據(jù)橋梁的不同而適當選擇,比如更換的支座型號就需要根據(jù)實際情況具體確定。
1.更換支座的施工工藝
(1)計算起頂力。計算起頂力是為了控制好起頂升力的準確性,要保證梁底在起頂時所受到的力是安全的,所以起頂之前要對橋墩柱的受力值以及模擬起梁時可能受到的各種力的狀態(tài)進行仔細的計算和考慮。起頂力計算之后要選擇更換的型號、確定支點位置、平衡鋼板楔塊的制作和調(diào)平。
(2)施工平臺搭設(shè)。在更換支座過程中的起梁工作涉及到了高空作業(yè),所以一定要進行施工平臺的搭建,平臺的施工要求通常為以下幾項,第一,施工平臺的水平推力和承載力一定要充足。第二,施工平臺的搭建是用門架進行的,所以為了提高穩(wěn)定性與承載力,一定要搭設(shè)雙排架,并并聯(lián)成為一個整體與立柱相互聯(lián)系。第三,平臺搭建的高度一定要同肋梁底保持1.7米左右的空間,保證工人操作活動的正常進行。第四,工作平臺的頂端通常要用木板進行鋪設(shè),而且一定要保證寬度,木板與門架之間還要用鋼絲綁牢,平臺周圍一定要設(shè)置安全防護欄,確保施工人員的安全。
(3)千斤頂?shù)陌惭b。進行起梁時一定會用到千斤頂,而為了確保梁底不受到頂起時力的損壞,在梁底和梁底鋼板墊塊之間用橡膠支座緩沖頂起力。同時,為了確保在施工過程中各個柱千斤頂所用的力和位移均衡一致,可以用油泵來控制多個千斤頂,這樣就可以保證千斤頂同步運行。
(4)支座的更換。這是公路橋梁支座更換中比較重要的一步,也是程序比較復雜的一個過程。第一,在起梁之前,要對墩柱受壓力值的一半進行預頂,同時,對施工前的準備環(huán)節(jié)進行仔細檢查。第二,頂梁,頂梁時首先要 將梁頂?shù)綖橥耆x開墩柱的臨界狀態(tài)下,之后再進行二次頂梁時一定不能超過15毫米,這時,取下原有支座,重新進行頂梁,進行新支座的安裝,安裝完工并仔細檢查之后就可以進行卸載。第三,卸載。卸載的順序同裝載的順序是相反的,之后拆除千斤頂,而對于起梁的要求就是力度要均勻,速度要緩慢,步調(diào)要一致。
2.施工中的注意事項
首先,起梁時的注意事項。通常情況下橋的結(jié)構(gòu)都是連續(xù)的,所以在起梁時勢必會導致橋梁的整體結(jié)構(gòu)放生變化,所以,在起梁時一定要嚴格控制相關(guān)措施,避免不必要的不良反應(yīng)。梁體在進行頂升時,應(yīng)該采用“梁移與定力雙控”,要把梁體的位移作為控制的主要目標。如果油表上顯示的千斤頂頂力超過了預算值,或者梁體出現(xiàn)餓了某些異常情況,一定要立即停止作業(yè),查找原因。頂升行程要以梁體和支座相分離為標準,并且要控制好范圍。在進行頂升時還要對千斤頂進行保護環(huán)的加墊,這樣能夠起到安全防護作用。同時還要時刻監(jiān)測主梁的變化情況,保證均勻頂升。
其次,支座更換中注意事項。支座更換的方式對橋梁結(jié)構(gòu)的安全有著重要的影響,所以,在進行支座更換時,要保持對橋梁的主體結(jié)構(gòu)實時監(jiān)測,確保更換過程中的安全性和可控性。在千斤頂上升到位之后,要馬上更換支座,如果是伸縮縫處的支座,要對原有墊石進行處理,為了縮減更換的時間,新增上的墊石可以用“預制構(gòu)件結(jié)合環(huán)氧砂漿的方法設(shè)置”。
再次,在支座的頂面和板底中間要設(shè)置一個楔形保護鋼板,以此來確保支座的頂面和梁底緊密的接觸。對支座頂端以及板底都應(yīng)該進行打磨處理,最重要的是應(yīng)該保持干燥、干凈,這樣就可以保證鋼板同墊石牢固的粘合在一起。施工之前,還要對楔形鋼板進行仔細測量,尤其是要準確測量出鋼板四角點厚度。
最后,工程完工后要進行檢測。在橋梁支座更換后的半年內(nèi)要對前兩的梁體以及橋面系統(tǒng)進行相關(guān)的檢測。如果沒有發(fā)現(xiàn)異常,那么就證明支座更換工作全部正常完工。很多施工的實際也證明了,上述橋梁支座的更換方式有著很大的優(yōu)勢,比如說,這種方式能夠充分的考慮到橋梁梁身的受力狀態(tài),施工過程中也不會對橋梁的構(gòu)件和受力狀態(tài)進行改變,自然也就不會給橋梁的整體功能帶來負作用;施工使用的設(shè)施和步驟也比較簡單,但是細節(jié)要重點把握;靈活性好,所使用的大型設(shè)備并不多,用到的工具種類也是有限的,運輸起來也方便靈活;最重要的是這種換支座的方式可以保證公路的正常通行,不會給交通帶來壓力,樹立了良好的社會形象,不僅收獲了經(jīng)濟效益,而且還收獲了社會效益,這種方式應(yīng)經(jīng)成為了公路橋梁整修中的重要方式,同時施工技術(shù)正在不斷的改進和提高。
結(jié)束語:
公路橋梁支座的更換所帶來的效益正在被社會和道路工程企業(yè)所重視,所以,工程會不斷的增多,施工技術(shù)也會隨著工程的增多不斷提高。本文從普遍意義上分析了支座損壞的原因,論述了施工的技術(shù)措施以及施工中各個環(huán)節(jié)應(yīng)該注意的問題,但是在實際施工中,還是要根據(jù)工程的具體情況進行工程案例分析的,這樣才能夠切實有效的提高施工質(zhì)量。
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【關(guān)鍵詞】:橋梁減隔震支座;相關(guān)問題
中圖分類號:U445文獻標識碼: A 文章編號:
一、橋梁減隔震支座的主要要求
橋梁支座的功能是:(1)均勻穩(wěn)妥地傳遞支反力;(2)固定橋跨結(jié)構(gòu)的正確位置;(3)保證梁端自由轉(zhuǎn)動或移動。目前普遍使用的有球型支座、板式橡膠支座、盆式橡膠支座等。
而橋梁抗震支座除具有上述功能外,還應(yīng)有以下功能:(1)在地震發(fā)生且水平力超過給定值時,支座水平方向應(yīng)能滑動,并消耗能量;(2)在支座滑動時,支座應(yīng)具有一定剛度,且滑移剛度(即屈后剛度)與滑移位移(即屈后位移)相適應(yīng);(3)在支座滑動過程中,傳遞到墩臺上的水平力不得過大;(4)在地震過后,支座應(yīng)能夠自動恢復;(5)支座的選材及表面防護體系應(yīng)滿足橋梁使用壽命要求。
二、橋梁減隔震支座的發(fā)展現(xiàn)狀
自汶川地震后,橋梁的減、隔震設(shè)計得到重視,我國先后修訂了公、鐵路橋梁的抗震設(shè)計規(guī)程,對橋梁支座的減隔震提出了相應(yīng)的要求。為我國橋梁減隔震支座的發(fā)展提供了良好的契機。鐵路橋梁的減隔震支座應(yīng)滿足以下安全性要求:
1、在多遇地震作用下,橋梁結(jié)構(gòu)的抗震安全應(yīng)滿足GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)程的要求,減隔震支座的耗能機構(gòu)不應(yīng)影響結(jié)構(gòu)的正常使用功能;
2、在設(shè)計地震作用下,橋梁連接構(gòu)件的抗震安全應(yīng)滿足GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)程的要求,減隔震支座的位移鎖定裝置得到釋放,耗能作用在地震中得到有效發(fā)揮,支座的地震位移小于容許位移;
3、在罕遇地震作用下,結(jié)構(gòu)的抗震性能應(yīng)滿足以下要求:(1)橋墩的延性比μu滿足GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)程的相關(guān)要求,隔震橋梁鋼筋混凝土橋墩的容許延性比μu取2.4;(2)減、隔震支座的最大位移必須小于裝置的容許位移;(3)減、隔震支座與橋梁之間連接構(gòu)件的強度滿足安全要求。
當前,鐵路橋梁上建議可采用的減隔震支座主要有:彈塑性鋼阻尼支座、粘滯阻尼器、速度鎖定支座、鉛芯橡膠支座和摩擦擺式支座等。JTG/TB02-01-2008公路橋梁抗震設(shè)計細則提出了橋梁減隔震設(shè)計的要求,并對在什么條件下可以采用減隔震設(shè)計做了規(guī)定。滿足下列條件之一的橋梁,可以采用減隔震設(shè)計:(1)橋墩為剛性墩,橋梁的基本周期比較短;(2)橋墩高度相差較大;(3)橋址的預期地面運動特性比較明確,主要能量集中在高頻段時。
總之,地震區(qū)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中基本上遵循“小震不壞,中震可修,大震不倒”的原則,為此在橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中引入了延性設(shè)計的概念。橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計中或者考慮在橋墩處形成塑性鉸,或者通過在橋梁與橋墩之間的支座部位設(shè)置減隔震支座,增加橋梁結(jié)構(gòu)的延性,以耗散地震的能量。地震中橋墩混凝土形成塑性鉸后,結(jié)構(gòu)延性增加,但將給地震后的修復工作帶來很大的難度和工作量。而采用減隔震支座時,地震后減、隔震部件可能損害,橋梁整體不會倒塌,地震后的修復工作相對比較容易,必要時可以更換支座。因此,采用減隔震支座是一種切實可行的減震方法。
橋梁采用減隔震支座時應(yīng)該遵循以下基本原則:
(1) 減隔震支座必須能滿足支座正常使用狀態(tài)(非地震時)的功能,即能保證可靠地傳遞荷載(垂直力和水平力),能保證支座的轉(zhuǎn)動和位移不受約束,支座的各部件及其與橋梁和墩臺的連接部件不得損壞;
(2) 減隔震支座減小地震響應(yīng)的作用可通過以下功能來實現(xiàn):①延長結(jié)構(gòu)基本周期,減小力的作用,但增加支座位移;②增加阻尼,可以減小支座位移,也可以減小力的作用;③通過延長結(jié)構(gòu)基本周期和增加阻尼兩項效應(yīng)組合。即延長結(jié)構(gòu)基本周期又增加阻尼。
三、橋梁減、隔震支座的性能要求
1、橋梁減隔震支座的基本性能要求
作為橋梁結(jié)構(gòu)的一個重要組成部件,橋梁減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)的連接部件,在設(shè)計和制造時應(yīng)能承受相應(yīng)的地震作用,而不應(yīng)出現(xiàn)局部或者整體的損壞,在地震過后還應(yīng)保留一定的殘余抗力,并具有可應(yīng)用的殘余承載力。橋梁減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分,應(yīng)設(shè)計和建造成能承受發(fā)生概率比設(shè)計地震更大的地震,不發(fā)生損壞,且沒有相關(guān)的使用限制。在設(shè)計地震作用下,裝置預計將不承受或者承受很小的損壞,不需更換。
2、橋梁減隔震支座的基本性能的可靠性
減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分需要有較強可靠性。可以通過對設(shè)計地震位移乘以放大系數(shù)γX來實現(xiàn)。對于不是用于隔震系統(tǒng)的裝置,根據(jù)其在地震發(fā)生以后對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性所起的作用,對作用在減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分的地震作用,必須乘以大于或等于1的可靠性系數(shù)。我國GB50111-2006鐵路工程抗震設(shè)計規(guī)程規(guī)定,結(jié)構(gòu)連接部分的可靠性系數(shù)為1.5。
3、橋梁減隔震支座的功能要求
減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分應(yīng)滿足功能要求,依照其整個使用壽命中的設(shè)計要求和容許偏差進行設(shè)計和制造,并應(yīng)符合相應(yīng)的力學,物理,化學,生物和環(huán)境條件。減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分在建筑物的整個使用壽命中,應(yīng)便于日常的檢測和更換。因此,必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計時考慮便于設(shè)備和人員的可達性。
四、橋梁減隔震支座的結(jié)構(gòu)構(gòu)造要求
減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分的設(shè)計和制造,應(yīng)使其性能特點與設(shè)計要求相一致:
1、破壞極限狀態(tài)(ULS)的要求
減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接的部分應(yīng)驗證具有充分的穩(wěn)定性,有合適的強度和延性,以承受設(shè)計地震情形下的影響。在破壞極限狀態(tài)下,裝置及其與結(jié)構(gòu)連接部分可以承受損壞,除熔斷保護裝置以外,其余部件應(yīng)不失效。在遭受任何損壞之后,應(yīng)當便于更換。減隔震支座的未損壞部分,應(yīng)該留有一定的殘余承載能力,其至少等于在地震之后可能產(chǎn)生的,支座直接承受的永久性作用,或者與設(shè)計情形相一致的各種作用的組合。
2、正常使用極限狀態(tài)要求
在正常使用極限狀態(tài)下,減隔震支座及其與結(jié)構(gòu)連接部分應(yīng)處于良好的使用狀態(tài),并應(yīng)進一步考慮其在地震作用下的性能。地震后支座遭受破壞很小,支座的使用功能不應(yīng)失效,并不需要立即修復。任何類型的減隔震支座,都要經(jīng)過技術(shù)驗證程序,其中應(yīng)包括證明該減隔震支座符合其功能要求的成分。應(yīng)能證明該減隔震支座在其使用壽命內(nèi),在包括有地震作用在內(nèi)的使用領(lǐng)域內(nèi),能保持其減隔震功能。減隔震支座隔震性能的驗證至少要包含以下要求:
(1)減隔震支座的相關(guān)性能參數(shù)及其可能發(fā)生的變化;(2)減隔震支座估計預期使用壽命的方法;(3)減隔震支座在其使用壽命期間功能可靠和穩(wěn)定能力的驗證;(4)減隔震支座的各部件的機械性能限值;(5)減隔震支座可應(yīng)用的環(huán)境條件范圍;(6)減隔震支座在超出設(shè)計地震作用下的性能說明,用以確定安全系數(shù)γm值;(7)減隔震支座設(shè)計分析所采用的本構(gòu)關(guān)系;(8)減隔震支座在不同使用條件下的本構(gòu)模型的說明,在使用壽命期間預計的典型物理現(xiàn)象,特別是在設(shè)計地震運動期間的本構(gòu)關(guān)系;(9)減隔震支座所要求的型式試驗內(nèi)容,應(yīng)包涵相關(guān)參數(shù)的預期使用范圍。
結(jié)束語
綜上所述,減隔震技術(shù)在國外已經(jīng)得到了多年的發(fā)展應(yīng)用,該項技術(shù)也得到了不斷的發(fā)展和完善。雖然減隔震技術(shù)在我國應(yīng)用的較少,但只要認真學習國外的成熟經(jīng)驗,遵循橋梁減隔震支座的設(shè)計思想,在施工過程中做好重難點處理,充分發(fā)揮減隔震支座耗散地震能量的作用,降低橋墩與基礎(chǔ)的荷載,提高橋梁結(jié)構(gòu)的性能。
參考文獻:
[1]王淑濤,劉兆光,胡盛.減隔震技術(shù)在大跨度預應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋設(shè)計中的應(yīng)用[J].公路,2011,(07)
關(guān)鍵詞 : 橋梁支座;更換施工
中圖分類號:TU997 文獻標識碼: A
一、 前 言
橋梁在使用過程中,橋梁支座逐漸出現(xiàn)的各種缺陷和病害,對于較輕微的病害,可以通過加強后期的維護、維修可延長支座的使用壽命,對于嚴重的病害,則必須采取更換支座的措施。隨著國內(nèi)橋梁頂升支座更換工程的增多,近幾年橋梁頂升支座更換水平有了很大提高, 解決了實際工程中遇到的大量難題,積累了許多寶貴的設(shè)計與施工經(jīng) 驗。然而由于橋梁頂升支座更換是針對既有橋梁,其方案受到許多因素的影響,如橋梁結(jié)構(gòu)類型、跨度、截面形式、梁底凈空、橋下凈空、下部結(jié)構(gòu)形式、地基情況等,情況千差萬別,很難給出統(tǒng)一的設(shè)計理論和施工方法。必須具體情況具體對待。
二、橋梁支座更換施工方法
1、枕木滿布式支架法
工作原理為在地面上設(shè)置枕木,以枕木為基礎(chǔ),設(shè)置滿布式或部分木支架至橋梁梁體處,在支架上安置千斤頂頂升梁體。支架主要由排架、縱梁(鋼梁)等部件組成,其縱梁為受壓構(gòu)件。適用范圍:適用寬淺河枯水季,橋下凈空高度不大(3m~4m),橋梁跨徑一般不大于 4m 的橋梁。優(yōu)點:架設(shè)設(shè)備比較簡單,施工方法簡單易于操作。對于小跨度的梁橋,用支架法施工具有一定的優(yōu)勢。缺點:支架法施工工期長、支架和模板用鋼耗、木量大、成本高;不適宜橋墩過高的場合,橋墩過高時為保證頂升過程的安全,支架的穩(wěn)定、承載力都要提高,則支架必須高大,不經(jīng)濟;對孔跨下面的場合不能用本方法,如果地基過于松軟時則必須澆注混凝土地坪作為支架基礎(chǔ),不經(jīng)濟。
2、橋面鋼導梁法
橋面鋼導梁法的支撐位置在橋面上,支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。在頂升梁上綁扎鋼帶,安置鋼梁,以相鄰跨梁體為支撐基礎(chǔ),配合頂升設(shè)備,抬升梁體。適用范圍:適用于跨徑較小、單孔自重不大的橋梁類型,特別適用于對橋下環(huán)境不利施工的情況。優(yōu)點:設(shè)備簡單,施工方便;對橋下場所無要求,適用于多種橋梁類型,整個起梁過程都在橋上進行,不影響橋下通航、通車要求;無需支架,節(jié)約費用,工期短。缺點;鋼梁長度有限制,跨徑不可過大;要求用較大噸位千斤頂,對橋面局部壓力較大,有可能損傷梁體,需要局部壓力進行驗算。
3、端部整體頂升法
端部整體頂升法的工作原理和枕木法相似,支撐面為橋墩下部新建頂升基礎(chǔ)?;臼┕げ襟E為:以地面為支撐,在墩臺兩側(cè)建立頂升基礎(chǔ),然后用貝雷梁、槽鋼、螺栓連接成受力鋼梁,受力鋼梁上架千斤頂,在梁兩端同步整體頂升,待梁體抬升到施工高度后更換支座。此法為枕木滿布式支架法的變形方法。適用范圍:橋梁下部為非流水通過物,橋下凈空不能過高的橋梁。優(yōu)點:對橋下通車影響不大,可自由通行,能滿足橋下不中斷交通的要求。與采用少數(shù)大噸位的千斤頂相比較,無須為應(yīng)力集中設(shè)置過大的傳力桿及橫梁。缺點:只適用于非通航河流、河水流量較小可做圍堰處理的橋梁。對橋跨下的地基基礎(chǔ)要求較高,需建頂升基礎(chǔ),工序時間長,工期較長。
4、鞍型支架法
鞍型支架法是直接用橋墩本身做支撐在蓋梁上搭設(shè)支架,設(shè)計成“鞍型支架”,放置千斤頂來頂升梁體。其基本施工步驟為:先將鋼梁穿過蓋梁,然后在兩側(cè)掛上預先焊好的 L 型掛架,在其上安置千斤頂,同步在兩側(cè)梁上加吊籃,最后在吊籃上控制千斤頂抬升梁體。適用范圍:該方法適用于復雜的河床地質(zhì)情況,適用于公路、鐵路立交橋的情況,無需大型架設(shè)設(shè)備或桿件,優(yōu)于地面支撐形式。優(yōu)點:施工方便,該方法不受河床地質(zhì)、橋下水深和橋梁高度的限制。同時施工現(xiàn)場集中,便于管理;縮短中斷交通時間,整個操作過程都是在橋下進行,準備工作期間不影響交通,起升梁時中斷交通時間短;該方法除頂升力外不需任何動力,對橋梁各部位及其整體性無任何損傷,且支架可多次使用,省工省時。缺點:頂升過程中蓋梁會發(fā)生偏心受壓現(xiàn)象和局部承壓過高的現(xiàn)象以及支架變形過大的現(xiàn)象,頂升前須嚴格的驗算;有些橋梁必須在墩臺上留有承臺式預埋件;梁兩側(cè)的千斤頂,頂點要求對稱精度高,且頂升過程中要嚴格控制梁的高程。
5、鋼扁擔梁法
鋼扁擔梁法的支撐位置在橋面上,支撐面為頂升梁相鄰跨的梁體。在頂升梁上打孔,綁扎鋼帶,安置鋼扁擔梁,以相鄰跨梁體為支撐基礎(chǔ),配合頂升設(shè)備,抬升梁體。該法與橋面鋼導梁法的頂升基礎(chǔ)相同,都是以橋面為基礎(chǔ),不同之處是鋼導梁不用橫跨整個橋孔來頂升梁體,而是將鋼導梁縮短到 4m長左右,運用扁擔的原理,利用鋼扁擔梁和鋼帶在相鄰跨用千斤頂頂升梁體。適用范圍:適用于跨徑較小、單孔自重不大的橋梁類型,特別適用于對橋下環(huán)境不利施工的情況。優(yōu)點:施工方便,無需大型設(shè)備,較橋面鋼導梁法省材料;對橋下場所無要求,適用于多種橋梁類型,整個起梁過程都在橋上進行,不影響橋下通航、通車要求;無需支架,節(jié)約費用,工期短。缺點:鋼扁擔梁結(jié)構(gòu)設(shè)計較為復雜,需進行專門計算;要求用較大噸位千斤頂,對橋面局部壓力較大,有可能損傷梁體,需要對局部壓力進行驗算;橋墩受較大偏心荷載,需進行偏心驗算;需要對梁體鉆孔,為有損頂升。
6、鋼蝴蝶梁法
鋼蝴蝶梁法支撐位置在蓋梁上,通過液壓千斤頂頂升蝴蝶梁的翅梁來提升梁體。其基本施工步驟為:橋下組拼吊籃,同時橋面上安裝支架并配重,卷揚機拉升吊籃到位作為施工平臺,安放鋼蝴蝶梁,定位千斤頂,頂升梁體。適用范圍:該方法適用于山區(qū)高墩,復雜的河床地質(zhì)情況,特別是梁底距蓋梁很近,無法安裝千斤頂?shù)那闆r。優(yōu)點:充分利用蓋梁這個平臺,施工方便,無大型機具設(shè)備;對環(huán)境的適應(yīng)能力很強,不受河床地質(zhì)、橋下水深和橋梁高度的限制;整個操作過程都是在橋下進行,施工快捷,縮短了封閉交通的時間;不受千斤頂行程限制,可一次頂升到位;取換支座簡單;較鞍型支架法安裝更為方便,也更為安全。缺點:要求蓋梁較為寬大能安放液壓千斤頂且千斤頂數(shù)量較多,對于雙排支座的蓋梁如果空間狹小就需要另辟溪徑。
7、鋼套箍法
鋼套箍法通過圓箍與橋墩混凝土之間的摩擦力提供豎向支撐。基本施工步驟如下:橋下組拼吊籃,同時橋面上安裝支架并配重,卷揚機拉升吊籃到位作為施工平臺,臨時連接兩側(cè)的吊籃進行固定,通過吊籃上的卷揚機拉升鋼套箍并用高強螺栓按實際要求錨緊,移動吊籃到合適位置拉升組拼貝雷梁與工字鋼并安放在特制的牛腿上,放置液壓千斤頂頂升梁體,更換支座。適用范圍:適用于梁底空間狹小,無法在蓋梁上安放頂升設(shè)備的圓截面高墩梁橋。優(yōu)點:充分利用橋梁本身的結(jié)構(gòu),可以通過增長鋼套箍的長度提高其承載能力,能適用不同跨度的簡支轉(zhuǎn)連續(xù)梁橋;對環(huán)境的適應(yīng)能力很強,不受河床地質(zhì)、橋下水深和橋梁高度的限制;不受千斤頂行程限制,可一次頂升到位;在鋼蝴蝶梁法無能為力時,鋼套箍法能很好的完成頂升任務(wù)。缺點:施工工序較為繁瑣,施工工期長;臨時構(gòu)件較多,成本較高;鋼套箍法只適用于橋墩為圓形的情況,對其他方形、異形截面均不能使用。
8、氣動頂升法
氣動頂升法是從根本上改變了傳統(tǒng)的頂升設(shè)備,即用集群氣囊替換液壓千斤頂,上述所有支座更換方法只要用氣囊取代千斤頂都可以稱之為氣動頂升法。其主要工作特點:起重量不受限制,通過氣動提升系統(tǒng)的擴展組合,能滿足百噸級甚至千噸級橋梁構(gòu)件的頂升;同步控制,安全受控;可操作性好,氣動提升系統(tǒng)體積大,重量輕;頂升過程平穩(wěn),無附加沖擊載荷;對頂升的基礎(chǔ)要求低,特別適合臨時預制構(gòu)件的工程;有利于保護橋梁構(gòu)件,采用分布荷載,避免了液壓起重的集中載荷。
結(jié)語
隨著我國舊橋檢測和加固改造步伐的不斷加快,橋梁支座更換日益顯得重要,在一些主梁工作工況很好的情況下,如何很好地更換支座,確保橋梁的正常營運,將成為我們值得研究的課題。
參考文獻 [1] 譫潤水,胡釗芳,帥長斌.公路舊橋加固技術(shù)與實例[M].北京人民交通出版社,2002
1試驗設(shè)計
1.1試驗梁的設(shè)計與制作本試驗中的試驗梁均設(shè)計為矩形截面,其混凝土設(shè)計強度為C30,截面尺寸為:b×h=150mm×250mm,梁長3200mm,側(cè)跨凈跨為2000mm,懸臂長為1000mm。其配筋為:受力主筋采用214的HRB335級鋼筋,架立筋也為214的HRB335級鋼筋;箍筋為8的HPB235級鋼筋,間距100mm,關(guān)于試驗梁的尺寸和配筋設(shè)計方案如圖1所示。
1.2加固試驗方案本試驗加固材料采用玄武巖纖維(BasaltFiberRe-inforcedPolymer,以下簡稱BFRP)筋與碳纖維(CarbonFiberReinforcedPolymer,以下簡稱CFRP)筋,在懸臂端負彎矩區(qū)嵌入1200mm長的FRP筋進行抗彎加固,粘結(jié)材料采用環(huán)氧樹脂膠粘劑。由于懸臂梁懸臂端受剪切作用影響較大,故部分試驗梁在其側(cè)面開槽內(nèi)嵌BFRP筋進行抗剪加固,在懸臂端支座處(負彎矩區(qū))梁體兩側(cè)內(nèi)嵌250mm長的BFRP筋。本文通過不同F(xiàn)RP筋類型、是否進行抗剪加固及不同的加固量和是否施加初始荷載等試驗參數(shù)對懸臂梁支座附近彎、剪性能進行試驗研究,具體方案如表1。
1.3測點布置與加載方案懸臂端支座處受拉鋼筋和FRP上均粘貼應(yīng)變片,如圖2所示。試驗梁荷載通過手動千斤頂、分配梁和反力架提供集中荷載得以實現(xiàn)。加載通過分級的方式對試驗梁施加荷載,在加載前進行預加載,使得試驗梁的各個部位結(jié)合密實。具體的測點布置和加載方案如圖2所示。
2試驗結(jié)果
懸臂梁內(nèi)嵌FRP筋加固后,由于FRP-混凝土間粘結(jié)性能較佳,并未發(fā)生剝離破壞,試驗梁的破壞模式均為混凝土受壓破壞;且試驗梁通過加固后,其承載力得以提高,裂縫開展和變形得以控制。
2.1承載力分析表2為各試驗梁開裂荷載、屈服荷載、極限荷載的實測值。由于未進行基準梁對比試驗,通過理論計算提供未加固基準梁RB的承載力數(shù)據(jù),其計算開裂荷載、屈服荷載和極限荷載分別為7.64kN、21.67kN和22.8kN。與未加固基準梁RB相比,梁CN1、梁CN2、梁CN3和梁CN4的屈服荷載分別提高了22.3%、24.6%、15.4%和6.2%,極限荷載分別提高了64.2%、53.2%、64.2%和48.9%,但開裂荷載則并未與屈服荷載、極限荷載表現(xiàn)的相同,梁CN1顯示提高了4.7%,而梁CN2、梁CN3則分別降低了14.9%、1.8%。梁CN2、梁CN3均為側(cè)面開槽內(nèi)嵌FRP筋進行彎剪加固的試驗梁,由此可見側(cè)面開槽可能會對試驗梁的混凝土造成損傷,影響其開裂荷載,并且也將對試驗梁屈服荷載、極限荷載產(chǎn)生細微的影響,從而掩飾了BFRP筋與CFRP筋加固效果的差別;而通過梁CN3、梁CN4承載力相比,二次受力梁CN4在持續(xù)荷載作用下加固后承載力的增幅效果有所降低,但通過總體比較,內(nèi)嵌FRP筋加固懸臂梁能夠有效的提高其承載力。
2.2變形分析圖3所示為各試驗梁的懸臂端荷載-撓度曲線對比圖。在鋼筋屈服前相同荷載作用下,梁CN2、梁CN3懸臂端撓度大于梁CN1的撓度,并且梁CN2大于梁CN3的撓度。由于梁CN2、梁CN3為側(cè)面開槽進行彎剪加固的試驗梁,梁CN2側(cè)面抗剪加固量大于梁CN3,其側(cè)面開槽將會削弱試驗梁的剛度,進而影響試驗梁的撓度,而且隨著開槽數(shù)目的增加對撓度的影響也將越明顯,由此可見,懸臂梁在進行彎剪加固時,其側(cè)面開槽數(shù)目將會影響其懸臂端撓度。而梁CN4在鋼筋屈服前撓度也較大于梁CN3,所以在進行加固時,應(yīng)盡量卸除梁體上的荷載。
2.3懸臂端FRP與鋼筋的應(yīng)變分析圖4為各試驗梁懸臂支座處受拉面嵌粘的FRP筋與鋼筋荷載-應(yīng)變曲線對比,圖4中F代表為FRP,S代表為鋼筋。梁CN2、梁CN3和梁CN4與梁CN1有所不同,因為梁CN2、梁CN3和梁CN4是同時進行彎剪加固的試驗梁,由于側(cè)面內(nèi)嵌抗剪FRP筋與梁體表層內(nèi)嵌抗彎FRP筋形成桁架-拱模型[10],從而約束抗剪FRP筋之間的混凝土受力,進而影響鋼筋的受力,內(nèi)嵌抗彎FRP筋參與更多抗彎工作,分擔了更多的應(yīng)力。由圖4可見,側(cè)面內(nèi)嵌FRP加固會對抗彎加固效果產(chǎn)生部分影響,從總體來看,懸臂梁受拉區(qū)及支座附近側(cè)面嵌粘FRP效果較好,改善了相應(yīng)性能。由圖4可看出,四根加固梁,無論是采用BFRP筋材,還是采用CFRP筋材進行加固,內(nèi)嵌FRP筋材在荷載加載過程中,都能很好地發(fā)揮FRP筋材的性能,曲線主要分3個階段:1)試驗梁開始加載到混凝土開裂階段;2)混凝土開裂后到鋼筋屈服階段;3)鋼筋屈服到試驗梁極限破壞階段。這3個階段和鋼筋應(yīng)變曲線特征是一致的?;炷灵_裂前為彈性階段且承載力主要由混凝土承擔,所以FRP筋的應(yīng)變曲線呈直線且應(yīng)變值較小;第2階段,混凝土開裂后,混凝土開裂退出工作,承載力由鋼筋與內(nèi)嵌FRP筋承擔,內(nèi)嵌FRP筋分擔了鋼筋部分應(yīng)力,所以FRP筋的應(yīng)變變化比較大;第3階段,鋼筋屈服后,承載力變成了主要由內(nèi)嵌FRP筋承擔,因此在此階段FRP筋的應(yīng)變值較大。由此可見,內(nèi)嵌FRP筋對懸臂梁抗彎性能的提高效果較佳。
[關(guān)鍵]:板式橡膠支座安裝質(zhì)量 原因 對策
中圖分類號:S776.06 文獻標識碼:A 文章編號:
1、前言
隨著我國建設(shè)事業(yè)的大力發(fā)展,在市政道路及公路的高速發(fā)展中,橋梁的建設(shè)日益增多。橋梁支座是橋梁結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分,但由于其在橋梁工程造價中所占比例很小,因而往往未引起工程技術(shù)人員的重視,在70年代之前,我國的公路橋梁上常不設(shè)支座或僅設(shè)置傳統(tǒng)的鋼支座。隨著各種大跨度橋梁的不斷涌現(xiàn),因而對橋梁支座的承載力、對支座適應(yīng)位移和轉(zhuǎn)角能力的要求不斷提高,近十幾年來與之相適應(yīng)的新型橋梁支座——各種橡膠支座先后在橋梁上得到推廣的應(yīng)用。由于目前在橡膠支座安裝施工過程中的材料、操作工藝、檢查等方面普遍存在的不足,極易發(fā)生質(zhì)量問題。造成支座喪失功能,甚至會發(fā)生剪切破壞,使上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力,嚴重時會擠裂橋臺面的混凝土造成結(jié)構(gòu)破壞的后果。本文對使用最為廣泛的板式橡膠支座安裝質(zhì)量的若干問題進行分析,并提出一些解決的技術(shù)措施,希望得到有關(guān)施工各方的重視,使板式橡膠支座安裝質(zhì)量能夠得到可靠的保證。
2、主要構(gòu)造與作用
2.1板式橡膠支座
(1)、該支座上下表面為橡膠層,中間為薄鋼板,由一層橡膠、
一層鋼板多層重疊而成,有不同厚度,可按需要選用。板式橡膠支座
的構(gòu)造見圖一。
(2)、主要作用
其基本工作原理是以橡膠的彈性壓縮來實現(xiàn)梁的豎向轉(zhuǎn)動,以橡膠塊的剪切變形來保證梁的水平位移。故它只適用于跨度不大的,支座反力和水平位移均不大的橋梁。
2.2四氟橡膠滑板支座
(1)、這種支座是在板式橡膠支座的頂面粘貼一層平面尺寸與之相等的聚四氟乙烯板,在梁的底面設(shè)置一不銹鋼板與之作相對的滑移運動。
(2)、主要作用
這是利用聚四氟乙烯和不銹鋼之間相對運動時摩擦系數(shù)很小的特點,使之成為活動支座。它除了具有板式橡膠支座的優(yōu)點外,還能滿足水平位移量較大的要求。
3、板式橡膠支座計算示例
某橋為五梁式雙車道簡支梁橋,標準跨徑L=20m,計算跨徑l=19.5 m,荷載為汽車-15級,掛車-80,梁肋寬0.18m,RD=160KN,Rpmax=155.6KN,Rpmin=63KN,汽車-15級時梁的跨中擾度f=17.4mm,主梁的計算溫差Δt=35ºC,試按兩端等厚度設(shè)計板式橡膠支座。
(1) 確定支座平面尺寸
選用定型設(shè)計的橡膠支座,初擬順橋向長a=200mm,橫橋向?qū)抌=180mm,使支座與梁助等寬,在五根主梁每梁端設(shè)置一個橡膠支座。支座厚度初擬選用28mm,其中有四層鋼板和五層橡膠片,上下表層橡膠片厚2.5mm,中間各層厚5mm,加勁鋼板每層厚2mm,則:Σt=2×2.5+3×5=20mm
支座的平面形狀系數(shù);
S = ==9.5>8
取用橡膠支座的平均許壓應(yīng)力[σ]=10Mpa
橡膠支座的應(yīng)力驗算:
σ===8.77 Mpa<[σ]=10 Mpa
(2) 驗算支座的厚度
主梁的計算溫差為35ºC,伸縮變形為兩端支座均攤,則每一支座的水平位移;
ΔD= α·Δt·l = ×10-5×35×20×103=3.5mm
20m梁的車隊重343.2KN,制動力為343.2×0.1=34.3KN。
汽車-15級重車196.1KN,制動力為196.1×0.3=58.8KN。
由重車控制,每一支座承受的水平力:HT ==5.88KN
橡膠支座的彈性模量:
E=(530S-418) =(530×9.5-418)· =461.7MPa
則由活載制動力引起每一支座的水平位移:
ΔL=== 1.1mm
Σt≥2ΔD 20>2×3.5=7mm
Σt≥1.43(ΔD+ΔL)20>1.43(3.5+1.1)=6.58mm根據(jù)《公路橋梁設(shè)計規(guī)范要求》,Σt≤0.2a=0.2×200=40mm,滿足要求。故:采用支座總厚h=Σt+h鋼板=20+4×2=28mm
(3) 驗算支座偏轉(zhuǎn)
平均壓縮變形:ΔS=== 0.38mm
應(yīng)滿足ΔS≤0.05Σt=0.05×20=1mm,滿足要求。
梁的撓度與梁端轉(zhuǎn)角的關(guān)系:
f= •=•=•θθ=·f
設(shè)恒載作用下,梁端轉(zhuǎn)角θ=0,汽車-15級的f中=17.4mm,則:
θ= = 0.00285rad
ΔS2=ΔS -θ·a=0.38 - ×0.00285×200
=0.95mm>0 滿足要求,故支座不會脫空。
(4) 驗算抗滑性能
在無活載情況下:已知:µ=0.3,RD=160KN µRD≥1.4GA
0.3×160×103≥1.4×1.1×200×18
48KN>12.94KN滿足要求。
活載在橋上時:RD=160KN,Rpmin=63KN, HT=5.88KN
µ(RD+Rpmin)≥1.4GA +HT
0.3×(160+63)≥12.94+5.88
66.9KN>18.82KN滿足要求,故支座不會滑脫。
4、產(chǎn)生的現(xiàn)象及危害
4.1現(xiàn)象
(1)、板式橡膠支座橡膠或橡膠與加強鋼板的固結(jié),剪切破壞。
(2)、梁對兩個橡膠支座的壓縮不等,甚至個別支座有縫隙。
(3)、支座安裝在支座槽內(nèi),吊梁后支座被壓縮,梁底與橋臺或橋墩蓋梁頂面相接觸,稱為支座“落坑”。
(4)、支座頂面滑板當梁收縮量超過支座剪切變形量時不發(fā)生滑動。
4.2危害
(1)、當板式橡膠支座發(fā)生剪切破壞時,會限制上部結(jié)構(gòu)的自由伸縮,將使上、下部結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力。
(2)、梁下兩支座壓縮不等,甚至有縫隙,將使支座不均勻受力而縮短支座壽命。
(3)、支座“落坑”,使梁支點錯位,不僅會使橋臺或橋墩上頂,混凝土因梁低溫收縮時發(fā)生局部劈裂,也改變了橋臺、橋墩的受力狀態(tài),增大其偏心矩。
(4)、支座頂面應(yīng)滑動時不能滑動,必然加劇支座的剪切變形,嚴重時會擠裂橋臺面的混凝土。
5、主要原因
5.1產(chǎn)品質(zhì)量缺陷
橡膠支座在工廠生產(chǎn)時出現(xiàn)部分技術(shù)性能指標不符合設(shè)計要求。
5.2橋梁結(jié)構(gòu)誤差
(1)、梁底面有些翹曲,或梁底預埋鋼板變位,造成梁安放后與設(shè)計值出入過大,形成支座受力不等。
(2)、橋臺、橋墩的蓋梁頂面實際標高大于設(shè)計值時,為保持梁底標高,將支座處留成凹槽去湊合,形成梁底與墩、臺頂面凈空過?。换蚨?、臺頂面未按橋面橫坡要求留有坡度,造成部分梁下的墩、臺頂面標高超標。
5.3支座安裝誤差
(1)、安裝時在板式橡膠支座粘結(jié)于支座墊石的環(huán)氧砂漿尚未固結(jié),就吊放上部結(jié)構(gòu),使支座位移;或支座安裝位置有誤,梁吊裝后,欲糾正梁位置而采用橫向頂梁,使支座側(cè)向剪切變形,形成支座在梁脹、縮時,剪切變形過量而剪壞。
(2)、支座與滑板間及滑板上,未按操作工藝要求涂抹物質(zhì),而造成滑動支座不能滑動,從而加刷支座的剪切破壞。
5.4施工檢查
由于支座安裝定位檢查措施均在吊梁前,同時在吊梁完成后,梁底與墩、臺頂面的間隙比較小,施工中檢查只能采用簡單的目測及尺量,無法采用其它更準確的方法措施進行檢查,因此支座安裝在吊梁后的質(zhì)量毛病不易被發(fā)現(xiàn)。
6、對策
6.1加強對產(chǎn)品質(zhì)量的檢驗
(1)、橡膠支座安裝前必須對支座本身的產(chǎn)品質(zhì)量進行檢查、驗收。全面檢查產(chǎn)品合格證書中有關(guān)技術(shù)性能指標,如不符合設(shè)計要求時,不得使用。
(2)、對支座的質(zhì)量應(yīng)根據(jù)現(xiàn)行《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T4)的標準的有關(guān)規(guī)定進行驗收。
6.2提高橋梁結(jié)構(gòu)尺寸的準確性
(1)、梁底支承部位,要求平整、水平,支承部位相對高程誤差不應(yīng)大于0.5㎜。為保證混凝土梁底面的平整度,可以在梁端設(shè)置8~10㎜厚的梁底支承墊板,該板板面要求平整,平面誤差小于0.5㎜,并在梁體澆時精確測量支承板的位置及水平。或者在梁體澆注時,在梁端支承部位用鋼模板,以保證梁端支承平面的平整。
(2)、橋墩、臺支承墊石頂面標高應(yīng)準確,且上表面要平整;每一墩臺上,同一片梁的支承墊石頂面相對高程誤差不大于1㎜,相鄰兩墩、臺同一片梁下,支承墊石頂面相對高程誤差不大于3㎜。
(3)、當達不到(2)項標準不得不留支座坑槽時,應(yīng)使支座用環(huán)氧砂漿固結(jié)后,支座與坑槽間有足夠變形預留量。同時,注意梁底面與墩、臺頂面凈空隙應(yīng)大于支座壓縮量加上20㎜的量值。
6.3 安裝施工技術(shù)措施
6.3.1施工準備
在安裝前,對技術(shù)人員及工程管理人員進行技術(shù)交底,組織學習施工規(guī)范和熟悉設(shè)計圖紙。組織所有有關(guān)的施工人員、測量儀器、施工機械、材料等調(diào)入施工現(xiàn)場。
6.3.2測量放樣
(1)、各種測量儀器均應(yīng)按有關(guān)的質(zhì)量管理規(guī)定,送有關(guān)部門進行檢測,取得有關(guān)質(zhì)檢部門的合格證書后才能使用,使之保持在良好的狀態(tài)中。
(2)、計算并復測墩、臺支座墊石的標高和支座中心位置,將設(shè)計圖上標明的支座中心位置標在支座墊石上,要求支座中心線同支承墊石中心線相重合。
6.3.3安裝氣溫的選擇
支座的安裝盡可能安排接近年平均時進行,以減少由于溫差變化過大而引起的剪切變形。當不可避免須在最高溫或高溫、或低溫時安裝的話,可使支座產(chǎn)生預變位(其值根據(jù)計算確定),即先使梁的一端就位壓住支座,然后對梁在縱向施以推力(可用水平千斤頂施加推力),使其產(chǎn)生預先計算好的變位值,在此狀態(tài)下,使梁的另一端座落在支座上,然后拆除推力即可。
6.3.4對結(jié)構(gòu)誤差的處理
如果出現(xiàn)墩、臺頂面的支座墊石的高程、平面位置與設(shè)計要求有誤差時,應(yīng)將支座墊石處理干凈,用水灰不大于0.5的1:3干硬性水泥砂漿抹平,并使其頂面標高準確,表面平整;假如支座墊石的標高超過設(shè)計標高時,必須先鑿除一部分混凝土后才能進行上述的工序。
6.3.5安裝施工
(1)、與其下結(jié)構(gòu)結(jié)合如采用環(huán)氧樹脂等材料粘貼,要事先配刷,使用合格原料。
(2)、對于分塊式拼裝的條形板式橡膠支座,其各分塊連接邊縫安裝前應(yīng)打磨平齊,試拼編號,現(xiàn)場安裝時應(yīng)對號入座,同時應(yīng)注意保持上下滑動面清潔,切勿受磨損。
(3)、環(huán)氧砂漿固結(jié)是有一定時間的,安裝支座后,必須靜置足夠時間,待環(huán)氧砂漿完全固結(jié)后,才能進行上部結(jié)構(gòu)的吊裝,以保證支座位置的準確。
(4)、支座與梁底,或支承墊石頂面,應(yīng)全部緊密接觸,局部有縫隙,不得超過0.5㎜寬;有滑板時,必須按要求在支座與滑板間、滑板上涂抹物質(zhì)。
(5)、支座中心盡可能對準梁的計算支點,必須使整個橡膠支座的承壓面上受力均勻,這就要求接觸于橡膠支座板上下的梁底面和墩臺頂二面的混凝土面要平順、清潔、粗糙,而且相互平行。梁在預制時,必須準確地安裝梁底支承部分的模板,每片梁兩端也要平行,使不產(chǎn)生翹曲現(xiàn)象。
(6)、為了必要時如上述放松橡膠支座或因原支座壓壞、老化須更換支座,應(yīng)在墩臺帽上設(shè)置擱放千斤頂?shù)奈恢谩?/p>
(7)、梁、板落位時應(yīng)穩(wěn)妥,勿使支座產(chǎn)生剪切變形,若位置不準確時,必須吊起重放,不得用撬棍移動梁、板。
(8)、支座周圍應(yīng)設(shè)排水坡,防止積水,支座附近應(yīng)清除塵土、油脂、污垢等。
(9)、若墩臺上設(shè)計有限制梁、板移動的構(gòu)造如混凝土塊,邊框、限鐵等宜在梁、板安裝好后在安設(shè)。
(10)、當墩、臺兩端標高不同,順橋向有縱坡時,支座安裝方法應(yīng)按設(shè)計規(guī)定辦理。
(11)、四氟橡膠滑板支座,在安裝時除按上述要求施工外還應(yīng)注意以下各點:
①、墩臺上設(shè)置的支承墊石,其標高應(yīng)考慮預埋的支座下鋼板厚度,或在支承墊石上預留一定深度的凹槽,將支座下鋼板用環(huán)氧樹脂砂漿粘結(jié)于凹槽內(nèi)。
②、在支座下鋼板上及四氟滑板式支座上標出支座位置中心線,兩者中心線相重合放置,為防止施工時移位,應(yīng)設(shè)置臨時固定措施。安裝時宜在與平均氣溫相差不大時進行。
③、梁底預埋有支座上鋼板,與四氟滑板式支座貼接觸的不銹鋼板嵌入梁底上鋼板內(nèi),或用不銹鋼沉頭螺釘固定在上鋼板上,并標出不銹鋼板中心線位置。安裝支座時,不銹鋼板、四氟板表面均應(yīng)清潔、干凈,在四氟滑板表面涂上硅脂油,落梁時要求平穩(wěn)、準確,無振動,梁與支座密貼,不得脫空。
④、支座正確就位后,拆除臨時固定裝置,采取安裝防塵圍裙措施。
6.3.6質(zhì)量檢查
(1)、橡膠支座安放時,應(yīng)按設(shè)計要求,在墩、臺頂面標出其縱、橫中線,并將線延長到墩、臺頂面的外緣,以方便在上部結(jié)構(gòu)吊裝后施工、監(jiān)理方檢查。
(2)、安裝支座后,必須靜置足夠時間,待經(jīng)檢查確從環(huán)氧砂漿完全固結(jié)后,才能進行上部結(jié)構(gòu)的吊裝,以保證支座位置的準確。
(3)、由于目前的《市政橋梁工程質(zhì)量檢驗評定標準》(CJJ2-90)中沒有具體橡膠支座的檢驗標準,因此在施工中質(zhì)量檢查時可以參見《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ041-2000),具體如下表:
7、結(jié)束語
(1)、橋梁支座是橋梁結(jié)構(gòu)的一個重要組成部分,然而一般工程施工人員對支座的安裝質(zhì)量不太重視,極易出現(xiàn)質(zhì)量問題,留下安全隱患,參與建設(shè)的各有關(guān)方面應(yīng)引起高度重視。
(2)、不斷開發(fā)新的產(chǎn)品,逐步改善板式橡膠支座的老化問題,延長橡膠支座的使用壽命,減少在使用過程中更換支座的情況。
(3)、改進支座安裝工藝流程,加強現(xiàn)場施工管理、由專業(yè)化隊伍操作,施工中嚴格執(zhí)行監(jiān)督、監(jiān)理、檢查的質(zhì)量保證體系是確保質(zhì)量的關(guān)鍵。
參考文獻:
(1) 公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土橋涵設(shè)計規(guī)范(JTJ023-85). 北京:人民交通出版社,1989