桥梁支座整理版课件

1、第一节 桥梁支座 一、支座的作用和要求 位置：支座（bearing）设置在桥梁的上部结构与墩台之间 作用：是把上部结构的各种荷载传递到墩台上，并能够适应活载、温度变化、混凝士收缩与徐变等因素所产生的变位（位移和转角），使上下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。 分类：桥梁支座按其变位的可能性分为固定支座（fixedbearing）与活动支座（movablebearing）。 固定支座传递竖向力和水平力，上部结构在支座处能自由转动但不能水平移动； 活动支座则只传递竖向力，上部结构在支座处既能自由转动又能水平移动。活动支座又可分为单向活动支座（仅提供纵向的自由移动）和双向活动支座（纵向、横向均

2、可自由移动）。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 桥梁支座型式多样，其性能的优劣根据支座上述功能的完善程度来判断。 可分为简易支座、钢支座、钢筋混凝土支座、橡胶支座以及特种支座（如减震支座、拉力支座等）。 支座型式和规格的选用，要考虑的因素包括桥梁跨径、支点反力（reaction）、对建筑高度的要求、适应单向和多向位移及其位移量的需要，以及防震、减震的需要。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 桥梁支座的布置方式：主要根据桥梁的结构型式及桥梁的宽度确定。 简支梁桥一端没固定支座，另一端设活动支座。 铁路桥梁由于桥宽较小，支座横向变位很小，一般只需设置单向（纵向

3、）活动支座。 公路T形梁桥由于桥面较宽，因而要考虑支座横桥向移动的可能性，支座布置如图7.2所示。即在固定墩上设置一个固定支座，相邻的支座设置为横向可动、纵向固定的单向活动支座，而在活动墩上设置一个纵向活动支座（与固定支座相对应），其余均设置双向活动支座。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 连续梁桥每联（由两伸缩缝之间的若干跨组成）只设一个固定支座。 为避免梁的活动端伸缩量过大，固定支座宜布置在每联长度的靠中间支点处。但若该处墩身较高，则应考虑避开，或采取特殊措施，以避免该墩顶承受过大的水平力（这导致墩底弯矩过大）。其支座布

4、置如图7.3所示。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 曲线连续梁桥的支座布置会直接影响到梁的内力分布，同时，支座的布置应使其能充分适应曲梁的纵、横向自由转动和移动的可能性。 宜采用球面支座，且为多向活动支座。 曲线箱梁中间常设单支点支座，仅在一联范围内的梁的端部（或桥台上）设置双支座，以承受扭矩。有意将曲梁支点向曲线外侧偏离，可调整曲梁的扭矩分布。图7.4为曲梁支座布置的示意图。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 当桥梁位于坡道上时，固定支座应设在较低一端

5、，以使梁体在竖向荷载沿坡道方向分力的作用下受压，以便能抵消一部分竖向荷载产生的梁下缘拉力；当桥梁位于平坡上时，固定支座宜设在主要行车方向的前端。 桥梁的使用效果，与支座能否准确地发挥其功能有着密切的关系，因此在安放支座时，应使成桥后的上部结构的支点位置与下部结构的支座中线对中，但绝对的对中是很难做到的，因此要注意使可能的偏心在允许的范围内，不致影响支座的正常工作。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 正确地确定支座所承受的荷载和活动支座的位移量是支座设计的基础。 固定支座除承受竖向压力外，还必须能承受水平力，其中包括可能产生的制动力、风力、活动支座的摩阻力、主梁弹性挠曲对支座的

6、拉力等。 这些水平力总是应当偏大地取用，且要求支座应牢固锚固或销结于上下部结构中。 对于弯桥、斜桥和宽桥，支座的受力比较复杂，需要从三个坐标方向去研究，即使是在同一支座位置，不同的部位在受力上可能会有很大的差别。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 位移量的计算要考虑各种可能出现的上况，对温度产生的位移，要有足够的估计。 桥梁的挠曲、基础的不均匀沉降都会产生纵向位移。 对于高桥墩，墩顶位移可通过活动支座上的挡块加以限制。 由于一些不可估计的因素，通常计算的位移量宜乘以1.3左右的安全系数。 梁桥支座的支承面一般是水平的。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 二、

7、支座的类型与构造 1简易支座 简易支座是指在梁底和墩台顶面之间设置垫层来支承上部结构。 垫层可用油毛毡、石棉板或铅板等做成，利用这些材料比较柔软又具有一定强度的特性来适应梁端比较微小的转动与伸缩变形的要求并承受支反力。 固定的一端，加设套在铁管中的锚钉锚固。锚钉预埋在墩台帽内。 简易支座仅适于跨度10m以下的公路桥和4m以下的铁路板桥。 由于这种支座自由伸缩性差，为避免主梁端部和墩台顶部混凝土拉裂，宜在支座部位的梁端和墩台顶面布设钢筋网加强。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 2钢支座 钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来实现支座的位移和转动功能的。它的特点是承载能力强，能适

8、应桥梁的位移和转动的需要，目前仍应用于铁路桥梁。 钢支座常用的有铸钢支座和新型钢支座。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 (1)铸钢支座 铸钢支座采用碳素钢或优质钢经过制模、翻砂、铸造、热处理、机械加工和表面处理制成，是一种传统型式的支座。 视跨度与荷载的大小，钢支座有平板支座、弧形支座、摇轴支座、辊轴支座等几种型式。 各类支座基本上都由可以相对摆动的上、下摆组成。摇轴与辊轴支座还包括摇轴（可以看作下摆）、辊轴与底板（见图7.5）。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 平板支座。图7.5(a)所示平板支座的上、下摆就是两块平板。固定支座的上、下平板间用钢销固定

9、。活动支座只将上平板销孔改成长圆形。平板支座构造简单、加工容易，但反力不集中，梁端不能自由转动，伸缩时要克服较大的摩阻力，故只适用于小跨度的梁。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 弧形支座。图7.5(b)所示弧形支座是将平板支座上、下摆的平面接触改为弧面接触，其他完全一样。这样，反力便能集中传递，梁端也能自由转动。但伸缩时仍要克服较大的摩阻力，所以仍只适用于较小跨度的梁。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 摇轴支座。跨度大于20m左右的梁，固定支座就得改用图7.5(c)或(d)左边的式样，将下摆加高，做成类似钢轨的截面形式，两侧用肋加强。 下摆底部可以具有较

10、大的面积，摆身有足够的刚性，可将较大的支承反力均匀分布于墩台顶面垫石上。 活动支座应采用图7.5(c)右边所示的摇轴支座，或图7.5(d)右边所示的辊轴支座。 摇轴支座由上摆、底板和两者之间的辊子组成。将圆辊多余部分削去成为扇形，就形成摇轴。 摇轴支座能满足活动支座的各项要求。摇轴的直径可以加大，承载能力可以提高。但支承反力越大，相应地要求辊子（摇轴）的直径也越大，这就使支座高度变得很大。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 辊轴支座。为了克服摇轴支座的缺点，跨度更大的梁，可以采用辊轴支座，它的活动支座相当于将图7.5(c)左

11、边的固定支座放在一些钢辊子上。辊轴支座除了能很好地满足活动支座的各项要求外，由于反力是通过若干辊轴压在地板上的，因此辊子的直径可以随其个数的增多而减小，反力也可分散而均匀地分布到墩台垫石面上。辊轴支座适用于各种大型桥梁。辊轴的个数视承载力大小而定，一般为210个。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 以上各式铸钢支座能较好地适应不同跨度桥梁的要求， 支座构造复杂，用钢量大，大型辊轴支座可高达数米。 当弧面半径很大时，若积有污垢，就转动不灵，需要定期养护。 目前公路桥梁已较少采用铸钢支座，铁路桥梁也开始使用其他类型支座，如盆式橡胶支座。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节

12、桥梁支座 (2)新型钢支座 新型钢支座主要有：不锈钢或合金钢支座，滑板钢支座，球面支座。 这些支座的特点是： 采用不锈钢或高级合金钢材料制造，支座可封闭在油箱内，以防生锈并减少维护或免维护； 对承受接触应力的部分进行表面硬化处理，以提高其容许承载力； 支座的转动部分采用钢制或黄铜制成的球冠形，在球冠的上、下分别设置聚四氟乙烯板以减少摩阻力，构成球面（型）支座。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 德国克劳茨阿莫高级钢支座是将辊轴不锈钢表面硬化，提高辊轴的表面接触应力，从而减小支座的重量和高度。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 近年来我国铁路桥梁上采用的圆柱面

13、钢支座是一种以面接触传力为特征的滑板钢支座，其利用上摆和滑块之间的圆柱的相对转动来适应转角，用滑块与底板之间的平面滑动来适应水平位移。为了减小摩阻力，上摆与滑块之间和滑块与底板之间分别镶嵌了不锈钢板和聚四氟乙烯滑板。 最大承载力为2800kN，位移量50mm，适于跨度832m的预应力混凝土简支T形梁桥。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 球面支座由高级锻钢或热处理的合金钢制作，梁端转动依靠光洁度高的接触面的滑动来完成，润滑后的滚动摩擦系数非常小。 若要保持它的使用效果，通常将支座密封在油箱内。 改进的滑动面由聚四氟乙烯板与不锈钢板或镀铬钢板的滑动来完成。 球面支座的优点在于全

14、向转动，并能预先调整支座上板的角度，适于梁端转角较大的桥梁二承载能力大，可达到万吨以上。 按工作性能，球面支座可分为固定支座、单向活动支座和多向活动支座。图7.7所示为球面支座的一种构造。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座图7.7球面支座1一上支座板；2一下支座板；3一球冠钢衬板；4一球面聚四氛乙烯板；5一平面聚四氟乙烯板；6一不锈钢板 3钢筋混凝土支座 (1)摆柱式支座 钢筋混凝士摆柱式支座可用于跨径大于或等于20m的公路梁桥，或跨径大于13m的公路悬臂梁桥的挂孔。它的水平位移量较大，承载力为5500kN左右，摩阻系数为0

15、.05。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 钢筋混凝土摆柱放在梁底与支承垫石之间，它的上下两端各放置一个弧形固定钢支座摆柱由C40或C50号混凝土制成，柱体内一般按配筋率约为0.5左右配置竖向钢筋，同时要配置水平钢筋网，以承受支座受竖向压力时所产生的横向拉力。 摆柱的平面尺寸根据柱体混凝十强度计算确定。摆柱高度取用圆弧形钢板半径的2倍，以使圆弧的圆心与摆柱的对称中心点重合，这样易于摆动。与摆柱式支座接触的梁底及墩台上的支承垫石内需用钢筋网加强，以提高局部受压强度（图7.8）。 钢筋混凝土摆柱要制作准确，安装精细，避免出现在横桥向受压不均匀的现象。在常年平均气温时，摆柱应直立。

16、因支座占用高度较大，其应用并不普遍。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 (2)混凝土铰 混凝土铰是最简单、最廉价的中心可转动的支座。混凝土铰有各种类型，桥梁上常用弗莱西奈铰，见图7.9(a)，它是利用颈缩部分混凝土的双向或三向应力状态而使其承压能力提高，并可沿铰竖向轴线作少量转动。另一种混凝土铰是线接触的圆柱形铰，见图7.9(b)，其受压面抗压承载力和横向抗拉承载力的计算可按现行公路桥梁设计规范办理。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 弗莱西奈铰需要在铰颈

17、上下设置足以抵抗横向拉应力的钢筋，铰颈高度为铰颈宽度的1/31/2。铰颈部分应做成顺滑的抛物线形，铰颈两旁可用玛蹄脂或沥青材料填塞。圆柱形铰高宽比（h/a）大致为0.80l.25，铰内需按抗拉要求布置横向（宽度方向）钢筋，其侧向（铰的长度方向）钢筋可按横向钢筋截面面积的0.4倍配置。 混凝土铰曾在桥梁中有所应用，支承反力可达10000kN。它的优点是支座高度小，构造简单，用钢量少；缺点是不能抵抗拉力，不能调整高度，转动量少，不便于更换和修理。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 4橡胶支座 随着合成橡胶和塑料工业的发展，工程橡胶及塑料也在桥梁支座上得到应用。20世纪40年代末，

18、在法国最早出现橡胶支座（elastomericbearing）。由于它的优越性能和价格优势，50年代在国外已很普及。我国自60年代开始发展橡胶支座，并很快得到推广。 橡胶支座与金属刚性支座相比，具有构造简单、加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便等一系列优点。此外，橡胶支座能方便地适应任意方向的变形，故对于宽桥、曲线桥和斜桥均具有较好的适应性。橡胶的弹性还能消减上下部结构所受的动力作用，这对于抗震也十分有利。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 在桥梁工程中使用的橡胶支座大体上可分为两类，即板式橡胶支座和盆式橡胶支座。 (1)板式橡胶支座 普通板式橡胶支座是仅用一块矩

19、形（或圆形，或带球冠圆形，或坡形）橡胶板做成的适用于中、小跨度桥梁的一种简单橡胶支座。 矩形构造最为简单。圆形和球冠圆形在平面上各向同性，圆形板上的球冠可调节受力状况，既适用于一般桥梁，也适用于各种变位较复杂的立交桥及高架桥。坡形的顶面呈斜面，适宜于纵横坡较大的公路桥。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 普通板式橡胶支座的活动机理是：利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角，利用其剪切变形实现水平位移，见图7.10(c)。 橡胶与钢或混凝土之间有足够大的摩阻力(摩擦系数0.250.40)，橡胶板与梁底和墩台顶之间一般无需固定连接。在墩台顶部，需铺设一层砂浆，以保证支座放置平稳（图7.

20、10(a)）。 采用橡胶支座时可以不设固定支座，水平力由各支座分担，必要时也可采用不等高的橡胶板来调整各支座传递的水平力。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 无加劲层的纯橡胶支座，由于其容许压应力小(约为3000kPa)，故只适合于小跨径桥梁。 常用的板式橡胶支座都用几层薄钢板或钢丝网作为加劲层（见图7.10(b)）。 橡胶片之间的加劲层能起到阻止橡胶板受压侧向膨胀的作用，可显著提高橡胶支座的抗压刚度(抗压容许应力可提高到810MPa)，而加劲层对橡胶板的转动变形和剪切变形几乎没有影响。 加劲板式橡胶支座的承载能力可达200

21、08000kN，目前已广泛用于中、小跨度的公路及铁路桥梁。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 板式橡胶支座的基本设计参数及技术要求等，应符合桥梁设计规定和公路桥梁板式橡胶支座（JT/T4）的要求。根据试验分析，抗压弹性模量、压应力限值和容许剪切角的值，均与支座的形状系数有关。对矩形支座，形状系数S（用来表示支座的形状特征，取值范围512）为第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 当活动支座的位移量较大时，要使橡胶支座产生相应较大的剪切变形，就必须增加橡胶板的厚度。这样一则多耗材料，再则支座不稳，而且相邻支座厚度

22、可能不一，车辆驶过时会产生高差，行车不顺。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座为克服这一缺点，可在用作活动支座的橡胶板顶面贴一片聚四氟乙烯板，再在聚四氟乙烯板与梁底之间垫上一块光洁度很高的不锈钢薄板。由于聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的摩阻力极小(摩擦系数小于0.04)，故可利用它们之间的滑动来满足活动支座位移的需要（图7.11）。这样的支座称为四氟板式橡胶支座，其也可制成圆形、球冠圆形支座。 (2)盆式橡胶支座 盆式橡胶支座（Potbearing）是在板式橡胶支座的基础上，将钢部件与橡胶部件组合而成的一种橡胶支座。其基本构造是将一块素橡胶圆板置于半封闭钢制盆腔内，橡胶在受压后的变

23、形由于受到钢盆的约束，处于三向受压状态，只要钢盆不破坏，橡胶就永远不会丧失承载力。于是，橡胶的抗压强度可以大幅度提高。 工作原理是：利用橡胶块在三向受力状态下具有流体的性质（适度不均匀压缩）来实现转动；依靠聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的低摩擦系数来实现水平位移。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 盆式橡胶支座能满足较大的支承反力（可达50000kN）、水平位移（约250mm）和转角（约40）要求。 可做成固定支座(代号GD)，也可做成单向活动支座（代号DX）和双向活动支座（代号SX）。 常用盆式橡胶支座的构造如图7.12所示。它是由上支座板、不锈钢板、聚四氟乙烯（PTFE）板、

24、圆钢盆、橡胶板、紧箍圈、防水圈和下支座板等组成。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 盆式橡胶支座具有很大的承载能力，水平位移量大，摩擦系数小，支座建筑高度低，节省钢材。在同样的载重下，它的体积（高度）和重量不到钢支座的1/10； 它在纵向及横向均可转动和移动，在功能上优于钢支座，能满足宽桥对支座横向也要能转动及伸缩的要求。因此，盆式橡胶支座在大跨度铁路及公路桥上均已得到广泛应用。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 除上述常规支座外，还有一些适合于特殊用途的支座，如拉力支座、铅芯橡胶支座、测力及调高支座等。

25、拉力支座除可正常转动和滑动外，还可承受垂直方向的拉力（负反力）。 铅芯橡胶支座是在普通板式橡胶支座中设置圆柱形铅芯，以改善支座的阻尼特性，减小地震对桥梁墩台的作用。 在抗震型盆式橡胶支座中，通过增设减震橡胶条也能达到一定的减震隔震效果。 测力支座除具有普通盆式橡胶支座的所有功能外，还能准确地测定支座反力。在基础可能发生大的沉陷或支座受力不均时，可采用调高支座在一定范围内对支座高度进行调整。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 三、支座的设计与计算 1.支座受力与变位分析 在进行桥梁支座的设计时，首先必须求得每个支座上所承受的竖向力和水平力以及需适应的位移和转角。然后，据此选定支

26、座的各部尺寸并进行强度、稳定等各项验算。 (1)受力分析 作用于支座上的竖向力有结构重力产生的反力、活载的支点反力及其他影响力。在计算活载的支点反力时，要按熊最不利位置加载，并计入冲击效应。 当支座可能会出现上拔力（负反力）时，应分别计算支座的最大竖向力和最大上拔力。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 作用于支座上的水平力包括纵向水平力和横向水平力。正交桥的支座，一般仅需计算纵向水平力。对斜桥和弯桥，还需要计算离心力或风力所产生的横向水平力，对铁路桥梁，还需要计算由列车横向摇摆力所产生的横向水平力。 支座上的纵向水平力，包括由列车或汽车荷载的制动力（牵引力）、风力、支座摩阻力

27、或温度变化、支座变形所引起的水平力以及其他原因（如桥梁纵坡）产生的水平力。列车或汽车的制动力（牵引力）应分别按照相应规范的要求确定，制动力在各支座上的分配亦应按各自规范计算。 位于地震区的桥梁支座的设计计算，应根据设计的地震烈度，按铁路或公路抗震设计规范的规定进行。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 (2)位移分析 支座的水平位移包括纵向位移和横向位移。 支座纵向位移有温度伸缩位移、混凝土收缩徐变变位、活载作用下梁体下翼缘伸长、下部结构的位移等； 支座横向位移有温度变位、混凝士收缩徐变变位、下部结构横向位移、斜桥和弯桥荷载引起的横向变位等。 支座沿纵向的转角有结构重力和活载产

28、生的梁端转角、混凝土收缩徐变产生的梁端转角、因下部结构变位产生的梁端转角等。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 把以上各项支座反力和变位的计算结果按桥规的规定进行组合，就可作为支座设计的计算依据。 下面仅以钢支座和矩形板式橡胶支座为例，对其设计和计算作一简要说明。需要说明的是，桥梁支座产品较为完备，在一般情况下，没有必要自行设计支座，只需根据计算结果选配合适者。第七章 桥梁支座、墩台与基础桥梁工程第一节 桥梁支座 2钢支座的设计与计算 钢支座的设计主要包括确定支座的平面尺寸a和b，支座上下板的厚度h，以及圆弧面（弧型、摇轴及辊轴）的曲面半径，固定支座还要验算销钉及锚栓等的抗剪强度。 下面以弧型支座为例说明钢支座的设计计算方法。图7.14为弧型支座的计算图式。 设计步骤如下： (l)确定平面尺寸a和b 平面尺寸a