橡胶支座的弹性模量学习教案

1、会计学1橡胶橡胶(xingjio)支座的弹性模量支座的弹性模量第一页，共50页。支座通常用钢，橡胶等材料支座通常用钢，橡胶等材料(cilio)来制造主要来制造主要类型：类型：简易简易(jiny)支支座座弧形钢板支座弧形钢板支座橡胶支座橡胶支座板式橡胶支座板式橡胶支座盆式橡胶支座盆式橡胶支座第2页/共50页第二页，共50页。 应根据(gnj)桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度等因素来选取支座类型。中小跨度公路桥一般中小跨度公路桥一般(ybn)采用板式橡胶采用板式橡胶支座支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座铁路桥采用钢支座铁路桥采用钢支座第3页/共5

2、0页第三页，共50页。该种支座变形该种支座变形(bin xng)性能较差，容易引起附加的内力。性能较差，容易引起附加的内力。第4页/共50页第四页，共50页。1、弧形、弧形(h xn)钢支钢支座座适用范围：跨径适用范围：跨径1020m构造特点：由上下垫板所组成，下构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），需在上垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或销钉），在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装安装(nzhung)后使齿板嵌入齿槽后使齿板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔或销钉伸入销孔)，以保证上下垫板，以保证上下垫板之间不

3、发生相对水平位移之间不发生相对水平位移第5页/共50页第五页，共50页。 板式橡胶支座按形状划分有矩形板式、圆形、球冠圆板板式橡胶支座按形状划分有矩形板式、圆形、球冠圆板式、圆板坡形等几种系列。式、圆板坡形等几种系列。 由多层天然橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化而成一种桥由多层天然橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化而成一种桥梁橡胶支座产品。梁橡胶支座产品。 该种类型的桥梁板式支座有足够的竖向刚度以承受垂直该种类型的桥梁板式支座有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台；有良好的荷载，且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台；有良好的弹性以适应梁端的转动；有较大的剪切变形以满足上部构

4、造弹性以适应梁端的转动；有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移的水平位移(wiy)(wiy)。 支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。氯丁橡胶一般用于最低气温不超过氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-250C-250C的地区，天然橡胶用的地区，天然橡胶用于于-300C-300C-400C-400C的地区。的地区。三、橡胶三、橡胶(xingjio)(xingjio)支座支座1 1、板式橡胶、板式橡胶(xingjio)(xingjio)支座支座第6页/共50页第六页，共50页。 橡胶支座的变形机理转动变形：利用橡胶的不均匀弹性(tnxng)压

5、缩实现水平位移：利用橡胶的剪切变形实现 转动(zhun dng)变形水平(shupng)位移显然橡胶支座水平位移和转动变形的大小与支座的厚度有关第7页/共50页第七页，共50页。 根据试验分析，橡胶压缩弹性模量根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E E、容许压应力、容许压应力 和容许剪切角和容许剪切角tgrtgr的数值，均与支座的形状系数的数值，均与支座的形状系数S S有关。形状系数为橡胶支座的承压面积有关。形状系数为橡胶支座的承压面积(min j)(min j)与自与自由表面积由表面积(min j)(min j)之比，矩形支座为：之比，矩形支座为：式中：式中： a a 顺桥方向橡胶支座的长度；顺桥

6、方向橡胶支座的长度； b b 横桥方向橡胶支座的宽度横桥方向橡胶支座的宽度(kund)(kund)； t t 中间橡胶层的厚度。中间橡胶层的厚度。 2a ba b tS第8页/共50页第八页，共50页。 为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应(shyng)梁端转动的要求，支座的长度a与宽度b之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角 。一般应充分利用有效宽度b，而尽可能减小a的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a5成正比）。根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%。第9页/共50页第九页，共50页。bat形状形状(xngzhun)系数系数2a ba b tS第10页/共50页第十页

7、，共50页。（2）弹性模量）弹性模量(tn xn m lin)和剪切模量和剪切模量（3）容许剪切的正）容许剪切的正切值。切值。适用范围：支座反力为适用范围：支座反力为703600kN的公路、城市桥梁。的公路、城市桥梁。第11页/共50页第十一页，共50页。 使用寿命短，一般使用寿命短，一般1015年，上部结构应用期间一般需要多年，上部结构应用期间一般需要多次更换，更换费用较高且更换过程中影响次更换，更换费用较高且更换过程中影响(yngxing)结构的使用功能；不能结构的使用功能；不能承载过大的竖向荷载，不能释放过大的水平位移；橡胶在提炼、承载过大的竖向荷载，不能释放过大的水平位移；橡胶在提炼、

8、加工、使用过程中均对环境产生污染，不环保；正常使用过程加工、使用过程中均对环境产生污染，不环保；正常使用过程中对温度变化比较敏感，过冷或过热支座均无法正常工作。中对温度变化比较敏感，过冷或过热支座均无法正常工作。 该支座有足够的竖向刚度以承受竖向荷载；有良好的弹性该支座有足够的竖向刚度以承受竖向荷载；有良好的弹性以适应转动；有较大的剪切变形以满足水平位移的释放以适应转动；有较大的剪切变形以满足水平位移的释放(shfng)。优点：。优点：构造简单、结构高度小、加工安装方便、节省钢材、价格低廉、构造简单、结构高度小、加工安装方便、节省钢材、价格低廉、具有良好的防震性能。此种支座可以实现万向转动和多

9、向位移具有良好的防震性能。此种支座可以实现万向转动和多向位移释放释放(shfng)。 优点优点(yudin)缺点缺点第12页/共50页第十二页，共50页。 板式橡胶支座代号表示(biosh)方法 名称代号（GJZ表示公路桥梁矩形支座(zh zu)；GYZ表示公路桥梁 圆形支座(zh zu)；TBZ表示铁路桥梁板式支座(zh zu)） 形式(xngsh)代号（F4表示四氟滑板支座；不加代号为普通支座 外形尺寸（矩形La*Lb*（mm）,圆形d*（mm） 橡胶分类（氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶） 第13页/共50页第十三页，共50页。武汉理工大学交通(jiotng)学院板式橡胶支座 常见矩形板

10、式橡胶支座的平面(pngmin)尺寸：12x14cm14x18cm15x20cm 竖向支撑反力10010000kN 材料有氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶三种 矩形(jxng)第14页/共50页第十四页，共50页。板式板式(bnsh)橡胶支座的应用情况橡胶支座的应用情况第15页/共50页第十五页，共50页。 尽可能地保证梁底与垫石顶面平行、平整，使其与橡胶尽可能地保证梁底与垫石顶面平行、平整，使其与橡胶支座支座(zh zu)(zh zu)上下面全部密贴，避免偏心受压、脱空、不均匀受力的上下面全部密贴，避免偏心受压、脱空、不均匀受力的现象发生。现象发生。板式橡胶支座板式橡胶支座(zh zu)的安

11、装注意事项的安装注意事项第16页/共50页第十六页，共50页。2、四氟滑板式橡胶、四氟滑板式橡胶(xingjio)支座支座 将板式橡胶支座表面粘复一层将板式橡胶支座表面粘复一层1.5mm-3mm厚的聚四厚的聚四氟乙烯板氟乙烯板,就能制作成聚四氟乙烯滑板式橡胶支座它除具有就能制作成聚四氟乙烯滑板式橡胶支座它除具有普通板式橡胶支座的竖向刚度与弹性变形普通板式橡胶支座的竖向刚度与弹性变形,能承受垂直荷载能承受垂直荷载及适应梁端转动外及适应梁端转动外, 因四氟乙烯与梁底不锈钢板间的低摩擦因四氟乙烯与梁底不锈钢板间的低摩擦系数（系数（0.08）,可使梁端在四氟板表面自由可使梁端在四氟板表面自由(zyu)

12、滑动滑动,可使桥可使桥梁上部构造的水平位移不受限制梁上部构造的水平位移不受限制,特别适宜中、小荷载特别适宜中、小荷载,大位大位移量的桥梁使用。移量的桥梁使用。 第17页/共50页第十七页，共50页。第18页/共50页第十八页，共50页。3、其它类型、其它类型(lixng)板式橡胶支座板式橡胶支座 制作顶面用纯橡胶制成球形表面（最大410mm),使支座传力均匀，改善(gishn)或避免支座底面产生偏压、脱空等不良现象。适于纵横坡较大（3%5%）的立交桥及高架桥。第19页/共50页第十九页，共50页。第20页/共50页第二十页，共50页。以往对梁体纵坡以往对梁体纵坡1%3%的桥梁，橡胶支座安装使的

13、桥梁，橡胶支座安装使用时，在梁底与支座之间安置与桥梁纵坡一致的楔形钢用时，在梁底与支座之间安置与桥梁纵坡一致的楔形钢板（或楔形混凝土垫块），或对梁端底部作相应处理，板（或楔形混凝土垫块），或对梁端底部作相应处理，以使支座平置，防止以使支座平置，防止(fngzh)垂直反作用力的分力对支垂直反作用力的分力对支座的剪切作用。座的剪切作用。现在可以采用新型坡型板式橡胶支座，坡度现在可以采用新型坡型板式橡胶支座，坡度1-4%，根据特殊要求，坡度可做到根据特殊要求，坡度可做到6-8%。第21页/共50页第二十一页，共50页。第22页/共50页第二十二页，共50页。 盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合盆式橡胶支

14、座是钢构件与橡胶组合(zh)(zh)而成的桥梁而成的桥梁支座。与板式橡胶支座相比具有承载能力大、水平位移量支座。与板式橡胶支座相比具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，其它优缺点与板式橡胶支座类似。大、转动灵活等特点，其它优缺点与板式橡胶支座类似。 此种支座可以实现万向转动、不释放位移、单项释放此种支座可以实现万向转动、不释放位移、单项释放位移和多项位移释放。适用于支座承载力为位移和多项位移释放。适用于支座承载力为1000KN1000KN以上的以上的大跨径桥梁。大跨径桥梁。 盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。 活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、

15、承压活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承压橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。以及上下支座连接板组成。 组合组合(zh)(zh)上、中支座板构造或利用上下支座连接板上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。即可形成固定支座。第23页/共50页第二十三页，共50页。1） 工作原理 利用半封闭钢制盆腔内的弹性橡胶块，在三向受力状态下具有流体的性质，来实现上部结构的转动；同时依靠中间钢板上的聚四氟乙烯板与上座板上的不锈钢板之间的低磨擦系数来实现上部结构的水平(shupng)位移。 从实验的数据

16、来看，橡胶处于三向约束状态时的抗压弹性模量为5X104kg/cm2,比无侧向约束的抗压弹性模量增大近20倍，因而支座承载能力大大提高，解决了普通橡胶支座承载能力的局限。 所以，盆式橡胶支座能满足大的支承反力，大的水平(shupng)位移，大的转角的要求。 第24页/共50页第二十四页，共50页。2） 盆式橡胶支座代号表示(biosh)方法 名称代号（GJZ表示公路桥梁矩形支座；GYZ表示公路桥梁 圆形支座；TBZ表示铁路桥梁板式支座） 支座设计承载力（以MN计） 使用性能分类代号SXSX、DXDX、GDGD适用温度分类代号F表示耐寒型，常温型不表示 GPZ35DX：表示GPZ系列中设计承载力为

17、35MN的单向(dn xin)活动的常温型盆式支座。GPZ50GD：表示GPZ系列中设计承载力为50MN的固定的常温型盆式支座。 第25页/共50页第二十五页，共50页。3） 盆式橡胶支座(zh zu)构造 单向活动支座 固定支座 四氟板构造 第26页/共50页第二十六页，共50页。盆式橡胶(xingjio)支座构造示意 单向滑动支座(zh zu) 双向滑动支座(zh zu) 固定支座(zh zu)第27页/共50页第二十七页，共50页。第28页/共50页第二十八页，共50页。1.钢盆钢盆2.承压橡胶板承压橡胶板3.钢衬板钢衬板4.聚四氟乙烯板聚四氟乙烯板5.上支座上支座(zh zu)板板6.

18、不锈钢滑板不锈钢滑板7.钢紧箍圈钢紧箍圈8.密封胶圈密封胶圈第29页/共50页第二十九页，共50页。第30页/共50页第三十页，共50页。第31页/共50页第三十一页，共50页。第32页/共50页第三十二页，共50页。 四、成品(chngpn)盆式橡胶支座的选配 、成品(chngpn)盆式橡胶支座的系列 成品(chngpn)盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。另外，还有其它科研院所设计的类同系列的盆式橡胶支座。这些系列支座，适用于各类桥梁及类似受力与变形

19、特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它工程结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从1000起至50000，最多分为近40个级；并以DX、SX、GD分别表示单向 、双向活动支座及固定支座，而GDZ则为抗震型固定支座的代号。 第33页/共50页第三十三页，共50页。第34页/共50页第三十四页，共50页。 3、各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配 盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满足要求。一般来说，GPZ、TPZ-1等系列的支座对这两个要求均能满足。若转角和水平推力超出容许范围，则需要(xyo)改变支座的设计。转角特大，可采用球型支座。 第

20、35页/共50页第三十五页，共50页。第36页/共50页第三十六页，共50页。 4、成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择 支座承载力大小(dxio)的选择，应根据桥梁恒载、活载的支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的5%，最小反力不低于容许承载力的80%。规定最小反力的目的是保证支座具有良好的滑移性能，因为聚四氟乙烯板的磨擦系数与压力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将会增大。第37页/共50页第三十七页，共50页。支反力支反力3700已小于此值，故不已小于此值，故不适宜选用。虽然我们规定最大适宜选用。虽然我们规定最大反力，不超过容许承载力

21、的反力，不超过容许承载力的5%，但支座实际的安全系数一般在但支座实际的安全系数一般在5以上。以上。第38页/共50页第三十八页，共50页。第三节、支座第三节、支座(zh zu)计算计算一、支座受力特点一、支座受力特点作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽车作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽车荷载支座反力荷载支座反力 时，应计入冲击影响力。当支座可能出时，应计入冲击影响力。当支座可能出现上拔力时，应分别现上拔力时，应分别(fnbi)计算支座计算支座 的最大竖向力和的最大竖向力和最大上拔力。最大上拔力。直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。斜桥和弯直线桥梁的支座，一般仅需计入

22、纵向水平力。斜桥和弯桥的支座，还桥的支座，还 需要考虑由于汽车荷载的离心力或其它需要考虑由于汽车荷载的离心力或其它原因如风力等产生的横向水平力。原因如风力等产生的横向水平力。第39页/共50页第三十九页，共50页。外力计算，应根据设计的地震烈外力计算，应根据设计的地震烈度，按度，按的规定进行计算和组合。的规定进行计算和组合。第40页/共50页第四十页，共50页。二、板式橡胶二、板式橡胶(xingjio)支座的设计计算支座的设计计算（一）支座尺寸（一）支座尺寸(ch cun)确定确定 根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过它们相应容许承压应力的要求，确定(qudng)支座平面面积。在一般情况

23、下，面积由橡胶支座控制设计： 支座平面尺寸支座平面尺寸maxANbcjamNab R对于橡胶板对于橡胶板对于混凝土对于混凝土第41页/共50页第四十一页，共50页。 支座支座(zh zu)高度高度 梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产生的纵向水平位移，依靠全部橡胶片的剪切变形t来实现(shxin), 与t的关系为：tah 由由 有有tgtgtttg第42页/共50页第四十二页，共50页。-橡胶橡胶(xingjio)(xingjio)片容许剪切角的正切，可取片容许剪切角的正切，可取用用0.50.50.70.7，不计活载制动力时用，不计活载制动力时用0.50.5；计及活；计及活载制动力时取用载制

24、动力时取用0.70.7，则上式可写成：，则上式可写成：tg2gt 1.43gpt g -由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支座顶面相对于底面的水平位移。当跨径为L的简支梁桥两端(lin dun)采用等厚橡胶支座时，因温度变化每个支座承担的水平位移可取简支梁向温变变形的一半，第43页/共50页第四十三页，共50页。-活载制动力在一个(y )支座上的水平力；p -由制动力引起由制动力引起(ynq)在支座顶面相对于在支座顶面相对于底面的水平位移，可按下式计算底面的水平位移，可按下式计算A - 橡胶支座(zh zu)的面积。G - 橡胶的剪切模量，橡胶的剪切模量，TH2TTpTHtttGabG0

25、.2ta桥规桥规规定：规定：第44页/共50页第四十四页，共50页。（二）支座偏转（二）支座偏转(pinzhun)(pinzhun)与平均压缩变形验与平均压缩变形验算算 主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为 (如下图)，但不允许其与支座间产生脱空现象。梁端转动时，支座就受到一个偏心(pinxn)竖向力的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一端为 另一端为 ，其平均压缩变形 ，根据下式计算2s1sNh式中：式中：E-E-橡胶支座的弹性模量。橡胶支座的弹性模量。 当无试验数据当无试验数据(shj)(shj)时，可查阅时，可查阅JTJ023-85JTJ023-85，其值与支座，其值与支座的形状系数有关，

26、也可按下式计算的形状系数有关，也可按下式计算1s2s121()2sss NtsEA )/()418530(1 . 02mmNsEj 第45页/共50页第四十五页，共50页。n1212jNtE ab211a102jNtaE ab2jNtaE ab0.05t第46页/共50页第四十六页，共50页。（三）支座（三）支座(zh zu)(zh zu)抗滑性抗滑性验算验算 橡胶支座一般直接(zhji)搁置在墩台与梁底之间，在它受到梁体传来的水平力后，应保证支座不滑动，亦即支座与混凝土之间要有足够大的摩阻力来抵抗水平力，故应满足下式：第47页/共50页第四十七页，共50页。无活载作用无活载作用(zuyng)(zuyng)时时 有活载作用有活载作用(zuyng)(zuyng)时时-活载制动力分在一个支座上的水平力；温度变化(binhu)等因素分在一个支座