第八章桥梁支座

1、第八章桥梁支座第八章第八章 桥梁的支座桥梁的支座支座的作用和要求支座的布置 支座的类型与构造支座的设计与计算 支座的作用：支座的作用：v1.1.把上部结构的各种荷载传递到墩台上；把上部结构的各种荷载传递到墩台上；v2.2.适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐适应活载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素所产生的变位（位移和转角）；变等因素所产生的变位（位移和转角）；v3.3.使上、下部结构的实际受力情况符合设使上、下部结构的实际受力情况符合设计的计算图式。计的计算图式。 第一节第一节 概述概述 按受力特性按受力特性分类：分类：v固定支座：传递竖向力，允许上部结构在支座固定支座：传递竖向力，允许上部结

2、构在支座处能自由转动但不能水平移动。处能自由转动但不能水平移动。v活动支座：活动支座：多向活动支座（纵向、横向均可自由移动）多向活动支座（纵向、横向均可自由移动）单向活动支座（仅一个方向可自由移动）单向活动支座（仅一个方向可自由移动） 1 1、简支、悬臂梁桥、简支、悬臂梁桥：一端固定，另一端活动。：一端固定，另一端活动。 固定支座的布置原则：固定支座的布置原则：v 桥跨结构桥跨结构：使梁的下缘在制动力的作用下受压，例如：使梁的下缘在制动力的作用下受压，例如布置在行车方向的前方。布置在行车方向的前方。v 桥墩桥墩：使制动力的方向指向：使制动力的方向指向桥墩中心桥墩中心，使墩顶圬工在，使墩顶圬工在

3、制动力作用下受压而不受拉。制动力作用下受压而不受拉。v 桥台桥台：使制动力的方向指向：使制动力的方向指向堤岸堤岸，使墩台顶部圬工受，使墩台顶部圬工受压，并能平衡一部分台后土压力。压，并能平衡一部分台后土压力。支座的布置支座的布置 2 2、连续梁桥、连续梁桥v 每联只设一个固定支座。每联只设一个固定支座。v 为避免梁的活动端伸缩缝过大，固定支座宜置于每联为避免梁的活动端伸缩缝过大，固定支座宜置于每联的中间支点上。的中间支点上。v 若墩身较高，则应考虑避开，或采取特殊措施，以避若墩身较高，则应考虑避开，或采取特殊措施，以避免墩身承受水平力过大。免墩身承受水平力过大。说明：说明：1、固定、活动支座的

4、布置应以有利于墩台传递、固定、活动支座的布置应以有利于墩台传递纵向水平力为原则。纵向水平力为原则。2、宽桥、弯桥、震区桥、宽桥、弯桥、震区桥3、拉压支座、拉压支座平坡时，固定支座宜设在主要行车方向的前端。平坡时，固定支座宜设在主要行车方向的前端。第二节第二节 支座的类型和构造支座的类型和构造支座通常用钢，橡胶等材料来制造主要类型：支座通常用钢，橡胶等材料来制造主要类型：简易支座简易支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 应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度等因素来选取支座类型。体的变形

5、程度等因素来选取支座类型。中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座中小跨度公路桥一般采用板式橡胶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 一、简易支座一、简易支座 采用几层油毛毡或石棉制成，压实采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度不小于后的厚度不小于1cm1cm，可用于跨径小于，可用于跨径小于10m10m的板梁桥。的板梁桥。 在支座部位的梁端和墩台顶面布在支座部位的梁端和墩台顶面布设钢筋网加强。设钢筋网加强。 二、弧形钢板支座二、弧形钢板支座靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动的。靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移

6、和转动的。承载能力强，能适应桥梁的位移和转动的需要，目前仍广泛应用于铁路桥梁。承载能力强，能适应桥梁的位移和转动的需要，目前仍广泛应用于铁路桥梁。 适用范围：跨径适用范围：跨径1010 20m20m 构造特点：由上下垫板所组成，构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。固下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装后使齿齿板（或销钉），安装后使齿板嵌入齿槽板嵌入齿槽( (或销钉伸入销孔或销钉伸入销孔) )，以保证上下垫板之间不发生相以保证上下垫板之间不发生相对水平位移对水平位移 常用

7、：铸钢支座、特种钢支座。常用：铸钢支座、特种钢支座。 三、摆柱式支座、混凝土铰三、摆柱式支座、混凝土铰图4-1-7 混凝土摆柱式支座钢筋混凝土摆柱弧形钢板齿板钢垫板锚固筋图4-1-8 混凝土铰桥台墩台梁体混凝土铰钢筋 构造简单、加工方便、节省钢材、造价低、结构高构造简单、加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方便度小、安装方便 适应任意方向的变形（适应任意方向的变形（宽桥、曲线桥和斜桥）宽桥、曲线桥和斜桥） 橡胶的弹性能消减上、下部结构所受的动力作用，橡胶的弹性能消减上、下部结构所受的动力作用，对于对于抗震抗震十分有利。十分有利。四、橡胶支座四、橡胶支座1 1、板式橡胶支座、板式橡胶支座

8、适用条件：适用条件：30m30m以下中、小以下中、小桥梁最常用的支座形式之一，桥梁最常用的支座形式之一，主要用于混凝土梁主要用于混凝土梁变位机理：变位机理：不均匀压缩实现转角变位；不均匀压缩实现转角变位；剪切变形实现水平位移。剪切变形实现水平位移。 说明：板式橡胶支座无固定与活动之分说明：板式橡胶支座无固定与活动之分, ,可采用高度不同可采用高度不同的橡胶板来调节各支座传递的水平力和位移的橡胶板来调节各支座传递的水平力和位移目前常用板式橡胶支座目前常用板式橡胶支座材料选用：氯丁橡胶（材料选用：氯丁橡胶（-2560-2560） 天然胶（天然胶（-3560-3560） 三元乙丙胶（三元乙丙胶（-4

9、060-4060）（1 1）无加劲层的纯橡胶支座）无加劲层的纯橡胶支座一层纯橡胶，承载能力小，只用于小跨径桥一层纯橡胶，承载能力小，只用于小跨径桥有加劲层的板式橡胶支座有加劲层的板式橡胶支座用薄钢板或钢丝网作加劲层，国内用薄钢板或钢丝网作加劲层，国内定形产品规格很多，参见定形产品规格很多，参见公路桥公路桥梁板式橡胶支座梁板式橡胶支座(JT/T4-93) (JT/T4-93) 支承反力：支承反力：10010000kN10010000kN，厚度：厚度：14mm14mm（两层钢板）开始（两层钢板）开始形状：矩形、圆形（斜桥或圆柱形墩）形状：矩形、圆形（斜桥或圆柱形墩） 根据试验分析，橡胶压缩弹性模量

10、根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E E、容许压、容许压应力应力 和容许剪切角和容许剪切角tgrtgr的数值，均与支座的形状的数值，均与支座的形状系数系数S S有关。形状系数为橡胶支座的承压面积与自有关。形状系数为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，矩形支座为：由表面积之比，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； t t 中间橡胶层的厚度。中间橡胶层的厚度。 2a ba b tS 为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动的要求，支座的长度的要求，支座

11、的长度a a与宽度与宽度b b之比取决于主梁下的有效之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角宽度及所需的剪切角 。一般应充分利用有效宽度。一般应充分利用有效宽度b b，而尽可能减小而尽可能减小a a的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a a5 5成成正比）。根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于正比）。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平面最小尺寸的30%30%。2、聚四氟乙烯滑板式橡胶支座聚四氟乙烯滑板式橡胶支座活动支座活动支座构造：普通板式橡胶支座构造：普通板式橡胶支座+ +聚四氟乙烯板（聚四氟乙烯板（24mm24mm）梁）梁底设不锈钢板（

12、底设不锈钢板（f=0.06 f=0.06 ）适用：较大跨度简支梁桥、桥面连续的桥梁和连续梁桥；适用：较大跨度简支梁桥、桥面连续的桥梁和连续梁桥；顶推施工滑板顶推施工滑板3、球冠圆板式橡胶支座球冠圆板式橡胶支座改进的圆板式橡胶支座改进的圆板式橡胶支座 纯橡胶制成球型表面（纯橡胶制成球型表面（hmax=410mmhmax=410mm）分为）分为球冠圆板式橡胶支座和球冠圆板式四氟乙烯橡胶支座球冠圆板式橡胶支座和球冠圆板式四氟乙烯橡胶支座 坡型板式橡胶支座坡型板式橡胶支座其它类型板式橡胶支座其它类型板式橡胶支座 铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座4 4、桥梁盆式橡胶支座、桥梁盆式橡胶支座 盆式橡胶支座是钢构件与

13、橡胶组合而成的新型桥梁盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的新型桥梁支座。具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特支座。具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，适用于支座承载力为点，适用于支座承载力为1000KN1000KN以上的大跨径桥梁。以上的大跨径桥梁。 盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。活动盆式橡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、承压橡胶块、橡胶胶支座由上支座板、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、下支座板以及上下支密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。组合上、中支座板构造或利用上下支座座连

14、接板组成。组合上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。连接板即可形成固定支座。盆式橡胶支座盆式橡胶支座 盆式橡胶支座构构造要点盆式橡胶支座构构造要点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.上支座板上支座板6.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 固定与滑动盆式橡胶支座固定与滑动盆式橡胶支座 多向活动支座（多向活动支座（DXDX） 纵向活动支座（纵向活动支座（ZXZX） 固定支座（固定支座（GDGD）5 5、其它支座、其它支座 QGZQGZ球型钢支座球型钢支座 QGZ 球型钢支座球型钢支座 四、成品盆式橡胶支座的选

15、配四、成品盆式橡胶支座的选配 、成品盆式橡胶支座的系列、成品盆式橡胶支座的系列 成品盆式橡胶支座的主要系列有：成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZGPZ、TPZ-1TPZ-1等。其等。其中，中，GPZGPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列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；盆式橡胶支座；TPZ-1TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的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列的盆式橡胶支座。这些系列支座，适用于

16、各类桥梁及类似受力与变形特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其受力与变形特性的工程结构，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它工程结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从10001000起至起至5000050000，最多分为近，最多分为近4040个级；并以个级；并以DXDX、SXSX、GDGD分别表分别表示单向示单向 、双向活动支座及固定支座，而、双向活动支座及固定支座，而GDZGDZ则为抗震型固则为抗震型固定支座的代号。定支座的代号。 、成品盆式橡胶支座的地区适用性、成品盆式橡胶支座的地区适用性 成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度成品盆式橡胶支座

17、的适用地区应考虑温度和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。支座和采用何种震型支座或抗震措施。 3 3、各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配、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，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，推力能否满足要求。一般来说，GPZGPZ、TPZ-1TPZ-1等等系列的支座对这两个要求均能满足。若转角和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

18、需要改变支座的设水平推力超出容许范围，则需要改变支座的设计。转角特大，可采用球型支座。计。转角特大，可采用球型支座。 关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选用固定的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选用固定支座，活动端选用活动支座。但若横桥向伸缩值不容支座，活动端选用活动支座。但若横桥向伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用GDGD类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来

19、越宽，超类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过过2020米已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向米已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，有的可达到中等跨径桥梁纵伸、缩量便不可忽略了，有的可达到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。为保证梁不发生纵向位移，又能满足多向的伸缩量。为保证梁不发生纵向位移，又能满足多梁式宽桥的横桥向位移，这时可将单方向活动支座转梁式宽桥的横桥向位移，这时可将单方向活动支座转过过9090 横置梁下横置梁下( (如图如图2-7-9)2-7-9)，使其顺桥向起固定支座的，使其顺桥向起固定支座的作用下，而横桥向则起活动支座的作用。作用下，而横桥向则起活

20、动支座的作用。 4 4、成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择、成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择 支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、支座承载力大小的选择，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容许承载力的5%5%，最小反力不低于容许承载力的，最小反力不低于容许承载力的80%80%。规定最小反力的目的是保证支座具有良好。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的滑移性能，因为聚四氟乙烯板的磨擦系数与压

21、力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将会增大。会增大。 支座选配时，一般不必过多担心支座的安全支座选配时，一般不必过多担心支座的安全储备，比如计算得到一个支座的最大反力为储备，比如计算得到一个支座的最大反力为41004100，最小反力为最小反力为37003700，那就选用承载力为，那就选用承载力为40004000的支座，的支座，这是因为这是因为40004000支座的允许支反力变化范围是支座的允许支反力变化范围是320032004200 4200 ，不要从更安全的角度考虑加大支座，不要从更安全的角度考虑加大支座的承载力而选用的承载力而选用500050

22、00的支座。因为的支座。因为50005000支座最低支座最低合适的承载力是合适的承载力是40004000，而最小支反力，而最小支反力37003700已小于已小于此值，故不适宜选用。虽然我们规定最大反力，此值，故不适宜选用。虽然我们规定最大反力，不超过容许承载力的不超过容许承载力的5%5%，但支座实际的安全系数，但支座实际的安全系数一般在一般在5 5以上。以上。第三节、支座计算第三节、支座计算一、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。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在计算汽车荷载支座反力 时，应计入冲击影时，应计入冲击影响力。当支座可能出现

23、上拔力时，应分别计响力。当支座可能出现上拔力时，应分别计算支座算支座 的最大竖向力和最大上拔力。的最大竖向力和最大上拔力。直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。直线桥梁的支座，一般仅需计入纵向水平力。斜桥和弯桥的支座，还需要考虑由于汽车荷斜桥和弯桥的支座，还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载的离心力或其它原因如风力等产生的横向水平力。水平力。 汽车荷载产生的制动力，应按照公路桥涵设计汽车荷载产生的制动力，应按照公路桥涵设计规范要求，根据车道数规范要求，根据车道数 确定。刚性墩台各种确定。刚性墩台各种支座传递的制动力，按规范中的规定采用。其支座传递的制动力，按规范中的规

24、定采用。其中，规定每个活动支座传递的制动力不得大于中，规定每个活动支座传递的制动力不得大于其摩阻力；当采用厚度相等的板式橡胶支座时，其摩阻力；当采用厚度相等的板式橡胶支座时，制动力可平均分配至各支座。制动力可平均分配至各支座。 对于梁桥，地震地区桥梁支座的外力计算，应对于梁桥，地震地区桥梁支座的外力计算，应根据设计的地震烈度，按根据设计的地震烈度，按的规定进行计算和组合。的规定进行计算和组合。二、板式橡胶支座的设计计算二、板式橡胶支座的设计计算（一）支座尺寸确定（一）支座尺寸确定 根据橡胶支座和支承垫石混凝土的压应力不超过它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，

25、确定支座平面面积。在一们相应容许承压应力的要求，确定支座平面面积。在一般情况下，面积由橡胶支座控制设计：般情况下，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 支座高度支座高度 梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产生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的纵向水平位移 ，依靠全部橡胶片的剪切变形依靠全部橡胶片的剪切变形 t t来实现来实现, , 与与 t t的关系为：的关系为：tah 由由 有有tgtgtttg-橡胶片容许剪切角的正切，可取用橡胶片容许剪切角的正切，可取用0.50.50.70.7，不计

26、活载制动力时用不计活载制动力时用0.50.5；计及活载制动力时；计及活载制动力时取用取用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。当跨径为座顶面相对于底面的水平位移。当跨径为L的简支的简支梁桥两端采用等厚橡胶支座时，因温度变化每个支梁桥两端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，座承担的水平位移可取简支梁向温变变形的一半，-活载制动力在一个支座上的水平力；活载制动力在一个支座上的水平力；p -由制动力引起在支

27、座顶面相对于由制动力引起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 - 橡胶支座的面积。橡胶支座的面积。G - 橡胶的剪切模量，橡胶的剪切模量，TH2TTpTHtttGabG0.2ta桥规桥规规定：规定：（二）支座偏转与平均压缩变形验算（二）支座偏转与平均压缩变形验算 主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为 ( (如下图如下图) )，但不，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竖向力的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一个偏心竖向力的作用，表面将产生不均匀的压

28、缩变形，一端为一端为 另一端为另一端为 ，其平均压缩，其平均压缩变形变形 ，根据下式计算，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。 当无试验数据时，可查阅当无试验数据时，可查阅，其值与支座的形，其值与支座的形状系数有关，也可按下式计算状系数有关，也可按下式计算1s2s121()2sss NtsEA )/()418530(1 . 02mmNsEj 所以 桥规规定： 1212jNtE ab211a102jNtaE ab2jNtaE ab0.05t（三）支座抗滑性验算（三）支座抗滑性验算 橡胶支座一般直接搁置在墩台与梁底之间，橡胶支座一般直接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：来抵