弹性模量和剪切模量

第六章桥梁的支座

支座布置简支梁桥一般一端采用固定支座,一端采用活动支座。连续梁一般每一联中的一个桥墩设固定支座.支座的设置应有利于墩台传递水平力。第二节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：简易支座弧形钢板支座橡胶支座板式橡胶支座盆式橡胶支座第二节支座的类型和构造

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。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铁路桥采用钢支座一、简易支座采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度不小于1cm，可用于跨径小于10m的板梁桥。第二节支座的类型和构造该种支座变形性能较差，容易引起附加的内力。二、钢支座1、弧形钢支座适用范围：跨径1020m构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装后使齿板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔)，以保证上下垫板之间不发生相对水平位移

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。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。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。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-250C的地区，天然橡胶用于-300C

-400C的地区。三、橡胶支座1、板式橡胶支座

橡胶支座的变形机理转动变形：利用橡胶的不均匀弹性压缩实现水平位移：利用橡胶的剪切变形实现

Δθ转动变形水平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

根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E、容许压应力[

]和容许剪切角[tgr]的数值，均与支座的形状系数S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：式中：a

顺桥方向橡胶支座的长度；

b

横桥方向橡胶支座的宽度；

t

中间橡胶层的厚度。

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%。bat形状系数构造特点：常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。变形机理：（1）不均匀弹性压缩实现转动；（2）剪切变形实现水平位移；（3）无固定和活动支座之分。性能指标：（1）容许应力；（2）弹性模量和剪切模量（3）容许剪切的正切值。适用范围：支座反力为70－3600kN的公路、城市桥梁。

使用寿命短，一般10~15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、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。

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。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、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。

优点缺点

板式橡胶支座代号表示方法

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）

形式代号（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*δ（mm）,圆形d*δ（mm））

橡胶分类（氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶）武汉理工大学交通学院板式橡胶支座

常见矩形板式橡胶支座的平面尺寸：12x14cm14x18cm15x20cm

竖向支撑反力100~10000kN

材料有氯丁橡胶、天然橡胶、三元乙丙橡胶三种

矩形板式橡胶支座的应用情况

尽可能地保证梁底与垫石顶面平行、平整，使其与橡胶支座上下面全部密贴，避免偏心受压、脱空、不均匀受力的现象发生。板式橡胶支座的安装注意事项2、四氟滑板式橡胶支座

将板式橡胶支座表面粘复一层1.5mm-3mm厚的聚四氟乙烯板,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系数（μ≤0.08）,可使梁端在四氟板表面自由滑动,可使桥梁上部构造的水平位移不受限制,特别适宜中、小荷载,大位移量的桥梁使用。桥梁球冠圆板式橡胶支座3、其它类型板式橡胶支座

制作顶面用纯橡胶制成球形表面（最大4~10mm),使支座传力均匀，改善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。坡型板式橡胶支座以往对梁体纵坡1%～≤3%的桥梁，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，防止垂直反作用力的分力对支座的剪切作用。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6-8%。铅芯橡胶支座4、桥梁盆式橡胶支座

盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的桥梁支座。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、单项释放位移和多项位移释放。适用于支座承载力为1000KN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座连接板组成。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。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位移。从实验的数据来看，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，大的水平位移，大的转角的要求。

2）盆式橡胶支座代号表示方法

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SX、DX、GD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35MN的单向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。

3）盆式橡胶支座构造

单向活动支座

固定支座

四氟板构造

盆式橡胶支座构造示意单向滑动支座双向滑动支座固定支座盆式橡胶支座盆式橡胶支座构构造要点1.钢盆2.承压橡胶板3.钢衬板4.聚四氟乙烯板5.上支座板6.不锈钢滑板7.钢紧箍圈8.密封胶圈5、其它支座

QGZ球型钢支座QGZ球型钢支座

四、成品盆式橡胶支座的选配

１、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：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。

２、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。

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，则需要改变支座的设计。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，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GD类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过20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过90°横置梁下(如图2-7-9)，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。

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。

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4100，最小反力为3700，那就选用承载力为4000的支座，这是因为4000支座的允许支反力变化范围是3200～4200，不要从更安全的角度考虑加大支座的承载力而选用5000的支座。因为5000支座最低合适的承载力是4000，而最小支反力3700已小于此值，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5%，但支座实际的安全系数一般在5以上。第三节、支座计算一、支座受力特点作用在支座上的竖向力有结构自重的反力。在计算汽车荷载支座反力时，应计入冲击影响力。当支座可能出现上拔力时，应分别计算支座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。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水平力。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，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，应根据设计的地震烈度，按<<公路工程抗震设计规范>>的规定进行计算和组合。二、板式橡胶支座的设计计算（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：

支座平面尺寸对于橡胶板对于混凝土

支座高度

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,

与

t的关系为：

ah

由

有--橡胶片容许剪切角的正切，可取用0.5～0.7，不计活载制动力时用0.5；计及活载制动力时取用0.7，则上式可写成：--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，--活载制动力在一个支座上的水平力；--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A

--橡胶支座的面积。G--橡胶的剪切模量，《桥规》规定：（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(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N

h式中：E--橡胶支座的弹性模量。当无试验数据时，可查阅<<公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范>>JTJ023-85，其值与支座的形状系数有关，也可按下式计算

所以

《桥规》规定：