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桥梁支座有哪几种?常见类型及各自特点一览

桥梁支座是桥梁结构中至关重要的组成部分,它位于桥梁的上部结构与下部结构之间,主要作用是传递桥梁上部结构的荷载(包括恒载和活载)以及可能出现的水平力(如风荷载、作用等)到下部结构(如桥墩、桥台),同时保证上部结构在设计荷载作用下的正确受力状态,并允许上部结构在一定的范围内进行竖向和水平位移,以适应结构变形和温度变化等。桥梁支座的选择和布置对桥梁的安全、耐久性和使用性能具有直接影响。根据其功能、构造形式和承载能力,桥梁支座可以划分为多种类型。以下将详细介绍几种常见的桥梁支座类型及其特点。

一、 板式橡胶支座 (Plate Rubber Bearing Pad, PRP)

板式橡胶支座是目前应用最为广泛的一种桥梁支座类型,尤其在中、小跨径的梁式桥中。它主要由多层橡胶片和薄钢板叠合粘合而成。

构造与组成: 其基本构造是在橡胶片之间设置薄钢板,橡胶提供弹性变形能力,钢板则提供抗压刚度,从而实现力的有效传递和变形的协调。根据需要,可以在支座中设置加劲钢板,以提高支座的抗压承载能力和刚度。板式橡胶支座通常带有防水、防尘的盖板和锚固螺栓,用于安装和固定。

特点:

构造简单,重量轻: 相比于其他类型支座,板式橡胶支座结构形式简单,重量较轻,便于运输、安装和更换。

安装方便快捷: 安装过程相对简单,通常只需将支座安放到位并用螺栓固定即可。

竖向承载力高: 通过增加橡胶片和钢板的数量和厚度,可以方便地调整和设计支座的竖向承载力。

水平刚度大,转动刚度小: 在竖向荷载作用下,主要依靠橡胶的压缩变形来承担压力;在水平荷载作用下,则依靠橡胶与钢板之间的摩擦力以及橡胶本身的剪切变形来提供水平刚度。这使得板式橡胶支座具有良好的隔震性能,能有效吸收和耗散能量,并允许结构在水平方向上产生一定的位移。

适应性强: 可以适应一定的转动,允许上部结构因温度变化、混凝土收缩徐变等因素产生的变形。其水平位移能力可以根据需要进行设计。

美观整洁: 支座顶面和底面通常为平面,与梁体和墩台顶面接触良好,可以隐藏部分下部结构,使桥面显得较为整洁。

缺点:

温度影响较大: 在高温季节,橡胶会软化,水平刚度和承载力可能下降;在低温季节,橡胶会,弹性模量增大,水平位移能力可能不足。

耐久性相对有限: 橡胶材料在紫外线、臭氧、油污等环境因素作用下会发生老化、开裂,影响支座的性能和使用寿命。需要采取相应的防护措施。

对支承条件要求较高: 要求墩台顶面平整、清洁,且能提供足够的反力,否则可能因支承不均导致支座早期损坏或性能下降。

二、 盆式橡胶支座 (Pansite Rubber Bearing Pad, PSRP)

盆式橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上发展起来的一种高性能支座,它结合了橡胶的弹性和钢材的刚性,具有更优异的技术性能,适用于大跨径桥梁、重载桥梁以及抗震要求较高的桥梁。

构造与组成: 盆式橡胶支座主要由上、下钢盆(通常是半球形或圆形),中间的盆内橡胶块(通常为多层钢板与橡胶复合片),以及填充的橡胶密封圈和填充物(如硫磺、环氧砂浆等)组成。上、下钢盆之间通过填充物连接,形成一个整体,而盆内橡胶块则位于上、下钢盆之间。

特点:

竖向刚度大: 钢盆提供了强大的约束,使得盆内橡胶块在竖向荷载作用下主要发生压缩变形,从而具有比板式橡胶支座大得多的竖向刚度,减少了上部结构的竖向挠度。

水平刚度大且可调: 通过调整盆内橡胶块的厚度或形状,可以方便地设计不同水平刚度(径向和切向刚度)的支座。钢盆与橡胶块之间的摩擦力提供了较高的固定支座反力,也可以设计成允许一定位移的滑动支座。

转动刚度大: 钢盆的约束使得盆式橡胶支座具有较大的转动刚度,这有助于限制上部结构的过大转动,保护支座和梁体。

抗震性能优越: 由于其大刚度特性,盆式橡胶支座在作用下能更有效地约束结构,防止过大位移,同时其内部橡胶和填充物也能耗散部分能量。常用于抗震设防烈度较高地区的桥梁。

适应温度变化能力强: 钢盆的约束作用使得支座在温度变化时,其力学性能变化相对稳定,不像板式橡胶支座那样受温度影响剧烈。

承载力范围广: 可以根据设计需求生产不同尺寸和承载力的盆式橡胶支座,从中等跨度到大跨度桥梁都有应用。

允许较大的水平位移: 可以设计成固定支座、单向滑动支座或双向滑动支座,以满足桥梁布置和变形协调的要求。

缺点:

构造相对复杂,成本较高: 相比板式橡胶支座,盆式橡胶支座的制造工艺更复杂,材料成本和加工成本也更高。

安装要求较高: 安装时需要精确调整支座的中心位置和标高,并确保上、下钢盆同心,否则可能影响支座性能。

维护相对复杂: 密封性能是关键,需要定期检查密封圈是否完好,填充物是否老化、开裂,以及是否有漏油、漏水现象。

三、 弹性支座 (Elastomeric Pad Bearing, EPB)

弹性支座可以看作是板式橡胶支座的一种特殊形式,它完全由弹性材料(通常是高弹性橡胶)组成,内部没有钢板。它主要依靠橡胶自身的弹性变形来提供竖向承载力和水平位移能力。

构造与组成: 弹性支座通常由多层高弹性橡胶片和纤维织物(如聚酯纤维布)叠合粘合而成,有时也会在中心区域放置一个或多个圆形或方形钢块(称为加劲块),以提高支座的抗压刚度和承载力。支座外部通常覆盖一层钢板,用于安装和提供保护。

特点:

水平位移能力大: 由于没有钢板的约束,橡胶可以发生较大的剪切变形,因此弹性支座通常具有比板式橡胶支座和盆式橡胶支座更大的水平位移能力,特别适用于需要较大水平滑移的场合,如桥塔、斜拉索塔等。

构造简单,重量轻: 与盆式橡胶支座相比,弹性支座没有复杂的钢盆结构,构造更简单,重量更轻。

竖向刚度相对较小: 相比板式橡胶支座和盆式橡胶支座,弹性支座的竖向刚度相对较小,可能需要更薄的梁体或更大的梁高。

转动刚度小: 允许较大的转动,适用于需要适应较大转角的桥梁结构。

成本相对较低: 通常比盆式橡胶支座成本更低。

缺点:

竖向承载力相对较低: 对于相同的外形尺寸,弹性支座的竖向承载力通常低于板式橡胶支座和盆式橡胶支座,可能需要更大的支座尺寸。

对支承条件要求高: 对墩台顶面的平整度和垂直度要求更高,以避免应力集中和早期损坏。

温度影响显著: 受温度影响较大,高温时水平刚度和承载力下降,低温时,位移能力不足。

四、 密封式橡胶支座 (Sealed Rubber Bearing Pad)

密封式橡胶支座是板式橡胶支座的一种改进型,为了克服普通板式橡胶支座容易受环境因素(如水、空气、紫外线、臭氧、油污等)影响而老化、开裂的问题,在支座内部设置了金属密封圈(通常是耐老化橡胶或聚氨酯材料制成)和外部钢盖板,形成一个封闭的腔体。

构造与组成: 其基本结构类似于板式橡胶支座,由多层橡胶片和薄钢板叠合,但增加了内部的密封圈和外部带有螺栓孔的钢盖板。密封圈将橡胶核心与外部环境隔离。

特点:

耐久性好: 密封结构能有效防止水分、空气、紫外线、臭氧以及油污等有害物质侵入橡胶内部,显著提高了橡胶的耐老化性能和使用寿命。

保持良好的力学性能: 由于内部橡胶得到保护,

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