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遼源高速公路橋梁橡膠支座的性能與應(yīng)用及更換方法
橋梁橡膠支座是橋梁結(jié)構(gòu)連接上、下部結(jié)構(gòu)"關(guān)節(jié)"。其作用重大,但由于支座設(shè)計(jì)選型不佳、年久失養(yǎng)、橡膠支座本身老化、鋼板支座銹蝕等原因造成支座失效,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)受力體系發(fā)生變化。部分支座失效已直接影響到橋梁上部結(jié)構(gòu)安全,需要立即更換。高速公路交通十分繁忙,支座更換必須在不影響交通、不破壞橋梁本身結(jié)構(gòu)的情況下來(lái)對(duì)老支座進(jìn)行更換,使之恢復(fù)原有功能。本文針對(duì)高速公路一座簡(jiǎn)直梁橋采用同步頂升的工法進(jìn)行支座更換工作中采用的主要施工方法和措施進(jìn)行介紹,以期對(duì)類(lèi)似橋梁的養(yǎng)護(hù)工作具有拋磚引玉的意義。
在梁式橋中,支座設(shè)置在橋梁的上部結(jié)構(gòu)于墩臺(tái)之間,其作用是將橋跨結(jié)構(gòu)上的各種荷載傳遞到墩臺(tái),同時(shí)保證橋跨結(jié)構(gòu)所要求的位移和轉(zhuǎn)動(dòng),使上、下部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況與計(jì)算的理論圖式相符合,橋梁支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件,關(guān)系重大,一旦出現(xiàn)病害,將影響到上下部結(jié)構(gòu)的使用壽命和交通安全,因此對(duì)橋梁支座的性能有所了解,并合理選用。
一、橋梁支座選擇
橋梁橡膠支座是橋跨結(jié)構(gòu)的支承部分,其將橋跨結(jié)構(gòu)上的荷載通過(guò)支座傳遞給墩臺(tái)。支座的作用主要表現(xiàn)在以下三個(gè)方面:使反力明確地作用到墩臺(tái)的指定位置,并將集中反力擴(kuò)散到一個(gè)足夠大的面積上,以保證墩臺(tái)工作的安全可靠;保證橋跨結(jié)構(gòu)在支點(diǎn)按計(jì)算圖式所規(guī)定的條件變形;保證橋跨結(jié)構(gòu)在墩臺(tái)上的位置充分固定,不致滑落。
2、橋梁橡膠支座分類(lèi)
結(jié)構(gòu)型式:球型支座、盆式橡膠支座、板式橡膠支座、鉸軸支座、轉(zhuǎn)體球鉸等。
使用功能:普通支座、抗震支座、減隔震支座、拉壓支座、抗風(fēng)支座等。
使用環(huán)境:普通環(huán)境用支座、低溫用支座和耐蝕支座。
3、橋梁橡膠支座的適用
橋梁橡膠支座產(chǎn)品,主要應(yīng)用于鐵路橋梁、公路橋梁、城市立交橋、高架橋等項(xiàng)目中,也可用于大型建筑結(jié)構(gòu)中。在不同類(lèi)型的橋梁中,設(shè)計(jì)院一般按照橋梁的結(jié)構(gòu)型式、橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力及變形大小、設(shè)置支座的位置及大小、橋梁上部行車(chē)的類(lèi)型(火車(chē)或汽車(chē))、橋梁所處地震區(qū)域、橋梁所處的環(huán)境情況來(lái)選取適當(dāng)?shù)臉蛄褐ёa(chǎn)品。
(1)、公路橋梁對(duì)于高速公路橋梁和一些小型公路橋梁,由于其跨徑小、上部結(jié)構(gòu)的反力及變形小,一般選用板式橡膠支座產(chǎn)品。對(duì)于跨公路、跨鐵路、跨江河、跨海的橋梁,由于其跨徑較大、上部結(jié)構(gòu)的反力及變形大,一般選用盆式橡膠支座或球型支座產(chǎn)品。
(2)、橋梁設(shè)計(jì)為保證其規(guī)范性,一般采用專(zhuān)圖形式進(jìn)行設(shè)計(jì),各設(shè)計(jì)院在設(shè)計(jì)中直接根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行選圖設(shè)計(jì)。目前形成專(zhuān)圖的支座產(chǎn)品主要有鑄鋼支座(包括搖軸、輥軸和鉸軸支座)、盆式橡膠支座、柱面支座和球型支座等。球型支座由于其承載力高、傳力均勻、耐久性好等特點(diǎn),多用于連續(xù)梁及有特殊要求的橋梁設(shè)計(jì)中,現(xiàn)也開(kāi)始逐步取代盆式橡膠支座使用于簡(jiǎn)支梁橋中。
(3)、其它特殊支座選用
對(duì)于處于地震帶上的公路、鐵路橋梁,為減小地震災(zāi)害,現(xiàn)多選用抗震支座或減隔震支座產(chǎn)品。對(duì)于上部結(jié)構(gòu)存在向上的反力的橋梁,一般選用拉壓支座。對(duì)于懸索橋、斜拉橋等存在漂浮結(jié)構(gòu)的橋梁,在梁體橫向一般需要選用抗風(fēng)支座產(chǎn)品。對(duì)于沿海及跨海橋梁,為保證支座使用壽命,則多選用耐蝕支座產(chǎn)品(一般為耐蝕球型支座)。對(duì)于跨鐵路、高山跨峽谷的橋梁,為了不干擾鐵路運(yùn)行和減小施工難度,多選用轉(zhuǎn)體法施工,因此多選用轉(zhuǎn)體球鉸產(chǎn)品。對(duì)于在高緯度地區(qū)低溫環(huán)境,為保證鋼材應(yīng)力,多選用低溫用支座(型號(hào)后加注“F”)。
二、鉛銷(xiāo)橡膠支座的力學(xué)性能
1、鉛銷(xiāo)橡膠支座的靜力特性
橋梁是露天結(jié)構(gòu)物,采用的鉛銷(xiāo)橡膠支座在材料、功能上應(yīng)能夠長(zhǎng)期穩(wěn)定,因此鉛銷(xiāo)橡膠支座應(yīng)具有以下靜力特性。
(1)、豎向承在能力
鉛銷(xiāo)橡膠支座一般需要較大變位來(lái)充分發(fā)揮減震耗能作用,豎向承載能力應(yīng)根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》中普通板式橡膠支座豎向承載力的規(guī)定按照相同或更安全的原則從平面尺寸的系列規(guī)格中選取。
(2)、平時(shí)水平荷載抵抗能力
地震的隨機(jī)性、偶然性和不確定性,使鉛銷(xiāo)橡膠支座的屈服荷載應(yīng)由設(shè)計(jì)來(lái)確定,使其大于平時(shí)作用于上部結(jié)構(gòu)的風(fēng)、制動(dòng)力等水平力之和,地震發(fā)生時(shí),保證其可以產(chǎn)生大的變位。
(3)、徐變壓縮量
在上部結(jié)構(gòu)恒載豎向力的持久作用下,鉛銷(xiāo)橡膠支座的橡膠隔離體會(huì)產(chǎn)生徐變變形而使上部結(jié)構(gòu)下沉造成路面不平。減震設(shè)計(jì)中,應(yīng)使鉛銷(xiāo)橡膠支座在豎向荷載作用下的徐變量控制在合理范圍內(nèi)。
2、鉛銷(xiāo)橡膠支座的動(dòng)力特性
鉛銷(xiāo)橡膠支座在地震發(fā)生時(shí)將受到地震力的往復(fù)作用,因此支座在地震產(chǎn)生的反復(fù)荷載作用下應(yīng)具有以下動(dòng)力特性:
(1)、合適的剛度和阻尼
鉛銷(xiāo)橡膠支座的等價(jià)剛度和等價(jià)阻尼常數(shù)決定其最終的減震效果,鉛銷(xiāo)橡膠支座的等價(jià)剛度與阻尼常數(shù)的平均值與設(shè)計(jì)值的差應(yīng)在4-10%的范圍內(nèi),確保橋梁上部結(jié)構(gòu)的加速度、變位等的變化幅度在使用中不會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。
(2)、承受大震作用的能力
鉛銷(xiāo)橡膠支座在50次連續(xù)的正負(fù)反復(fù)荷載作用、剪切變位為有效設(shè)計(jì)變位的情況下,性能必須穩(wěn)定,支座不得損壞。
(3)、正的切線(xiàn)剛度
鉛銷(xiāo)橡膠支座應(yīng)具有正的切線(xiàn)剛度。即使在大的地震發(fā)生時(shí),支座的響應(yīng)進(jìn)入了非線(xiàn)性區(qū)域而產(chǎn)生了大的變位也要求鉛銷(xiāo)橡膠支座具有正的切線(xiàn)剛度。
三、不中斷交通更換橋梁支座技術(shù)的應(yīng)用
1、技術(shù)原理
不中斷交通更換橋梁支座的頂升高度不宜超過(guò)5mm,一般采用一組相同型號(hào)的千斤頂并聯(lián)在一起,用同一油泵供油,并在每臺(tái)千斤頂上設(shè)電磁控制閥,用電腦精確控制每臺(tái)千斤頂?shù)墓┯土,?shí)現(xiàn)同步頂升。因頂升高度較小,同時(shí)為了方面施工,多采用扁型千斤頂。
為解決在頂升過(guò)程中出現(xiàn)千斤頂漏油現(xiàn)象而上部結(jié)構(gòu)橫向聯(lián)系受力不利的狀況,要求千斤頂具有自鎖功能,自鎖后由自鎖裝置替代活塞受力,避免梁體頂升不同步引起橫向聯(lián)系的損壞。
2、技術(shù)要點(diǎn)
(1)安裝千斤頂
頂升前先計(jì)算出橋梁上部結(jié)構(gòu)的重量和重心位置,確定需要的千斤頂數(shù)量和噸位。為了安全起見(jiàn),施工中千斤頂頂升力要大于上部衡載×1.1及活載×1.3之和的2倍以上。為使千斤頂合力中心與橋梁上部構(gòu)造合力中心重合,上部結(jié)構(gòu)受力又小,在放置千斤頂時(shí)應(yīng)盡可能靠近支座安裝,但要避免對(duì)支座更換造成影響。為使頂升時(shí)受力垂直向上,千斤頂?shù)酌嬉欢ㄒ,并且使千斤頂上加墊的鋼板及橡膠板與橫隔梁緊密接觸。
(2)千斤頂上下接觸面處理
蓋梁上部或梁(板)底面得混凝土表面要采用角磨機(jī)進(jìn)行打磨找平,并通過(guò)水平尺檢查平整度,對(duì)于梁(板)底面與蓋梁間間隙小,向上鑿除(或角磨機(jī)打磨)找平操作困難,且上部構(gòu)造梁(板)底面受力鋼筋布置較密、保護(hù)層較薄,鑿除會(huì)損傷受力鋼筋的情況,可僅鑿除(或打磨)表面局部凸出的混凝土,然后用楔形鋼板調(diào)平。千斤頂活塞面積較小,為防止梁(板)因局部承壓過(guò)高而損壞,應(yīng)通過(guò)加墊多層鋼板,增加有效承壓面積分散局部壓力,并進(jìn)行局部承壓驗(yàn)算。
(3)上部結(jié)構(gòu)與蓋梁間連接的處理
由于施工偏差或錯(cuò)誤,梁(板)與蓋梁間可能存在不應(yīng)有的連接,這些不應(yīng)有連接的存在,一是增加了頂起時(shí)的頂升力,二是頂升時(shí)損壞構(gòu)件,危及橋梁安全,在頂升前應(yīng)仔細(xì)檢查,解除這些連接。
(4)測(cè)量?jī)x器
梁(板)的頂升高度可用長(zhǎng)標(biāo)距游標(biāo)卡尺或大量程百分表測(cè)量,每個(gè)千斤頂除至少布置一個(gè)測(cè)點(diǎn)。千斤頂頂升力與油壓成正比關(guān)系,測(cè)得了油壓,就可換算出千斤頂?shù)捻斏,因各千斤頂之間并聯(lián),油管長(zhǎng)度相等,液壓油的管道阻力基本相同,分配到各千斤頂油缸的油壓也近相等,因此,可僅在油泵設(shè)一塊油表測(cè)量油壓。
結(jié)束語(yǔ)
運(yùn)輸業(yè)的發(fā)展和橋梁技術(shù)的提高對(duì)鐵路橋梁整體性能提出了更高要求,而影響橋梁整體質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵因素便是橋梁支座。目前鐵路橋梁的使用壽命達(dá)不到到設(shè)計(jì)的使用壽命,橋梁的失效從橋梁支座的失效開(kāi)始,因此加強(qiáng)橋梁支座的施工管理,從支座的選擇、安裝、養(yǎng)護(hù)、更換進(jìn)行質(zhì)量控制,具有極為重要的意義。
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遼源橋梁橡膠支座