《桥梁支座》PPT课件 (2).ppt

第七章 桥梁支座 第一节第一节 桥梁支座概述桥梁支座概述 第二节第二节 桥梁支座的类型和构造桥梁支座的类型和构造 第三节第三节 支座的设计与计算支座的设计与计算 Date1第7章 桥梁支座 第一节 概 述 一、支座的作用和要求 二、支座的分类 三、支座的布置原则 四、支座的布置注意事项 下一节 Date2第7章 桥梁支座 一、支座的作用和要求 支座设置在桥梁的上部结构与墩台之间，它的作用是： (2)保证结构在活载、温度变化、混凝土收缩和 徐变等因素作用下能自由变形，以使上、下部结 构的实际受力情况符合结构的静力图式。 (1)传递上部结构的支承反力，包括恒载和活载 引起的竖向力和水平力； Date3第7章 桥梁支座 简支梁的静力图示 Date4第7章 桥梁支座 二、支座的分类 1. 按其变位的可能性分类 2.按材料分类 Date5第7章 桥梁支座 固定支座 活动支座 固定支座传递竖向力和水平力，允许上部结构 在支座处能自由转动但不能水平移动； 活动支座则只传递竖向力，允许上部结构在支 座处既能自由转动又能水平移动。 活动支座又可分为多向活动支座(纵向、横向 均可自由移动)和单向活动支座(仅一个方向可自由 移动)。 1. 按其变位的可能性分: Date6第7章 桥梁支座 大致可分为: 简易支座 钢支座 钢筋混凝土支座 橡胶支座 特种支座(如减震支座、拉力支座等） 2.按材料分 Date7第7章 桥梁支座 固定支座和活动支座的布置，应以有利于墩台 传递纵向水平力为原则： (1)对于桥跨结构，最好使梁的下缘在水平力 的作用下受压，从而能抵消一部分竖向荷载在梁 下缘产生的拉应力。 (2)对于桥墩，应尽可能使水平力的方向指向 河岸，以使桥墩顶部在水平力作用下不是受拉。 (3)对于桥台，应尽可能使水平力的方向指向 桥墩中心，以使桥台顶部受压，并能平衡一部分 台后土压力。 三、支座的布置原则 Date8第7章 桥梁支座 (1)对于有坡桥跨结构，宜将固定支座布置在标高低的 墩台上 (2)对于连续梁桥及桥面连续的简支梁桥，为使全梁的 纵向变形分散在梁的两端，宜将固定支座设置在靠近桥跨中 心；但若中间支点的桥墩较高或因地基受力等原因，对承受 水平力十分不利时，可根据具体情况将固定支座布置在靠边 的其它墩台上 (3)对于特别宽的梁桥，尚应设置沿纵向和横向均能移 动的活动支座。对于弯桥则应考虑活动支座沿弧线方向移动 的可能性。对于处在地震地区的梁桥，其支座构造还应考虑 桥梁防震的设施，通常应确保由多个桥墩分担水平力。 四、支座的布置注意事项： Date9第7章 桥梁支座 桥梁支座的布置方式，主要根据桥梁的结构形 式及桥梁的宽度确定。 简支梁桥一端设固定支座，另一端设活动支座。 铁路桥梁由于桥宽较小，支座横向变位很小，一般只需设置 单向活动支座(纵向活动支座) 。 公路T形梁桥由于桥面较宽，因而要考虑支座横桥向移动的 可能性。即在固定墩上设置一个固定支座，相邻的支座设置 为横向可动、纵向固定的单向活动支座，而在活动墩上设置 一个纵向活动支座(与固定支座相对应)，其余均设置多向活 动支座。 Date10第7章 桥梁支座 铁路简支梁桥支座布置 公路简支梁桥支座布置 Date11第7章 桥梁支座 连续梁桥每联只设一个固定支座。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。但若该处墩身较高，则应考虑避开，或 采取特殊措施，以避免该墩身承受水平力过大。 Date12第7章 桥梁支座 曲线连续梁桥的支座布置会直接影响到梁的内 力分布，同时，支座的布置应使其能充分适应曲梁 的纵、横向自由转动和移动的可能性。通常宜采用 球面支座，且为多向活动支座，此外，曲线箱梁中 间常设单支点支座，仅在一联梁的端部(或桥台上) 设置双支座，以承受扭矩。有意将曲梁支点向曲线 外侧偏离，可调整曲梁的扭矩分布。 Date13第7章 桥梁支座 当桥梁位于坡道上时，固定支座应设在较低一 端以使梁体在竖向荷载沿坡道方向分力的作用下 受压，以便能抵消一部分竖向荷载产生的梁下缘 拉力；当桥梁位于平坡上时，固定支座宜设在主 要行车方向的前端。 桥梁的使用效果与支座能否准确地发挥其功能有着密 切的关系 ，因此在安放支座时应使上部结构的支座位置与 下部结构的支座中线对中，但绝对的对中是很难做到的。 因此，要注意使可能的偏心在允许的范围内，不致影响支 座的正常工作。 Date14第7章 桥梁支座 正确地确定支座所承受的荷载和活动支座的位 移量，关系到支座的使用寿命。 一般而言，固定支座除承受竖向压力外，还必 须能承受水平力，其中包括可能产生的制动力 、 风力、活动支座的摩阻力 、主梁弹性挠曲对支座 的拉力等。这些水平力总是应当偏大地取用，且要 求支座伸至上、 下部结构中进行锚固或销结。对 于弯、斜和宽桥，支座的受力比较复杂，需要认从 三个坐标方向去研究、即使是在同一支座位置，不 同的部位在受力上可能会有很大的差别。 Date15第7章 桥梁支座 位移量的计算要考虑各种可能出现的工况。 （1）对温差产生的位移要有足够的估计。 （2）桥梁的挠曲、基础的不均匀沉降都会产生纵 向位移，对于高桥墩，墩顶位移可通过活动支座 上的挡块加以限制，它能使基底反力变化，并且 阻止不均匀沉降； （3）由于一些不可估计的因素，通常计算的位移 量宜乘以1.3左右的安全系数 。 梁桥支座的支承面一般是水平的。 Date16第7章 桥梁支座 第二节 桥梁支座的类型和构造 一、简易垫层支座 二、钢支座 三、钢筋混凝支座 四、橡胶支座 五、拉力支座 Date17第7章 桥梁支座 一、简易垫层支座 简易支座是指在梁底和墩台顶面之间设置垫层来支承上 部结构。垫层可用油毛毡、石棉板或铅板等做成，利用这些材 料比较柔软又具有一定强度的特性来适应梁端比较微小的转动 与伸缩变形的要求，并承受支点荷载。固定的一端，加设套在 铁管中的锚钉锚固。锚钉预埋在墩台帽内。 简易支座仅适于跨度10m以下的公路桥和4m以下的铁路板 桥。由于这种支座自由伸缩性差，为避免主梁端部和墩台混凝 土拉裂，宜在支座部位的梁端和墩台顶面布设钢筋网加强。 Date18第7章 桥梁支座 二、钢支座 1. 铸钢支座 2. 特殊钢支座 钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成 支座的位移和转动的。 特点：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。钢支座常用 的有铸钢支座和特种钢支座。 Date19第7章 桥梁支座 1. 铸钢支座 （1）平板支座 （2）弧形支座 （3）摇轴支座 （4）辊轴支座 铸钢支座使用碳素钢或优质钢经过制模、翻砂、铸造、热 处理、机械加工和表面处理制成、是一种传统形式的支座。 各类支座基本上都由可以相对摆动的所谓上、下摆组成 。摇轴与辊轴支座还包括摇轴(可以看作下摆)、辊轴与底板 。 Date20第7章 桥梁支座 平板支座的上、下摆就是两块 平板。固定支座的上、下平板 间用钢销固定。活动支座只将 上平板销孔改成长圆形。 （1）平板支座 平板支座构造简单、加工容易，但反力不集中 ，梁端不能自由转动, 伸缩时要克服较大的摩阻力 ，故只适用于小跨度的梁。 Date21第7章 桥梁支座 弧形支座是将平板支 座上、下摆的平面接触改 为弧面接触，其它完全一 样。这样，反力便能集中 传递，梁端也能自由转动 。但伸缩时仍要克服较大 的摩阻力、所以仍只适用 于较小跨度的梁。 （2）弧形支座 Date22第7章 桥梁支座 跨度大于20m左右的梁，固定支座就得将下摆加高，做成类似钢轨 的截面形式，两侧用肋加强。这样，下摆底部可以其有较大的面积，摆 身有足够的刚性，可将较大的支承反力均匀分布于墩台顶垫石面上。 活动支座应采用摇轴支座或辊轴支座。 (3)摇轴支座 摇轴支座由上摆、底板和两者之间的辊子 组成。将圆辊多余部分削去成为扇形，就 是所谓摇轴。摇轴支座能很理想地满足活 动支座的各项要求。如果摇轴的直径可以 任意加大它的承载能力从理论上讲是没有 限制的。但支承反力愈大，相应要求辊子( 摇轴)的直径也愈大,这就使支座高度变得 很大。 Date23第7章 桥梁支座 为了克服摇轴支座的缺点，跨度更大的梁，可以采 用辊轴支座，它相当于将摇轴支座的固定支座放在一些钢辊 子上。辊轴支座除了能很好地满足活动支座的各项要求外， 由于反力是通过若干辊轴压在底板上的，因此辊子的直径可 以随其个数的增多而减小，反力也可分散而均匀地分布到墩 台垫石面上。辊轴支座适用于各种大型桥梁。辊轴的个数视 承载力大小而定,一般为2-10个。 （4）辊轴支座 Date24第7章 桥梁支座 铸钢支座类型示意图 Date25第7章 桥梁支座 Date26第7章 桥梁支座 采用不锈钢或高级合金钢支座，并封闭在油 箱内，以防生锈; 对承受接触应力的部分进行表面硬化处理， 以提高其容许承载力; 将支座的转动部分制成钢制或黄铜制成的球 冠形，在钢制球冠的上、下分别设置聚四氟乙烯 板，构成球面(型)支座。 2、特种钢支座 特种钢支座主要采用以下几种形式: Date27第7章 桥梁支座 图6 克劳茨高级钢支座 Date28第7章 桥梁支座 三、钢筋混凝土支座 1. 钢筋混凝土摆柱式支座 2. 混凝土铰 Date29第7章 桥梁支座 1. 钢筋混凝摆柱式支座 钢筋混凝土摆柱式支座可用于跨径大于或等于20m 的公路梁桥，或跨径大于13m的公路悬臂梁桥的挂孔。 它的水平位移量较大，承载力为5500kN左右，摩阻系数 为0.05。 钢筋混凝土摆柱放在梁底与支承垫石之间，它的上 下两端各放弧形固定钢支座一座。摆柱由4050号混凝 土制成，柱体内一般按含筋率约为0.5%左右配置竖向钢 筋，同时要配置水平钢筋网，以承受支座受竖向压力时 所产生的横向拉力。 Date30第7章 桥梁支座 Date31第7章 桥梁支座 2. 混凝土铰 混凝土铰有各种类型。桥梁上常用弗莱西奈铰，它是利用颈缩部分 混凝土的双向或三向应力状态而使其承压能力提高，并可沿铰竖向轴线 作少量转动。混凝土铰是最简单、也是最便宜的中心可转动的支座。 混凝土铰需要在铰颈上、下设置足以抵抗横向拉应力的钢筋,铰颈 高度为铰颈宽度的1/2-1/3。铰颈部分应做成顺滑的抛物线形，铰颈两 旁可用玛蹄脂或沥青材料填塞。 混凝土铰曾多次在大跨径桥梁中采用，支承反力可达10000kN。 它的优点是支座高度小，构造简单，用钢量少;缺点是不能抵抗拉力， 不能调整高度，转动量少，不便于更换和修理。 Date32第7章 桥梁支座 Date33第7章 桥梁支座 橡胶支座与其它金属刚性支座相比，具有构造简单 、加工方便、节省钢材、造价低、结构高度小、安装方 便等一系列优点。此外，橡胶支座能方便地适应任意方 向的变形，故对于宽桥、曲线桥和斜桥具有特别的适应 性。橡胶的弹性还能消减上、下部结构所受的动力作用 ，这对于抗震也十分有利。 在桥梁工程中使用的橡胶支座大体上可分为两类： 四、橡胶支座 （1）板式橡胶支座 （2）盆式橡胶支座 Date34第7章 桥梁支座 Date35第7章 桥梁支座 Date36第7章 桥梁支座 Date37第7章 桥梁支座 板式橡胶支座是仅用一块橡胶板做成的适用于中、小 跨度桥梁的一种简单橡胶支座。 它的活动机理是：利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转角， 利用其剪切变形实现水平位移。 因橡胶与钢或混凝土之间有足够大的摩阻力(摩擦系数 0.250.40）橡胶板与梁底和墩台顶之间一般无须连接。在 墩台顶部，需铺设一层砂浆，以保证支座放置平稳。采用 橡胶支座可以不设固定支座，所有水平力由各个支座均匀 分担，必要时也可采用不等高的橡胶板来调节各支座传递 的水平力。 （1）板式橡胶支座 Date38第7章 桥梁支座 加劲板式橡胶支座 Date39第7章 桥梁支座 无加劲层的纯橡胶支座，由于其容许压应力甚小，约为 3000kPa，故只适合于小跨径桥梁。 常用的板式橡胶支座都用几层薄钢板或钢丝网作为加 劲层(见图10b)。由于橡胶片之间的加劲层能起阻止橡胶 片侧向膨胀的作用，从而显著提高了橡胶片的抗压强度和 支座的抗压刚度，其抗压容许应力可以达到810MPa，而 加劲物对橡胶板的转动变形和剪切变形几乎没有影响。加 劲板式橡胶支座的承载能力可达2000-8000kN，目前已广 泛用于中、小跨度的公路及铁路桥梁。 Date40第7章 桥梁支座 国内使用的橡胶以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。 氯丁橡胶的使用温度不低于-25，天然橡胶不低于-40 。 橡胶的硬度、压缩弹性模量E、剪切弹性模量G、容许压 应力容许剪切角的正切tan等，应按桥梁的使用级 别按现行铁桥规或公桥规的有关规定取用。 根据试验分析，橡胶压缩弹性模量、容许压应力和容 许剪切角的值，均与支座的形状系数有关。形状系数S为加 劲板式橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，即 Date41第7章 桥梁支座 式中 a顺桥向橡胶支座的长度； b横桥向橡胶支座的长度； h橡胶层的厚度 Date42第7章 桥梁支座 形状系数用来表示支座的形状特征。 为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应 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，以降低阻抗力矩。 Date43第7章 桥梁支座 当活动支座的位移量较大时，要使橡胶板产生相应较 大的剪切变形，就必须增加橡胶板的厚度。这样一则多耗 材料，再则支座不稳, 而且相邻支座厚度可能不一，车 辆驶过时会产生高差，行车不顺。 为克服这一缺点，可在用作活动支座的橡胶板顶面贴 一片聚四氟乙烯板，再在聚四氟乙烯板与梁底之间垫上一 块光洁度很高的不锈钢薄板。由于聚四氟乙烯板与 不锈 钢板之间的摩阻力极小(摩擦系数小于 橡胶支座0.04） 故可利用它们之间的滑动来满足活动座位移的需要。 Date44第7章 桥梁支座 聚四氟板式橡胶支座 1-上支座板 ；2-不锈钢板；3-聚四氟乙烯板； 4-防护罩；5-A3钢板；6-橡胶 Date45第7章 桥梁支座 盆式橡胶支座是在板式橡胶支座的基础上进一步改进后更为完善的 一种橡胶支座。 它与板式橡胶支座的主要区别在于：它不是利用置于橡胶中的加劲 物来加强橡胶，而是将素橡胶板置于圆形钢盆内来加强橡胶。 橡胶在受压后的变形由于受钢盆的约束，处于三向受压状态，只要 钢盆不破坏，橡胶就永远不会丧失承载力。这时橡胶的容许抗压强度可 以进一步提高到25MPa。密封在钢盆内的橡胶板，可以做适度不均匀压 缩来实现转动，如果再加上聚四氟乙烯板和不锈钢板，则还可以实现水 平位移。 （2） 盆式橡胶支座 Date46第7章 桥梁支座 盆式橡胶支座的一般构造（尺寸单位：mm） Date47第7章 桥梁支座 因此，盆式橡胶支座可做成固定支座，也可做成活动支座，活动 支座又可为多向活动支座和单向活动支座。 常用盆式橡胶支座的构造是由上支座板不锈钢板、聚四氟乙烯 (PTFE)板、圆钢盆、橡胶板、紧箍圈、防水圈和下支座板等组成。 盆式橡胶支座具有很大的承载能力，水平位移量大，摩擦系数小,支座 建筑高度低，节省钢材。 在同样的载重下,它的体积(高度)和重量不到钢支座的1/10；而且，它 在纵向及横向均可转动和移动,在功能上优于钢支座、能满足宽桥对支座横 向也要能转动及伸缩的要求。 Date48第7章 桥梁支座 GPZ和TPZ盆式橡胶支座实物照片 Date49第7章 桥梁支座 盆式橡胶支座构造要点 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 Date50第7章 桥梁支座 固定与滑动盆式橡胶支座 多向活动支座（DX） Date51第7章 桥梁支座 纵向活动支座（ZX ） Date52第7章 桥梁支座 固定支座（GD ） Date53第7章 桥梁支座 5、其它支座 QGZ球型钢支座 Date54第7章 桥梁支座 QGZ 球型钢支座 下一节 Date55第7章 桥梁支座 第三节 支座的设计与计算 l.支座受力与变位分析 2.板式橡胶钢支座的设计与计算 Date56第7章 桥梁支座 l.支座受力与变位分析 (l)受力分析 (2)位移分析 在进行桥梁支座的设计时，首先必须求得每个支座上 所承受的竖向力和水平力以及需适应的位移和转角。然后 ，根据它们来选定支座的各部尺寸并进行强度、稳定等各 项验算。 Date57第7章 桥梁支座 作用于支座上的竖向力有结构自重的反力、活载的 支点反力及其影响力。 在计算活载的支点反力时，要按照最不利位置加载， 并计入冲击效应。当支座可能会出现上拔力(负反力)时， 应分别计算支座的最大竖向力和最大上拔力。 例如，当连续梁边跨较小而中跨较大时，或桥跨结构 承受较大的横向风力时，支座锚栓会受到负反力作用。 (l)受力分析 Date58第7章 桥梁支座 作用于支座上的水平力包括纵向水平力和横向水平力 。 正交直线桥梁的支座，一般仅需计算纵向水平力。 对斜桥和弯桥还需要计算离心力或风力所产生的横向 水平力； 对铁路桥梁，还需要计算由列车横向摇摆力所产生的横 向水平力。 Date59第7章 桥梁支座 支座上的纵向水平力，包括由列车或汽车荷载的制动 力(牵引力)、风力、支座摩阻力或温度变化支座变形所引 起的水平力以及其它原因如桥梁纵坡产生的水平力。 列车或汽车的制动力(牵引力)应分别按照铁桥规 与公桥规的要求确定，制动力在各支座上的分配亦应 按各自规范计算。 位于地震区的桥梁支座的设计计算,应根据设计的地 震烈度，按铁路或公路抗震设计规范的规定进行。 Date60第7章 桥梁支座 支座的水平位移包括纵向位移和横向位移。 支座纵向位移有温度伸缩位移、混凝土收缩徐变变位、活 载作用下梁体下翼缘伸长、下部结构的位移等; 支座横向位移有温度、混凝土收缩徐变变位、下部结构横 向位移、斜桥和弯桥荷载引起的横向变位等。 支座沿纵向的转角有结构自重和活载产生的的梁端转角、 混凝土收缩徐变产生的梁端转角因下部结构变位产生的梁端 转角等。 把以上各项支座反力和变位的计算结果按桥规的规定进 行组合，就可为支座的设计提供了计算数据。 (2) 位移分析 Date61第7章 桥梁支座 2.板式橡胶钢支座的设计与计算 （1）确定平面尺寸a、b （2）确定厚度h （3）验算支座受压偏转情况（计算支转角 ，验算支座不脱空条件） （4）验算支座的抗滑性能 Date62第7章 桥梁支座 （1）确定支座的平面尺寸ab 由橡胶板的抗压强度和梁部或墩台顶砼的 局部承压强度确定 对橡胶板： A橡胶支座平面面积，矩形支座为