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公路桥梁支座简介第一章 概述第一节 桥梁支座的作用桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要部件，起着将上部结构静荷载和动荷载集中传递至桥梁墩台的作用，同时，满足上部结构因荷载、温度变化等因素作用下产生的变形。支座受力性能的优劣及其对桥梁变形的适应性将直接关系到桥梁运营的安全性能、抗震性能以及耐久性能。简言之，支座的主要性能有二：一是传递桥梁荷载；二是满足变形需要。第二节 桥梁支座的分类无论公路、铁路还是轻轨及其它桥梁，桥梁支座的种类总体来说分为：板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形钢支座和其它特殊曲面钢支座四类。除此之外，满足不同特殊需要的特种支座名目繁多，型号复杂。例如拉压支座、抗震支座、减隔震支座、防腐支座、防水支座等等。公路桥梁一般最常使用的支座为板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形钢支座以及有其它特殊要求的特制支座。随着桥梁技术的不断发展，对桥梁支座的要求也越来越苛刻，因此各种满足特殊要求的新型支座不断推出。第三节 桥梁支座的结构3.1 公路桥梁板式橡胶支座（JT/T4-2004）3.1.1 板式橡胶支座的分类按支座的形状分为：矩形和圆形板式橡胶支座；按橡胶种类分为：耐寒型支座，采用天然橡胶生产，适用温度为：-4060；常温型支座，采用氯丁橡胶生产，适用温度为：-2560；按结构形式分为普通橡胶支座和四氟滑板支座。3.1.2 产品代号3.1.2.1 矩形支座示例1：GJZ30040056天然胶（氯丁胶）其中：GJZ是“公路矩形支座”当中公、矩、支三个汉字的汉语拼音的第一个字母大写。300是支座短边的尺寸（单位：毫米），400是支座长边的尺寸，56是支座的高度，天然胶是支座采用的橡胶品种。示例2：GJZF4 30040058天然胶其中F4表示四氟滑板支座，其它和3.1.1.1所示相同。3.1.2.2 圆形支座示例1：GYZ30052天然胶其中：GYZ表示圆形支座。300是支座直径，52是支座的高度，天然胶是支座采用的橡胶品种。示例2：GYZF4 30054天然胶其中F4表示四氟滑板支座，其它和3.1.1.2所示相同。313 板式橡胶支座的结构型式GJZ、GYZ结构见图1 图1 板式支座结构GJZF4、GYZF4结构见图2图2 四氟滑板支座结构3.1.4、 技术要求3.1.4.1 力学性能要求 支座力学性能要求见表1。表1项目指标极限抗压强度RU（MPA）70实测抗压弹性模量E1（MPA）EE20%实测抗剪弹性模量G1（MPA）GG15%实测老化后抗剪弹性模量G2（MPA）GG15%表1(续)项 目指 标 实测转角正切值tan混凝土桥1300钢 桥1500 实测四氟板与不锈钢板表面摩擦系数f(加硅脂时)0.03支座抗压弹性模量E和支座形状系数S应按下列公式计算： E=5.4GS2 （1）矩形支座 S=la1lb1/2t1（la1lb1） （2）圆形支座 S=d1/4t1 （3）式中：E支座抗压弹性模量，MPa； G支座抗剪弹性模量，MPa；(一般取1.0 MPa) S支座形状系数； La1矩形支座加劲钢板短边尺寸，； Lb1矩形支座加劲钢板长边尺寸，； t1支座中间单层橡胶片厚度，； d1圆形支座加劲钢板直径，。3.1.4.2 材料要求3.1.4.2.1 橡胶橡胶的物理机械性能应满足表2的要求。表2技术指标氯丁橡胶(适用于-250C600C)天然橡胶(适用于-400C一60) 硬度(IRHD)605605 拉伸强度(MPa)1718 扯断伸长率()400450 脆性温度()-40-50 恒定压缩永久变形(7024h)()1530 耐臭氧老化(试验条件，20伸长，400C96h)100pphm25pphm无龟裂无龟裂热空气老化试验(与未老化前数值相比发生的最大变化) 试验条件(h)1007070168 拉伸强度()-15-15 扯断伸长()-40-20 硬度变化(IRHD)0，+10-5，+10 橡胶与钢板粘结剥离强度(kNm)1010 四氟板与橡胶剥离强度(kNm)77 注：不得使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶，其最小含胶量不得低于重量的553.14.2.2 加劲钢板 a) 加劲钢板的强度不应低于Q235C钢板强度，其质量应满足GBT 912的有关要求。加劲钢板的厚度不应小于2mm，与支座边缘的最小间距不应小于5mm，上下保护胶层的厚度不应小于2.5mm。不应使用拼接钢板。不允许在同一支座中使用不同厚度的钢板。 b) 钢板加工时，应除锈、去油污，钢板周边应仔细加工，去除毛刺。3.1.4.2.3聚四氟乙烯板材a) 支座使用的聚四氟乙烯板材应是采用平均粒径不大于50um的新鲜纯料模压板材，模压成型压力不应小于30MPa。不应使用车削板材，也不应使用回头料或掺加任何填料的板材。b) 四氟滑板支座中使用的聚四氟乙烯板材的表面应光滑、平整，不应有裂纹、气泡、分层和机械损伤，其物理机械性能应满足表3的要求。表3项 目指 标相对密度(比重)(kg/m3)21302200拉伸强度(MPa)30断裂伸长率()300c) 四氟滑板支座上粘贴的聚四氟乙烯板材表面应压制润滑油储油槽，储油槽直径为80.5，深度为20.1。储油槽的总平面面积应为支座总平面面积的20%30%。储油槽应采用热压成型，不能用机械方法成型，其排列应符合JT/T391中图5的规定。d) 四氟滑板支座粘贴的聚四氟乙烯板材最小厚度应符合表4的规定。表4矩形支座圆形支座长边范围(lb)厚度(tf)直径范围(d)厚度(tf)50025002500350033.1.4.2.4 不锈钢板a) 四氟滑板支座中使用的不锈钢板，应采用0Cr17Ni12Mo2、0Cr19Ni13Mo3或1Crl8Ni9不锈钢，其技术条件应符合GB/T 3280的规定。表面粗糙度Ra的值应小于0.8m，表面硬度应为HVl50HV200，表面平面度最大偏差不应大于0.0003lb或d。沿海桥和跨海桥支座应采用0Cr17Ni12Mo2或0Cr19Ni13Mo3不锈钢板。b) 四氟滑板支座中使用的不锈钢板的厚度应符合表5的规定。表5矩形支座圆形支座长边范围(lb)厚度(tf) 直径范围(d) 厚度(tb)500250025002.55002.53.1.4.2.5 硅脂油硅脂油宜采用5201-2硅脂润滑油。硅脂油应经过检验，在-40时不应干涸，不应有害于滑移面材料，并应具有良好的抗臭氧、防腐蚀和防水性能，不应含有机械杂质。硅脂油的技术条件应符合HG/T 2502的有关规定。3.1.4.2.6 粘结剂 粘结剂应是不可溶的和热固性的，其质量应稳定，粘结橡胶与钢板、四氟板与橡胶的剥离强度应满足表2的要求。3.1.4.3 尺寸偏差3.1.4.3.1平面尺寸偏差应符合表6的规定。表6矩形支座圆形支座长边范围(lb)偏差直径范围(d)偏差lb 300+2，0d 300+2，0300 lb 500+4，0300500+5，Od500+5，03.1.4.3.2 厚度尺寸偏差应符合表7的规定。表7 单位：矩形支座圆形支座厚度范围(t)偏差厚度范围(t)偏差t49+1.Ot49+1.049t100+2.0-49t100+2.0100t150+3.O100150+4.0t150+4.03.2 公路桥梁盆式支座（JT/T391-2009）3.2.1 盆式支座的分类盆式支座按使用性能分为：双向活动支座。具有竖向承载、竖向转动和双向滑移性能，代号：SX;单向活动支座。具有竖向承载、竖向转动和单向滑移性能，代号：DX;固定支座。具有竖向承载、竖向转动性能，代号：GD;减震型固定支座。具有竖向承载、竖向转动和减震性能，代号：JZGD；减震型单向活动支座。具有竖向承载、竖向转动、单向移动和减震性能，代号：JZDX；按适用温度范围分为：常温型支座（-2560）和耐寒型支座（-4060）。3.2.2盆式支座的结构以GPZ(II)型支座为例，支座结构见图3-图51上支座板 2下支座板（底盆） 3橡胶垫 4密封圈 5螺栓及底柱图3 GPZ(II)盆式固定支座结构1-上支座板 2-底盆 3-橡胶板 4-密封圈 5-不锈钢板 6-四氟滑板7-地脚螺栓及套筒 8导向滑板不锈钢摩擦副图4 GPZ(II) 盆式单向活动支座结构1-上支座板 2-底盆 3-橡胶板 4-密封圈 5-不锈钢板 6-四氟滑板 7-地脚螺栓及套筒 图5 GPZ(II)盆式双向活动支座结构3.2.3盆式支座的材料橡胶：耐寒型支座，一般采用天然橡胶生产，适用温度为：-4060；常温型支座，采用氯丁橡胶生产，适用温度为：-2560。钢板：牌号：Q275，GB700-2006。铸钢：采用ZG270-500或ZG230-450。不锈钢：牌号：03Cr25Ni6Mo3Cu2N或022Cr25Ni17Mo4N。黄铜：牌号：H62。硅脂：牌号：5201-2。为乳白色或淡灰色半透明脂状物，不允许有机械杂质。聚四氟乙烯板：性能与板式支座中聚四氟乙烯板的要求相同。厚度7毫米，最大8毫米。嵌入中间钢板凹槽内的厚度不小于4毫米。凸出中间钢板的高度不小于3毫米。33 球形支座（QZ）球形支座也叫球形钢支座，支座以钢材作为其主要材料，另外还有不锈钢板，聚四氟乙烯或超高分子量聚乙烯耐磨板等。3.3.1球形支座的分类以ZTQZ球形支座为例，按支座使用性能分为：多向活动支座。具有竖向承载、竖向转动和双向滑移性能，代号：DX;横向活动支座。具有竖向承载、竖向转动和横桥向滑移性能，代号：HX；纵向活动支座。具有竖向承载、竖向转动和纵桥向滑移性能，代号：ZX;固定支座。具有竖向承载、竖向转动性能，代号：GD;3.3.2 ZTQZ球形支座的结构1- 上支座板 2-下支座板 3-聚四氟乙烯滑板 4-地脚螺栓及套筒图6 ZTQZ球形固定支座的结构1-上座板 2-中间钢板 3-聚四氟乙烯滑板1 4-下座板 5-不锈钢板 6-聚四氟乙烯滑板2 7、8-不锈钢滑条及复合滑板 9-地脚螺栓及套筒 图7 ZTQZ球形横向、纵向活动支座的结构1-上座板 2-中间钢板 3-聚四氟乙烯滑板1 4-下座板 5-不锈钢板6-聚四氟乙烯滑板2 7、8-地脚螺栓及套筒图8 ZTQZ球形多向活动支座的结构3.3.3 球形支座的材料球形支座的材料与盆式支座的材料相同，除密封圈外，球形支座没有橡胶材料，因此使用寿命更长。第二章 桥梁支座的选型与应用桥梁支座主要功能是将桥梁上部结构的反力可靠地传递给墩台，并同时能完成梁体结构所需要的变形（水平位移及转角）。根据这些要求，桥梁支座应在垂直方向具有足够的刚度，从而保证在最大竖向荷载作用下支座产生较小的变形；在水平方向则应能够产生一定的滑移，以适应梁体由于受制动力、环境、温度、混凝土的收缩和徐变及荷载作用等引起的水平位移，同时还能提供一定的转角，以适应由于桥梁挠曲引起的梁端转动。桥梁支座是桥梁结构中重要的组成部分，支座选择的优劣直接影响桥梁寿命与行车安全。目前国内公路桥梁主要使用的支座有三类：板式橡胶支座、盆式橡胶支座和球型钢支座。板式橡胶支座的选用：普通桥梁板式橡胶支座适用于跨度小于30m、位移量较小的桥梁.不同的平面形状适用于不同的桥跨结构,正交桥梁用矩形支座;曲线桥、斜交桥及圆柱墩桥用圆形支座。 四氟板式橡胶支座适用于大跨度、多跨连续、简支梁连续板等结构的大位移量桥梁.它还可用作连续梁顶推及T型梁横移中的滑块.矩形、圆形四氟板式橡胶支座的应用分别与矩形、圆形普通板式橡胶支座相同。 盆式橡胶支座的选用：盆式橡胶支座是在一盆形的底座内放置一橡胶块，利用橡胶在三向受力状态下具有流体的性质这一特点来实现大的转角，同时通过放置在中间支承钢板上的聚四氟乙烯滑板与不锈钢板之间相对运动时的低摩擦系数来实现梁的水平位移。盆式橡胶支座能满足大的支座反力和大水平位移的要求，适用于跨度大和支座反力大的桥梁。球型钢支座的选用：球型支座能满足大的支座反力和大水平位移要求，同时还能提供更大的转角，设计转角可以达到0.06rad。 适用于跨度大和支座反力大的桥梁，更适用于宽桥、曲线桥。球型支座具有万向转动、万向承载，能很好地满足上部结构各种荷载所产生的反力的传递、转动、移动要求，保证反力合集中、明确、安全可靠。静刚度大，在列车及大型汽车巨大自重及惯性力作用力下，支座仅产生极小变形，能可靠地保证汽车、列车高速运行时的平顺性。板式橡胶支座采用天然橡胶或氯丁橡胶制造，橡胶具有较高的抗拉强度，优良的弹性，但其耐老化性能较差，即使在常温下也容易老化，特别是耐臭氧老化及抗紫外线老化方面更差。其使用寿命受到很大的限制。同时板式支座也带来了很多的桥梁病害，如支座承压不均、开裂、外鼓、压溃、变形过大、脱空等。2000年京珠高速公里广东段部分桥梁，大梁吊装就位时，橡胶支座出现开裂，不得不更换；2001年107国道广东省清远县新北河大桥的橡胶板式支座仅使用3年多大部分支座即损坏。由于支座损坏及更换的费用远远超过了支座本身的成本，这对工程造价来说是很不划算的。盆式橡胶支座与板式支座相比，橡胶体处于三向包围的状态中，所以橡胶老化速度会很慢，因此使用寿命更长。但盆式橡胶支座也存在橡胶老化问题，橡胶老化会使橡胶硬度增加，致使转动力矩增大，影响梁体的受力。另外，盆式橡胶支座的转动是依靠橡胶板的变形，因此不能释放弯矩，支座反力分布变形前后不同，合力中心移位，对于梁体及墩台受力都不利。球型支座相对以上两种支座具有以下优势：1、球型支座通过球面传力，不出现力的缩颈现象，作用在混凝土上的反力比较均匀。 2、球型支座通过球面四氟乙烯板的滑动来实现支座的转动过程，转动力矩小，而且转动力矩只与支座球面半径及四氟乙烯滑板的摩擦系数有关，与支座转角大小无关。因此特别适用于转角的要求，设计转角可达0.06rad。 3、支座各向转动性能一致，适用于宽桥、曲线桥。 4、支座几乎是全钢结构，不存在橡胶老化对支座转动性能的影响。球型钢支座成本较橡胶支座稍高，但橡胶支座若考虑其相应附件与球形支座的价格基本持平，但橡胶支座老化快，无法满足使用年限要求，而钢支座寿命一般可达100年以上。总之，考虑到保修期后的维修或更换费用，钢支座的性价比远远高于橡胶支座。第三章 产品介绍第一节 ZTQZ球形支座我公司拥有完全自主知识产权的ZTQZ球型钢支座系列，是以美国SCEF标准为基础，结合国内桥梁的实际情况，在美国工程院院士陈惠发教授和国内交通部桥梁支座专家邢月英高级工程师的直接指导下精心设计而成，它与国内欧洲技术背景的球型支座结构正好相反，凸球面在上，凹球面在下(具体结构见图6-图8)，ZTQZ球型支座不仅具备球型钢支座的优点，与传统球型支座相比，固定支座不存在第二滑动面，简化了支座结构，降低了支座重量，提高了支座的经济性，且工艺成熟，加工方便。使用年限可达到100年，而且后期维护成本低，如若使用工况良好可以免维护。第二节 TXPZ及TXQZ小位移弹性固定支座长期以来，公路桥梁（30米、35米、40米及以上跨径装配式T梁、小箱梁桥）大多采用板式橡胶支座，但板式橡胶支座容易老化失效，支座本身的缺陷常常会给桥梁带来很多次生病害，而支座的更换更是造成极大的经济损失。2009年以来，在新建高速公路的设计中，30米、35米、40米及以上跨径装配式T梁、小箱梁桥已经开始使用盆式支座、球形支座。由于固定支座不能顺桥向和横桥向位移，即零位移量，桥梁一联内布置众多的小吨位支座中只能设一个固定支座（一般布置在固定墩的中心位置处），其他为具有纵、横向滑移性能的双向支座或具有单向滑移性能的单向支座。双向支座不承受水平力，而单向活动支座，其在非位移方向具有3mm的间隙，这样上下部结构的水平力传递，扣除摩阻力后必然向固定支座处集中，引起固定支座及其连接部的破坏，并进一步引起整个桥梁的次生病害，缩短桥梁使用寿命，威胁桥梁结构的安全。鉴于此，衡水中铁建工程橡胶有限责任公司于2010年初开始了TXPZ（和TXQZ）小位移弹性盆式、球形固定支座产品的研发设计、试验制造和鉴定工作。河北省交通规划设计院的桥涵总工及河北省高速公路管理局相关专业技术人员就支座的特有结构与构造设计及力学计算进行了指导，经过半年多的共同努力，目前TXPZ图纸设计已经定型，支座样品已经过了铁科院的检测，支座的主要技术指标均满足JT/T391-2009公路桥梁盆式橡胶支座的相关要求。该产品已于2009年9月通过了河北省科技厅组织的省级鉴定。TXPZ（TXQZ）小位移弹性固定支座分别以GPZ(II)型盆式固定支座和ZTQZ球形支座为基础，通过设置弹性机构和滑移面，使其在水平力作用下，可发生小位移变形，依靠弹性机构缓解水平冲击力，并在水平力消失后使桥梁复位。一、产品特点：1、固定支座具有小位移特性，适应桥梁的横向变位，故可在同一桥梁设置多个固定支座来共同承担水平力，使墩台受力均衡；2、弹性机构的设计可缓解对支座的冲击，改善了支座和固定墩的受力