公路桥梁板式橡胶支座设计选型及计算

公路桥梁板式橡胶支架设计选型与计算张忠效郑秀琦(北京建达天桥咨询有限公司驻江西南昌330029 )摘要：从工程设计出发，论述了道路桥梁板式橡胶支架的材料、形状、尺寸的选定和计算方法，结合实际工作经验，集中说明并列举了支架选定时的简单错误和一些经验数值，特别提出了支架橡胶层总厚度和四氟化滑板支架选定的计算方法，以供设计参考。关键词：道路桥板式橡胶支架选定计算方法实例分析中图分类编号： U443.36文献识别码： a规范andthecomputationalmethodofplatetypeelastomericpadbearingforhighewaybridgesindidesign埃伊埃伊埃伊埃伊埃伊埃伊埃伊埃伊埃伊(beijingjiandaroadandbridgeconsultingcompanysofficeinjiangxi，Nanchang 330029，China )abstract : emberkingfromtheengineeringdesign，thearticlediscusseshowtoselectthematerial，the shape， thesizeoftheprotettelearstomericpadbearingandcalculatethem.itsallointroductessmemistackesemetocommedande selectingthepr ddpadbearingfromactualproject.theareesepecisallyelaboratesthecompotication tisprotettprattetelecollestomericpadbearing和theeconkey words :高桥； platetypeelastomericpadbearings； 规范选择；以： 计算方法；计算机方法； 分析类型表达式。桥梁支架的主要功能是将上部结构反作用力可靠地传递到桥台，同时完成梁体结构受力所需的变形(水平位移和转角)。 与其他类型的桥梁支撑台相比，橡胶支撑台具有结构简单、加工容易、钢使用量少、成本低、安装容易、吸振效果高、工作性能可靠等多种优点。 我国从20世纪60年代开始开发桥梁板式橡胶支架，至今广泛普及，取得了实用效果。公路桥梁桥式橡胶支架以结构形式分为普通板式橡胶支架和四氟化滑板式橡胶支架(以下简称四氟化滑板支架)。 普通板式橡胶支架是将多层橡胶和薄钢板嵌入、粘接、硫化而成的。 四氟化滑板支架是在普通的板式橡胶支架上粘合与支架的大小相匹配的厚度为2-4mm的特氟隆板而成的。 外观的形状和结构如下图所示目前桥梁板式橡胶支架的制作材料不同，规格多样，功能不同，给桥梁设计者的选定带来了一定的困难。 如果选定不恰当，会引起支撑台的承载力不足、馀量过大、支撑台过厚、过薄、变形量过大、不足、不选择材料的话橡胶过早等问题。 这些问题直接引起各种桥梁病害的发生，支撑台早期被破坏，必须尽快更换。 不用说它带来的高额的修理费用和不良的社会影响。 因此，从数千种规格模型中选择适当的桥梁板式橡胶支架是设计台座的关键。一、了解各种橡胶材料的特性常用的橡胶材料是天然橡胶(NR )、氯丁二烯橡胶(CR )和乙烯-丙烯-二烯橡胶。 三种材料分别有优缺点和适用范围。天然橡胶：具有高拉伸强度、优异的弹性、良好的耐磨耗性和耐低温性等优异的性能，是综合性能好的橡胶种。 但是其耐老化性能，特别是耐臭氧老化和耐紫外线老化性能差。氯丁橡胶：优异的耐天气老化性和良好的耐臭氧老化性(耐臭氧老化性能比天然橡胶高12倍以上)，拉伸强度高，弹性良好，耐腐蚀性良好，并且具有一定的耐油性。 虽然是国内外桥梁橡胶支架普遍采用的主体材料，但其耐低温性能差，这限制了在北方寒冷地区的使用。乙丙橡胶是一种高分子材料，具有优良的耐老化和耐高低温性能，在-55下也具有挠性，能在100下长期工作。 另外，抗冲击性好，吸水性小，酸碱化学腐蚀性也优异。 主要缺点是与金属的粘合性能低，这一缺点正在逐渐改善。结合上述三种橡胶材料的主要优点和缺点，在选择橡胶支架材料时，主要要考虑桥位所在地区的气温条件。 一般来说，气温在-25 60的地区可以选择氯丁二烯制的台座，中国长江以南的广阔地区适合这种情况的-40 60的地区可以选择乙烯-丙烯-二烯橡胶支架或天然橡胶支架。 另外，在高纬度、高海拔地区，例如当地紫外线照射强的情况下，或者空气中的臭氧含量高的情况下，必须避免选定天然橡胶支架。二、选定台座的外观形状桥梁板式橡胶架根据形状分为矩形板式橡胶架、圆形板式橡胶架、球冠圆板式橡胶架、坡型橡胶架等。 由于圆形橡胶支架的机械性能在平面上是各向同性的，所以适用于弯曲、坡、斜面、宽桥和其他多向位移桥的矩形橡胶支架的长边剪切刚性的大小差异，决定了更适合于以纵桥方向位移为主的单向位移桥梁。 在这种情况下，必须配置在支架的短边顺桥方向上，尽可能地减小支撑台对桥梁纵向位移的约束，使梁体的位移对支架施加的水平力最小。球冠圆盘橡胶支架是基于圆形板式橡胶支架而变化的，其中间层橡胶和钢板的配置与圆形板式橡胶支架完全相同，支架的上表面用纯橡胶制成球形表面，球面中心橡胶的最大厚度为4-13mm，球面边缘为15mm，适用于3%至5%的纵横坡下梁端反作用力通过球面表面橡胶逐渐扩散传递到下面几层钢板和橡胶层。 实际采用时，还可以根据梯度调整球冠半径。 因为能适应大桥的坡度，不需要设置梁鞋，设计和施工非常方便，曾经被认为是成功改进了圆形板式橡胶支架，各种配置复杂，被用于纵横坡大的架桥和高架桥中。与从圆形板式支撑台向球冠圆板式橡胶支撑台的改良的尝试一样，矩形板式橡胶支撑台也做了多种改良的尝试，能够适应各种桥的纵断状况。 坂型板式橡胶支撑台是在这种情况下产生的。 其坡面角度是根据桥梁的纵横坡面制造的，安装时不需要准备楔子，也不需要对梁底进行相应的处理，桥梁的设计和施工变得方便。但是，随着球冠和坂形支撑台的采用，实用露出的缺陷也逐渐变得明显。 在新的桥梁通用规格中，明确指出“道路桥连接不使用带冠板式橡胶支架和坡型板式橡胶支架”。 因此，设计中必须慎重地使用这两个安装。 在公路桥涵板式橡胶支座中，“底座的四氟滑板不能设置在底座的底面。 与四氟滑板接触的不锈钢板也不能设置在桥墩、底座上”。 这完全否定了特氟隆冠板式橡胶支架的设计理念。三、合理配置各脚台橡胶支架的厚度对于多座连续梁桥，为了简化设计和施工，各支架可以选择相同厚度的支架。 当一系列方法中的跨度数大时，上述方法是不优选的。 因为如果一座桥很长，选择的支撑台必然很厚。 桥梁上部结构在受到汽车制动力时，支撑台越厚，纵桥的变形量也越大，梁体的滑动位移倾向更显着，特别是桥的纵截面变大，受到汽车的冲击振动的影响，梁体的位移超过橡胶支撑台的允许变形量，支撑台有可能被破坏。 在支撑台的老化严重的情况下，这样大的梁体的位移可能会引起支撑台的永久塑性变形，支撑台的变形功能无效。 大梁体位移也给桥的伸缩缝带来很大的压力。为了避免这种情况，可以在一系列中央的几座桥之间选择薄的橡胶支架，形成支架厚度不同的设计。 这虽然增加了设计和施工的工夫，但中薄支架起到了相对固定支架的作用，能有效地减少梁体的滑动位移。 在高座和大纵断的梁式桥上，最好有23条腿与梁固定，避免连续梁体下降(根据实际桥观测，上述情况下没有采取切实措施，梁体的下降是不可避免的)。当然，在特殊情况下，也可以利用上述分析，加厚或减薄几个脚、台上的橡胶支架的厚度，来控制脚、台水平力分配。实例分析：座特桥有引桥，上部结构先支撑4-30米，为连续的预应力钢筋混凝土箱梁，采用薄壁墩、肋台、钻孔灌注桩基础，引桥相连，桥型图如图。 汽车负荷采用道路级，以最大升温25、最大降温混凝土收缩和徐变合计40计算温度力。 一车道制动力Fk=165kn。 使用弹性基础-m法求出脚台和基础的弯曲刚性后，用脚台和台座的组合刚性进行水平力分配的结果如下表所示桥台号三#四号五#六#七号安装格式(每台16台)GYZF425065gyz375366gyz375355gyz375366GYZF425065全支架刚性(kn/m )2094440011471244001120944桥台的推压刚性(kn/m )1446511913814645148743000000支架和支架组合的推力刚度(kn/m )1829512946111731084320799最大支撑台摩擦阻力(kn )263.82576.92133.92576.9263.8升温力(kn )279.8100.93.3-78.1-305.9温度下降力(kn )447.7161.45.3-125.0-489.4双车道制动力0.0122.2105.5102.30.0另外，3#脚和7#台承受的温度力比最大支撑台的摩擦阻力大，因为四氟化滑板支撑台滑动，汽车的制动力被再分配，制动力都由4、5、6#脚负担，3#脚和7#台分配的制动力都为0。从计算结果来看，中间脚5#脚所受到的温度力为数0，如果5#脚的支撑台的厚度变薄，则可以增大其组合刚性，分配更多的制动力，减轻其他脚的负担，使各脚负担的水平力更均衡。 因此，在任何桥长的情况下，采用各桥台台座的不等厚设计都是经济合理的做法。四、橡胶托架计算中应注意的几个问题，实际最大托架的变形也必须比4#和6#脚大1 .安装有效受压面积Ae在计算支架压力应力时，采用支架的有效受压面积(即受压加强钢板面积)。 同样，计算支架形状系数时，也请用加强钢板尺寸来计算。 旧桥规代入支架的外观尺寸来计算，要注意调整我们的计算习惯。2 .剪切弹性模量Ge常温下橡胶支架的剪切弹性模量Ge=1.0MPa。 实际设计时，请注意Ge值在桥位所在地区的气温条件下进行调整。 疲劳年最冷的月的平均温度平均值为0-10时，Ge的值必须增加20%，低于-10时，Ge的值需要增大50%，低于-25时，Ge值为2.0MPa。3 .橡胶底座层的总厚度te在进行橡胶支架的厚度计算时，容易将te误认为支架的总厚度t，但实际上te是支架的橡胶层的总厚度，即te=t-nt0。 其中n是支撑台上加固钢板的层数，t0是各层加固钢板的厚度。一些支架的参考资料(特别是旧的参考资料)没有直接记载各规格支架的te值，设计选定不方便。 在这种情况下，需要基于台座形状系数s (也记载在资料中)的计算式矩形支撑台： S=圆形支撑台： S=_矩形支撑台加固钢板的短边尺寸_矩形支撑台加固钢板的长边尺寸d0 _圆形支撑台加固钢板直径t1_支撑台中间的单层橡胶片的厚度，常用的t1值为5、8、11和15mm种。倒数t1。 根据公式t=tf te nt0=tf 2th (n-1)t1 nt0tf _四氟滑板的厚度，或者，如果是500mm，tf=2mm，否则，tf=3mmth_上、下保护橡胶层厚度一般为2.5mm每t0 _层的加强钢板的厚度，或在500mm时t0=2mm，否则t02.5mm，一般为3mm计算了n和te (n2层，各型号的支撑台tf、th和t0的值可能与上述常用值不同，因此需要估算)。4 .形状系数s取值在实际选定中，相同平面尺寸的橡胶安装通常有几个安装形状系数。 这是因为同种平面尺寸的支撑台一般是以几个不同的中间单层橡胶片厚度t1来生产的，但实际上，这是不同型号的支撑台，加强钢板的层数通常不同13层。 s值小时t1相对较厚，允许角正切值相对较大，适用于大跨度桥梁和梁端的弯曲变形大的情况。另外，新桥规格规定支撑台的形状系数在5S12的范围内采用，因此，旧公路桥涵板式橡胶支座规格制造的橡胶支撑台的s值有可能超过该范围。 在选择时，请注意不要选择未请求的安装模型，以便将来更改设计。 及时更新手边橡胶支架的参考资料，可以有效地避免上述情况。5 .四氟化滑板支架的尺寸和厚度的计算桥规只要求四氟化滑板支撑台的摩擦力，如何确定四氟化滑板支撑台的平面尺寸和橡胶层的厚度并没有直接说明。 大多数情况下，设计者把四氟化滑板支撑台的平面尺寸和厚度取为邻脚的普通板式橡胶支撑台等的厚度或极端大是不谨慎的做法。 实际上，通过逐个分析普通板式橡胶支架的计算公式，除了摩擦力的要求外，四氟化滑板支架还需要管理以下项目支