《桥梁支座计算》课件

桥梁支座计算高级桥梁工程设计系列课程2025年4月编制适用于土木工程专业高年级学生及工程师课程概述支座基本概念掌握支座作用与功能定位支座类型范围了解各类支座适用条件设计计算方法掌握支座力学计算原理案例与应用实际工程案例分析第一部分：桥梁支座基础知识支座功能连接桥上下部结构重要性保障结构安全运行失效后果可能导致桥梁严重损伤支座的基本功能传递荷载上部结构荷载传至下部允许变形适应结构各种变形需求限制位移控制特定方向的位移量减震抗震吸收部分地震能量支座受力分析竖向压力承受桥面全部垂直荷载水平力传递制动力与风荷载旋转变形适应梁端弯曲转角温度适应调节温度引起的伸缩支座分类方法按材料分类橡胶支座、钢支座等按功能分类固定、活动、单向活动按受力特点承压型、剪切型、弯曲型按变形能力大变形、中变形、小变形常见支座类型一览常见支座类型包括板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形支座、钢支座及特殊支座板式橡胶支座结构组成橡胶与钢板交替叠层上下封板固定连接可带滑板增加位移能力板式橡胶支座由多层橡胶与钢板组成盆式橡胶支座结构特点钢盆内密闭橡胶垫适用范围大荷载中等跨径桥梁力学性能竖向刚度大水平柔性好产品规格GPZ系列国标规格齐全球形支座结构组成球面钢凹凸面配合PTFE滑板降低摩擦精密球面加工配合适用范围特大跨径桥梁转角需求大的结构高精度变形控制场合性能参数竖向承载力极大转角性能优异全方位旋转能力第二部分：支座设计基本原理设计依据各类技术规范要求设计步骤系统性设计流程方法参数选取荷载变形参数确定支座设计规范及标准规范名称适用范围主要内容JT/T391-2009公路桥梁设计计算方法TB/T2331-2004铁路桥梁产品要求与试验GB/T17955-2009通用橡胶支座材料与性能指标AASHTO/Eurocode国际规范设计参数对比借鉴支座设计基本流程确定支座形式根据桥型荷载特点选择计算支座荷载分析各种工况组合荷载确定支座尺寸根据荷载初步定型验算支座性能强度稳定变形全面核查制作安装要求确定工厂制作安装标准支座荷载分析永久荷载结构自重、附属设施可变荷载车辆荷载、人群荷载温度荷载均匀温度、梯度温度地震作用多遇地震、罕遇地震支座变形分析桥梁支座需综合考虑各类变形因素第三部分：板式橡胶支座计算计算理论基础橡胶复合材料力学层合结构力学模型非线性大变形理论关键计算参数形状系数S与影响叠层影响系数材料特性参数板式橡胶支座承载力计算15MPa竖向设计应力常规橡胶支座最大容许压应力0.7MPa剪切强度橡胶剪切模量标准值5形状系数提高承载力的关键指标板式橡胶支座变形计算竖向变形压缩量εv≤0.15te水平变形剪切角γ≤0.7旋转变形转角α≤0.01rad叠层效应增加层数提高变形能力板式橡胶支座稳定性验算1压剪稳定性避免支座发生倾覆2抗滑移验算确保摩擦力满足要求3抗倾覆验算验证水平位移与高度比4疲劳性能长期重复荷载下性能板式橡胶支座设计实例工程概况30m跨径T梁桥计算过程永久荷载800kN变形量25mm设计结果GJZ板式橡胶支座尺寸400×300×78mm第四部分：盆式橡胶支座计算1计算理论静液压力学原理2参数选取橡胶体积模量关键3计算公式应力变形专用公式4验算标准设计规范严格要求盆式橡胶支座承载力计算竖向承载力橡胶体积模量决定水平承载力滑板摩擦系数影响盆体强度钢材抗弯性能关键橡胶压应力控制在35MPa以内盆式橡胶支座变形计算橡胶压缩变形体积模量K决定压缩量δv=P·h/(K·A)圆形盆内最大压缩率0.15水平滑移量PTFE摩擦系数μ=0.03~0.05滑板摩擦阻力F=μ·N最大水平位移±50mm盆式橡胶支座构件设计25mm钢盆壁厚保证足够的强度刚度30mm活塞厚度承受巨大的橡胶反力20mm橡胶垫厚提供足够的旋转能力5mmPTFE板厚耐久性滑动性能保证盆式橡胶支座设计实例某大跨径连续梁桥GPZ(J)盆式支座设计第五部分：球形支座计算球面接触力学赫兹接触理论应用关键参数球面半径与材料特性设计公式应力与变形专用计算4验算标准各项性能严格校核球形支座承载力计算竖向承载力接触应力是关键面积小应力集中大材料强度决定能力水平承载力由摩擦系数决定需配合抗剪装置防止滑移失效接触应力球面接触计算复杂应力分布非均匀耐磨性是关键球形支座变形计算竖向压缩材料弹性变形微小1水平滑移PTFE滑板提供滑动2转角容许球面几何形状决定3组合变形多方向复杂变形适应4球形支座关键构件设计80mm球冠半径转角能力的决定因素50mm上钢板厚保证足够的整体刚度60mm下钢板厚支撑巨大集中应力8mmPTFE厚度耐久性与摩擦性能球形支座设计实例工程概况跨径200m斜拉桥设计荷载竖向荷载20000kN水平力5000kN设计结果QZ20000型球形支座直径1200mm第六部分：钢支座计算钢支座类型滑动、滚动、摇摆计算理论材料力学与结构力学构件设计精确加工配合要求高适用限制逐渐被新型支座替代钢支座承载力计算承压强度钢材接触应力检验剪切强度销钉与栓钉剪切计算弯曲强度支座板件弯曲验算局部稳定薄壁构件屈曲验算钢支座变形计算弹性变形钢材弹性模量决定δ=PL/(EA)变形量较小可控滚动变形滚轮几何直径决定变形与位移线性关系摩擦影响较小摆动变形摆臂长度决定变形圆弧轨迹运动特性自复位功能优势钢支座典型构造设计钢支座构造类型多样，可根据需求定制特殊功能支座钢支座设计实例某钢桁架桥支座设计案例，采用组合式钢支座方案第七部分：特殊支座设计抗震支座提高结构抗震性能减隔震支座降低地震输入能量智能支座实时监测调节功能超大荷载特殊工程专用支座抗震支座设计计算力学响应地震下加速度反应选型原则满足抗震设防烈度承载力考虑动力放大效应变形验算罕遇地震位移控制减隔震支座设计计算铅芯橡胶支座利用铅芯耗能减震高阻尼橡胶支座特殊橡胶配方耗能摩擦摆支座摩擦+重力复位原理智能支座设计考量监测系统力传感器布置位移监测装置数据采集传输可调节功能主动控制执行器半主动阻尼系统液压调节装置传感布置关键部位监测点数据传输网络信号处理方法超大荷载支座设计选型要点球形支座是首选钢结构支撑必不可少特殊材料应用广泛计算方法非线性有限元分析接触应力特殊处理疲劳分析尤为重要组合设计多个支座协同工作荷载分配精确控制共同变形协调性好第八部分：支座安装与维护安装技术科学安装工艺流程检测评估定期检查性能状态维护更换预防性维护与更新问题解决常见故障应对措施支座安装技术规范预埋件设计满足锚固与调整要求安装精度水平度误差≤0.1%临时固定防止混凝土浇筑移位质量检验全方位检测验收标准支座检测与状态评估外观检测裂缝与变形观察防尘罩完好性检查锈蚀与老化迹象功能检测位移与转角测量支座反力监测温度变形相关性支座维护与更换技术日常维护清洁除尘润滑保养损坏评估老化程度与承载影响更换工艺顶升系统与施工保障质量控制更换过程安全监测支座常见问题分析橡胶老化龟裂变硬失去弹性位移异常滑移超限或卡死构件损坏钢板开裂橡胶脱落第九部分：工程案例分析通过实际工程案例学习支座设计、问题处理和创新应用的经验教训大跨径悬索桥支座设计案例工程概况主跨1000米悬索桥复杂气象环境条件抗风抗震高要求支座选型特大型球形支座多向变位性能要求抗疲劳性能优先特殊工况台风工况专项分析地震响应计算温度梯度效应高速铁路桥梁支座设计案例工程要求高速列车