公路桥梁支座讲座2009.ppt

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桥梁支座讲座桥梁支座讲座主讲人：

庄军生2009年6月桥梁支座的功能桥梁支座设置在梁体与墩台之间，起承上启下的作用1.传递梁体作用的反力：

竖向力、水平力2.适应桥梁的位移需要：

w温度伸缩位移（双向）w混凝土收缩徐变位移（单向性）w列车活载引起梁体下翼缘伸长所产生的位移w位移可取分为顺桥向和横桥向3.满足桥梁梁端转角的要求：

恒载转角w活载转角w梁体安装误差引起的初始转角w转角设计余量桥梁支座的分类.按支座用材料可区分为：

钢支座、橡胶支座、聚四氟乙烯滑板支座.按支座类型可区分为：

w钢铰轴、辊轴支座w板式橡胶支座w盆式橡胶支座w球形钢支座w柱面支座.按支座受力功能可区分为：

w固定支座w活动支座：

纵向活动、横向活动和多向活动支座桥梁支座常用标准w1.国内常用标准：

wJT/T04-2004公路桥梁板式橡胶支座wJT/T663-2006公路桥梁板式橡胶支座规格系列wJT/T391-2009公路桥梁盆式支座w2.国外常用标准：

wISO6446桥梁支座用橡胶制品的材质规定wEN1337-1结构物支座一般规定wEN1337-2结构物支座滑动部件wEN1337-3结构物支座板式橡胶支座wEN1337-5结构物支座盆式支座wEN1337-7结构物支座球面和柱面支座wBS5400英国标准钢桥、混凝土桥和结合梁桥第九篇桥梁支座wAASHTO美国公路桥梁设计规范2004年第十四篇接缝与支座wDIN4141德国标准桥梁支座公路桥梁板式橡胶支座w板式橡胶支座有多层橡胶和钢板粘接硫化而成。

由于在橡胶内部设置了钢板，约束在垂直荷载作用下的橡胶变形，从而可提高支座的承载能力（=810MPa）。

板式橡胶支座通过橡胶承压和转动，并通过橡胶的剪切来满足梁体位移的需要。

w板式橡胶支座质量控制应符合JT/T04-2004公路桥梁板式橡胶支座标准和JT/T663公路桥梁板式橡胶支座规格系列公路桥梁板式橡胶支座.板式橡胶支座的构造：

橡胶板、钢板粘结后硫化成型2.板式橡胶支座的工作原理w通过钢板约束橡胶的变形，从而提高支座的承载力.板式橡胶支座的基本力学性能a.板式橡胶支座的抗压性能w形状系数（矩形），（圆形）wE-抗压弹性模量（按钢板面积计）b.板式橡胶支座剪切模量G-剪切模量（按橡胶面积计）最大剪切角公路桥梁板式橡胶支座wC.板式橡胶支座的转动wTJ/T04-2004标准给出了各种规格支座的容许转角。

w按欧洲标准EN1337-3中给出了梁体转角与支座反力矩的关系。

w矩形支座转动反力矩w圆形支座转动反力矩物理机械性能我国标准欧洲标准氯丁橡胶天然橡胶当G为（MPa）0.70.91.15硬度（IRHD）605605拉伸强度MPa标准试片1718161616支座解剖试片14.515.3141414扯断伸长率%标准试片400450450425300支座解剖试片1718161616脆性温度（）-40-50恒定压缩永久变形7024h（%）1530CR15NR30耐臭氧老化试验条件NR25，CR100pphm,20%伸长，4096hNR25，CR100或200pphm,30%伸长，4096h性能要求无龟裂无龟裂热空气老化试验条件（h）1007070168NR70168CR10070拉伸强度降低（%）-15-151515扯断伸长降低（%）40-202525硬度变化（IRHD）0，+10-5，+10-5，+105橡胶与钢板粘接强度（KN/m）CR1071012NR106810w公路桥梁板式橡胶支座性能指标表JT/T04-2004项目指标极限抗压强度（MPa）70支座实测抗压弹性模量E（MPa）EE20%支座实测剪切模量G1（MPa）GG15%热空气老化后剪切弹性模G2（MPa）G1+G115%实测转角正切值（tg）混凝土1/300钢桥1/500实测四氟板与不锈钢板表面摩擦系数（加硅脂）0.03国外板式橡胶支座性能检测w国外桥梁板式橡胶支座的性能指标以控制剪切弹性模量为主.w对支座的剪切弹性模量除了有常温和热空气老化后的剪切弹性模量性能要求外，对低温（-25）和极低温（-40）条件下的剪切弹性模量都提出了严格的要求，支座剪切弹性模量的增长量不得超出3倍。

w支座除了进行成品支座的剪切弹性模量的测定外，尚需进行支座抗压刚度和转动性能和抗压疲劳性能的检测;w进行成品支座在压缩和剪切变形的条件下的抗臭氧老化性能测定；w对四氟板式橡胶支座还应进行成品支座的聚四氟乙烯板与橡胶的剪切粘结强度测试。

w国外对板式橡胶支座的产品性能型式检验的要求，比我国更加严格。

当前板式橡胶支座使用中存在的问题w支座用橡胶的材质性能不足w支座成品性能要求尚需进一步提高w支座成品性能抽检中存在的不足w支座的安装质量极待改进公路桥梁盆式橡胶支座w公路桥梁盆式橡胶支座有上支座板、下支座板、承压橡胶板（含黄铜密封圈）、钢衬板和聚四氟乙烯滑板（活动支座无后两项）组成。

w支座有设置在钢盆中的承压橡胶板承压和转动，由平面聚四氟乙烯滑板和焊接在上支座板上的不锈钢板滑动，以满足支座位移需要。

w盆式橡胶支座性能及质量控制按JT/T391-1999公路桥梁盆式橡胶支座标准。

盆式橡胶支座固定支座2.盆式橡胶支座的设计计算a.橡胶直径的取值,橡胶厚度的取值15；橡胶在垂直荷载和转动作用下的最大压缩应变不大于b.钢盆外径的取值w在平时承受制动力、起动力和支座伸缩阻力，一般10%Pw地震时由地震水平加速度决定0.1g，0.15g，0.2g，0.3g,w钢盆承受的水平力由外力和钢盆中橡胶的侧向压力两部分组成，由盆环横截面承受，按拉、剪组合。

公路桥梁盆式橡胶支座欧洲标准EN1337-5盆式支座中，对支座钢盆的计算作以下规定：

盆环承受的拉力：

VSdVRd其中VSd=Ve,Sd+VFxy,Sd其中，AR=（D0-D）H盆环受拉面积。

公路桥梁盆式橡胶支座wb）盆环承受的剪力：

wwC）盆底承受的拉力：

ww公路桥梁盆式橡胶支座w平直型接触面（W20mm）w校核时，必须有VSdVRdw其中VSd为横向力的设计值，wwwD是盆体的内径（mm）；wfy是材料的屈服极限（N/mm2）；ww是活塞面的宽度（mm）。

公路桥梁盆式橡胶支座w曲线形接触面w接触面抗力为：

.盆式橡胶支座活动支座wa.盆式橡胶活动支座的组成w平面滑动部件：

聚四氟乙烯板不锈钢板w改性超高分子量聚四氟乙烯板不锈钢板wb.聚四氟乙烯滑板的摩擦与磨耗特性w聚四氟乙烯板的摩擦特性：

摩擦系数小、应力越大摩擦系数越小、摩擦速度越快摩擦系数越大。

w聚四氟乙烯板的磨耗特性：

越大磨耗越严重，w不锈钢板表面平面度0.0003DD四氟板直径w聚四氟乙烯板磨耗对硅脂的影响：

硅脂坑排列向与位移方向的关系w不锈钢板表面平面度0.0003Dw不锈钢板表面表面粗糙度。

镜面。

wr18NiqTi或其他耐腐蚀不锈钢。

wc.改性超高分子量聚四氟乙烯板的摩擦磨耗性能。

wd.聚四氟乙烯板和改性超高分子量聚四氟乙烯板的材质性能要求。

.盆式橡胶单向活动支座的结构形式wa.KTPZ系列盆式橡胶支座双侧导向支座w三层复合板与不锈钢板滑动摩擦副w优点：

滑动位移与转动分别实现，加工比中间导向支座方便w缺点：

用钢量略多wb.CKPZ系列中间导向盆式橡胶活动支座w通过在钢衬板中心凸起导向块导向w优点：

用钢量略少w缺点：

机加工难度增加。

wc.TGPZ系列盆式橡胶支座双侧导向支座w与KTPZ系列支座相同d.公路盆式橡胶支座单向活动支座w上支座板直接扣在下支座板上导向w缺点：

转动与滑动处于同一部位w当梁体发生旁弯（水平转角）时容易发生卡死现象。

我国桥梁支座用聚四氟乙烯滑板的材我国桥梁支座用聚四氟乙烯滑板的材质性能要求质性能要求w二十世纪70年代按当时中国材料生产情况，对聚四氟乙烯板的性能要求：

密度2.1-2.3g/cm3，拉伸强度不小于17.5MPa，断裂伸长率不小于250%。

w二十世纪90年代：

密度2.13-2.20g/cm3，拉伸强度不小于30MPa，断裂伸长率不小于300%。

w2004年中国铁路标准，按欧标EN1337-2取值：

密度2.14-2.20g/cm3，拉伸强度不小于30MPa，断裂伸长率不小于300%，球压痕硬度（H132/60）23-33MPa。

w2005年中国铁路客运专线桥梁支座技术条件：

在上述条件外，增加了聚四氟乙烯滑板磨耗性能要求，在30MPa应力，相对滑动摩擦速度8mm/s条件小，线磨耗率应小于15m/km。

几种常用的聚四氟乙烯滑板材料几种常用的聚四氟乙烯滑板材料w纯聚四氟乙烯滑板：

使用应力为24MPa。

w纯聚四氟乙烯滑板加硅脂：

使用应力为30MPa。

w填充聚四氟乙烯滑板加硅脂：

使用应力为30-45MPa。

.铁路桥梁支座由于活载位移速率大，用30MPa；公路桥梁支座由于活载位移速率小，可用45MPa。

w目前国内、外在支座用主要滑板材料，仍为纯聚四氟乙烯滑板加硅脂。

中国聚四氟乙烯滑板的磨耗性能主要中国聚四氟乙烯滑板的磨耗性能主要试验结果试验结果w序号试件应力滑动速度相对滑动距离累计磨耗距离线磨耗率备注w（MPa）（mm/s）（mm）（m）（m/km）w130810206639.58注1中国PTFEw23081020668.54w33081051483.68w43081051487.88w530810100014.38中国PTFEw63081010009.45w73081010368.56日本M18PTFEw83081010365.59w93081010008.15w103081010006.61w1145810100068填充PTFEw1245810100094.6w134521010006.39w144521010004.65w1530810100010.94杜邦7APTFE巨化4TMPTFEw163081010006.26w173081010007.41w183081010004.51w194518.8-2010100003.43M18f填充PTFE（1040）w204514.8-201094004.49w214519.4-2010100009.90w注1：

试件滑动方向与PTFE主位移方向垂直。

w注2：

试件用硅脂润滑，对摩件为1Cr18Ni9Ti镜面不锈钢板。

国外对聚四氟乙烯滑板的耐磨耗性能均进行过较为全面系统的试验。

w欧洲标准EN1337-2对聚四氟乙烯滑板主要局限在硅脂润滑条件下的长距离和短距离的滑动摩擦系数试验，试验应力通常为30MPa、滑动速度短距离试验为0.4mm/s，长距离试验为2mm/s；累计滑动距离达5km或10km，测定试验过程中摩擦系数的变化情况，对聚四氟乙烯板的磨耗性能不作单独规定。

w美国AASHTO1999年颁布高速公路滑动支座研究报告（R432）中，对聚四氟乙烯滑板的磨耗性能作了系统研究，其主要试验结果见表1。

美国美国AASHTO聚四氟乙烯滑板的磨耗聚四氟乙烯滑板的磨耗性能试验结果性能试验结果表表1。

w编号试验类别试验温度（）滑动速度（mm/s）线磨耗率（m/km）w1PTFE加硅脂润滑201.064.74w62010.67.19w11-251.06-w17-2510.6-w3PTFE不加硅脂润滑201.0611.05w72010.62977w12-251.06163w18-2510.64089w2PTFE织布201.064.74w82010.6264w13-251.06422w19-2510.6371w5填充PTFE（填充15%）201.06-w92010.6-w15-251.06-w20-2510.698w4填充PTFE（填充25%）201.06-w102010.633.15w16-251.0662w21-2510.6721w试件应力20MPa,w试验往复位移S=12.7mm.相对滑动速度V=1.06和10.6mm/s。

w聚四氟乙烯储脂坑排列方向w=30MPaV=8mm/s=30MPaV=8mm/swS=10mmS=5128mS=10mmS=2066mw线磨耗率3.68-7.88