公路桥梁板式橡胶支座典型病害及原因分析.pdf

铁道建筑
2013年第6期
Railway Engineering
文章编号:1003-1995(2013)06-0027-04
公路桥梁板式橡胶支座典型病害及原因分析
李晓翔',张勇2
(1.广东省佛开高速公路有限公司,广东佛山528231;2.中国铁道科学研究院铁道建筑研究所,北京100081)
摘要:根据某高速公路桥梁板式橡胶支座的病害调查结果,以不同中间胶层厚度支座为研究对象,对支
座的压缩变形、鼓凸变形及橡胶仲长率进行了计算,从设计选型、加工制造、施工安装及维修养护4个方
面对病害原因进行了分析。从病害原因来看,支座病害应是多方面原因综合作用的结果,但从病害现场
检查结果来看,加工制造及施工安装应为支座病害的主要原因。
关键词;板式櫲胶支座典型病害原因分析
中图分类号:U443.36文献标识码:ADOI:10.3969/j.isn.1003-1995.2013.06.08
某高速公路桥梁上部结构形式主要为空心板和T厚度范围内橡胶由于钢板约束作用变形较小,而各层
形梁,跨径分布为6~20m。根据统计结果,沿线桥梁钢板之间的橡胶,由于橡胶的体积不可压缩特性(橡
板式橡胶支座的使用比例为98.56%,采用的板式橡胶泊松比接近0.5),竖向压缩变形的橡胶向侧向产生
胶支座有3种:矩形板式橡胶支座、圆形板式橡胶支座均匀鼓凸变形,从而在支座四周形成均匀的波纹状
和球冠圆形板式橡胶支座,其中矩形板式橡胶支座以变形。
200mx250mmx28m数量最多,圆形板式橡胶支
2)剪切功能
座以4200mx42mm数量最多,球冠圆形板式橡胶
板式橡胶支座剪切功能主要通过橡胶的变形来实
支座以250mx28mm数量最多。
现。加劲钢板在阻止橡胶层侧向膨胀的同时,对支座
板式橡胶支座是一种在国内外桥梁工程上广泛应的抗剪刚度几乎没有影响,钢板加劲的橡胶支座在相
用的桥梁支座,它具有构造简单、加工制造容易、用钢同水平力作用下的位移量与相同厚度无加劲钢板的橡
量少、成本低廉、安装方便等优点。由于其在桥梁工程胶支座的位移量大致相同,支座的水平位移量仅与支
造价中所占比例较小,往往未引起工程技术人员和管座橡胶的净厚有关。
理人员的重视,在使用过程中极易成为桥梁结构的薄
3)转动功能
弱环节,产生病害的机率较高。
板式橡胶支座转动功能主要通过橡胶的不均匀承
本文以病害调査结果为基础,通过理论计算的方压实现,不均匀承压将使橡胶产生不均匀竖向变形,橡
法分析支座在设计荷载作用下的变形规律,区分支座胶的不均匀竖向变形差可以使支座适应一定的转动变
病害与支座正常受力行为,为制定病害支座的处治对形,满足桥梁倾斜坡度和弯曲造成的接触平面相对转
策提供依据。
动变化所产生的转角要求
4)滑动功能
1支座使用功能要求
四氟滑板支座的滑动功能通过聚四氟乙烯板与不
锈钢板之间的相对滑动来实现,以适应桥梁较大的水
1)承压功能
平位移要求。四氟滑板支座一般安装在一联梁中两端
板式橡胶支座竖向承压功能,主要通过各层橡胶水平位移较大的位置。
与钢板之间经涂胶粘剂加压硫化牢固地粘结成为一体
实现。支座在竖向荷载作用下,嵌入橡胶片之间的钢2支座典型病害
板将约東橡胶的侧向膨胀,从而使橡胶的垂直变形相
应减少,大大提高支座的竖向刚度。正常受力时,钢板
根据病害调查结果,该高速公路板式橡胶支座在
使用过程中的典型病害分如下4类。
收稿日期:2013-01-04;修回日期:2013-03-20
1)局部脱空(表1)
作者简介:李晓翔(1975-),男,广东广州人,工程师。
2)剪切变形超限(表2)
铁道建筑
June, 2013
表1支座局部脱空程度分布
脱空面积
数量
占局部脱空支座
3病害原因分析
数量的比例/%
5%以下
从全寿命过程来看,影响支座正常使用的因素主
388
22.43
要包括4个方面:设计选型、加工制造、施工安装及维
5%~-10%(含5%
16.71
修养护。从病害调查结果来看,板式橡胶支座的病害
10%~30%(含10%)
38.15
是由上述4方面原因中的某一方面作用的结果,也可
30%以上(含30%)
393
22.72
能是多方面原因相互作用的结果;从支座病害现状准
确推断病害原因较为困难。
3.1局部脱空
表2支座剪切变形分布
)设计选型
剪切角Q
数量
为了防止支座出现局部脱空,公路桥涵设计规范
a≤16.7°(tan≤0.3)
905
要求支座竖向平均压缩变形δ,m≥θL,/2,为梁端转
6.7°角,L。为支座顺桥方向尺寸(图1)。
26.6°?
a>35°(tana>0.7)
3)橡胶表面开裂
调查发现橡胶保护层表面开裂的支座有235处,
图1板式橡胶支座压缩及转角变形
主要集中在应用于预应力混凝土T梁上的大规格矩
图1中梁端转角包括不大于1%的纵坡及上部结
形板式橡胶支座。主要表现为橡胶层出现横向、环向
构挠曲在支座顶面引起的转角。在下述两种情况下,
以及斜向裂纹,0.5mm<裂纹宽度≤2.0mm。
支座顺桥向将很容易产生支座局部脱空,如图2所示。
4)橡胶不均匀鼓凸变形(表3)
图2(a)中1为不大于1%纵坡引起的支座转角(0.0
表3橡胶鼓凸变形程度分布
rad),a2为上部结构不大于L/600挠曲变形引起的支
鼓凸变形程度
数量
座转角(0.005rad);图2(b)中03为上部结构预拱度
轻微不均匀外鼓,明显可见,鼓凸波纹≤1mm370
引起的支座转角,它与预拱度的大小及跨径有关,支座
设计选型时未考虑此部分变形(上部结构恒载作用下
外鼓较大,能明显看出分层现象,
155
的梁端转角可以部分抵消预拱度引起的梁端转角)。
2m>鼓凸波纹>1mm
对于中小跨度常用支座型号而言,支座能适应的梁端
存在不均匀外鼓,并轻微错位,戴凸波纹≥2mm
转角往往小于实际出现的梁端转角,导致梁体架设完
成后支座就出现局部脱空的现象。
≤1%纵坡
≤1%纵坡
上部结构
上部结构
,
板式橡胶支
板式橡胶支座
(a)织坡及挠曲引起
(b)织坡及预拱度引起
图2板式橡胶支座端转角变形
此外,病害统计结果表明,该高速公路出现10%之一,从梁底混凝土面(或预埋钢板)及垫石顶面施
以上脱空面积的板式橡胶支座数量较多,主要与球冠工精度来看,以200mm支座为例,若支座范围内梁
圆形板式橡胶支座使用较多有关。
底混凝土面或垫石顶面顺桥向高差为1mm(施工单
2)施工安装
位难以满足),将产生0.005rad的转角,若上述高差
施工安装蝕陷是引起支座局部脱空的主要原因进一步增大,施工误差消耗的支座转角位移将相应