Road & Bridge 公路桥梁板式橡胶支座减震原理与应用分析 孙 闯 河南省交通规划设计研究院股份有限公司，河南 郑州 450052 摘要：在各大城市的高架桥梁、各类型的跨径公路中，板式橡胶支座已经得到了广泛运用，在我国近年的地震灾害中也体现出了很大的优越性。然而，板式橡胶支座在支座设计、加工制作、施工安装以及日常养护等过程中依然存在着一些问题。本文将在阐述板式橡胶支座构造、原理及抗震设计方法的基础上，着重对其施工安装、日常养护等环节上出现的一些常见问题提出相应的措施。 关键词：公路桥梁；板式橡胶支座；减震原理；应用分析 中图分类号：U463.213 文献标识码：B 文章编号：1006-8465（2017）05-0160-01 1 板式橡胶支座及其减震原理、设计方法 常用的桥梁隔震装置有两种类型：其一为阻尼装置；其二为柔性支承装置，橡胶支座属于后者。橡胶支座所采用的橡胶种类一般有天然橡胶和氯丁胶，并由薄钢板和薄橡胶板交替叠合之后通过高温硫化黏结，其中氯丁胶更具优势，主要体现在抗腐蚀、弹性以及抗冻、抗老化等方面。当橡胶支座承受垂直荷载时，不易引起橡胶板的横向变形，在竖向地震作用下依然能够承受一定的拉力，这是橡胶层与夹层钢板之间紧密黏结的结果。如此一来，橡胶支座也就具有了较大的竖向承载力和竖向刚度。而橡胶板对其他水平方向的运动呈现柔性约束，则也正是因为薄钢板对橡胶板的剪切变形不具有影响的缘故。当橡胶支座面临着较大的荷载时，橡胶层的侧移也会减小，加之保持的水平刚度较小，仅为竖向刚度的1/1500-1/500。这样一来，橡胶层在竖向地震的影响下，可以作为一种隔震装置。为提高桥梁抗震能力，在传统的设计中多会强化桥梁的延性、强度。但按照传统的设计所建桥梁还是经常发生倒塌的现象，使人们开始意识到充分发挥桥梁结构的抗震能力，预估其抗震能力的重要性。因此，近几年来越来越多的研究人员开始深入分析强化桥梁结构抗震性能的具体方法。其中最具代表性的主要有四种：减隔震技术、被动控制技术、主动控制技术、混合控制技术。而减隔震支座则是其中研究最多的一方面，其中就包括铅芯以及高阻尼橡胶支座等。根据美国相关减隔震规范的规定：减隔震装置必须有一个恢复力来减少或消除地震作用之后产生的永久性侧向位移。而根据我国《城市桥梁抗震设计规范》（JTJ/T B02—01—2008）规定，隔震装置必须具有自复位能力和最小恢复力，当水平位移从50%的设计位移增加到设计位移时，其恢复力增重不能低于其上部结构重量的2.5%。 此外，传统减隔震支座还具有设计复杂、造价高等缺点。桥梁采用铅芯橡胶支座不仅会增加造价成本，预埋孔、预埋偏移等问题在具体的安装中也时有发生。相比而言，板式橡胶支座的阻尼比较小（仅为5%左右），板式橡胶支座相较于其他类型的支座，其具体的优势主要体现在：性能稳、容易加工、构造简单、安装方便、价格低等，因而总体上具有较强的适用性。值得注意的是板式橡胶支座并不具备自复位能力方面的优势，在强地震的情况下，有可能形成永久性变形。在环保方面，相比铅芯橡胶支座，板式橡胶支座还是具有一定的优势的。因此，可以把桥梁支座设计成“保险丝式单元”的形式，以此减小传递到下部结构的地震力，而该结构设计具有足够的搭接长度以避免支座损伤后可能发生的落梁等问题。 2 板式橡胶支座设计所需考虑的因素及注意问题 2.1 板式橡胶支座设计所需考虑的因素 在选择橡胶支座形式时，具体可结合以下几方面进行科学选择：结构形式、桥梁强度、荷载等级、桥面情况、桥梁的纵横向坡度、地震条件以及气候等相关因素。除此之外要求设计者在设计实践中要了解橡胶的设计参数，从而最大限度地契合橡胶支座的功能要求，合理设计并选择材料。 桥梁支座的设计需要根据其功能确定，谨慎地计算出支座的位移、转角、反力，并在这一基础上选择桥梁支座的种类、形式。支座设计具体要考虑的因素主要包括横向、纵向的水平力、竖向反力以及转角、水平力等相关因素。在设计中还要充分考虑到桥梁的抗震及减震等方面的需求，即切实考虑支座的振动频率、周期。值得注意的是这两个指标与支座的材料、截面尺寸以及支座本身的宽度、跨度、桥型等均有关。首先要结合台风、地震等相关因素科学评估其抗震性能，为解决频率低、振动周期长、位移大等问题，一般可采用增大阻力的方法；除此之外还要充分考虑刹车力、车流密度、速度等相关因素与减振性之间的关系，另外如果支座的振动频率高、︱160︱2017年5期 周期短，针对位移小的问题则可结合橡胶隔层的方法解决。 2.2 板式橡胶支座设计注意事项 实践中板式橡胶支座设计需注意如下事项： （1）设计人员采用的计算方法要按照规范，结合各已知条件，如支座的竖向承压力、变形倾角、桥梁参数等确定橡胶层厚度、加劲钢板厚度、支座厚度、单层橡胶厚度以及支座的抗滑及受压的稳定性。 （2）在选择支座规格系列过程中，具体可结合各支座的具体承压力，并验算各项型号。 （3）详细说明设计图纸的相关工艺要求，具体主要包括：选用材料的指标、控制制作工艺、设计支座要求、检验重点、安装支座成品、工艺等等，以便施工人员及监理人员有依可循。 （4）应标明设计图中各尺寸，在支座不多的情况下，只要标出具体的尺寸数字即可；而如果支座的数量、型号较多时，可用符号代替具体的尺寸，制作支座规格尺寸表。为方便施工及检验需要列全各类橡胶支座的附件。 3 板式橡胶支座在施工与养护方面的常见问题及其治理 板式橡胶支座安装方便、简单。尽管如此，在具体的施工过程中还是频发事故，如错放活动支座、固定支座，安装方法不合规等。阐述这些问题的原因主要是操作或者管理上的疏忽，但也存在技术上存在的问题。以下简单归纳相关技术要点。 首先，检验支座产品，确定其入场质量符合相关要求。在安装半个月前就安排支座进场，以随机的方式送样检验。可随机抽取每组3块或3队，并抽取1～3组。检验内容主要为力学性能和内在质量，其主要包括七项：极限抗压强度；抗剪弹性模量；抗压弹性模量；竖直转角正切值；抗滑最小承受力；摩擦系数；最大水平剪切位移值。而内在质量主要有六项：橡胶层总厚度；加劲钢板单片厚度；橡胶板单层厚度；钢板平面尺寸；橡胶剥离后的技术性；橡胶层和钢板是否存在严重黏结情况。在具体的抽检过程中，如果有两项或以上不符合检验标准，那么则认为支座是不合格的。而如果仅有一项不符合相关要求，则随机抽取双倍支座进行复检，如果检验结果还不合格，那么则认为本批支座是不合格的。 其次，在浇筑过程中还要注意与支座安装质量相关的诸如钢板顶面、桥梁墩台帽、垫石顶面等的平整、清洁，同时还要注意将其强度控制在C30下。力求准确设计支座位置，确保平坡状态下的支座的标高是一样的。同时浇筑铸具型垫块、墩台帽，杜绝二次补做。避免过大的偏压、初始剪切变形、支座脱空、接触偏歪、不紧密等情况。 最后，需要强调的是实践中经常出现的养护不周的情况应如何解决。在桥梁建成交付使用后，对板式橡胶支座这个重要部位的养护没有引起足够的重视。笔者通过实地考察发现，当前桥梁支座存在以下两方面的问题：其一橡胶板支座变质、老化的问题非常严重，伸缩能力有待进一步提高，有可能使台帽混凝土、桥墩、梁端等部位出现破裂的情况，即引起啃边、掉角等，从而影响橡胶板的伸缩缝、防尘罩的性能。 4 结语 总体上说，除了要进行常规性的检查之外，做好定期的加固维护，对于强化桥梁支座的性能，具有重要的意义。一般情况下，在检查中如果发现存在问题应该及时更换或者修补。 参考文献： [1]叶爱君,范立础.桥梁抗震[M].北京:人民交通出版社,2002. [2]同济大学.城市桥梁抗震设计规范:CJJ 166-2011[S].北京:中国建筑工业出版社,2011. [3]范立础,王志强.桥梁减隔震设计[M].北京:人民交通出版社,2001.
