公路桥梁板式橡胶支座设计及计算

潘文涛

摘要：在公路桥梁项目中，支座的设计是否合理，直接关系到公路桥梁的质量和性能，近些年来桥梁板式橡胶支座的应用日益广泛，对此本文探讨公路桥梁板式橡胶支座设计及计算方法。

关键词：公路桥梁；板式橡胶支座；设计；计算

中图分类号：U443.361文献标识码：A 文章编号：1674―3024（2016）07―140―02

前言

公路桥梁板式橡胶支座公路桥梁中应用的较为广泛，尤其是在一些中小跨径的公路桥梁项目中，此类支座的应用十分普遍，基于上述形势，如何做好桥梁板式橡胶支座的设计和计算工作，成为了备受关注的热点问题，为了促进公路桥梁的质量和性能，保障桥梁的使用寿命，有必要深入研究公路桥梁板式橡胶支座设计及计算方法。

1 工程实例

某公路桥梁项目，桥长19.8m，采用预应力混凝土五片式T形梁，梁两端设厚度相等的板式橡胶支座，计算跨径L为19.5m，已知支座设计和计算的相关参数如表1所示。

下面本文以该项目为例，分析公路桥梁板式橡胶支座设计及计算方法。

2 公路桥梁板式橡胶支座的设计理念

首先，在公路桥梁板式橡胶支座的设计过程中，一定要做好各项验算工作，包括剪切变形验算、强度验算等等。其次，设计人员一定要对局部总应变进行严格校核，防止板式橡胶支座在投入使用之后由于局部应变过大而导致断裂问题。再次，整个设计过程一定要严格遵守相关规定，依据相关规范，本次公路桥梁工程中板式橡胶支座设计工作坚持以下几点思路：

（1）设计方案中所用的橡胶材料一定要严格筛选，橡胶材料的扯断伸长率等参数必须要符合标准。

（2）合理控制局部总应变设计上限值，保证一定的强度储备。

（3）在设计初期，应认真计算橡胶支座无剪切压缩条件下的应力，同时对其他工作状态下的应力进行计算，并绘制应力-应变曲线图。

（4）确保橡胶支座的局部总应变小于设计上限值

3 公路桥梁板式橡胶支座的受力分析

在公路桥梁板式橡胶支座的实际使用过程中，所承受的竖向力主要包括活载支点反力以及结构自身重力的反作用力等等，本次项目中设计人员在计算活载支点反力时，尽可能选择最不利的位置进行加载和计算，并且计入冲击效应。

板式橡胶支座受到的水平方向的力包括横向水平力和纵向水平力，上部混凝土结构收缩和温度变化引起的支座变形、汽车牵引力、风力等因素，都会产生水平力，本项目设计人员在公路桥梁板式橡胶支座的设计和计算过程中，认真分析支座所承受的各种竖向力和水平力，力争为后续的设计和计算工作提供有力依据。

4 公路桥梁板式橡胶支座的设计计算

4.1 确定支座的平面尺寸

在确定板式橡胶支座的平面尺寸时，设计人员应该充分考虑到墩台顶以及梁部混凝土的局部承压强度、橡胶板自身抗压强度等各方面因素，一般情况下，公路桥梁板式橡胶支座应该符合表2的要求。

式中a和b分别为支座短边尺寸（顺桥向）、支座长边尺寸（横桥向）；δ为中间层橡胶片厚度。经过计算该项目中支座平面尺寸为18×20=360cm2。

4.2 确定支座的形状

通常情况下，公路桥梁板式橡胶支座应该具备2层以上的加劲钢板，并且所有钢板都应该包在橡胶弹性材料之内，在满足上述要求的基础上，设计人员在板式橡胶支座的设计过程中，可以根据工程项目的实际情况来确定支座的形状，可以圆形支座、矩形板式支座等等。

4.3 确定支座厚度

在公路桥梁板式橡胶支座的使用过程中，主要是通过全部橡胶片的剪切变形来实现梁的水平位移，橡胶片厚度t和梁体水平位移Δ之间具备以下关系：

式中[tanγ]为橡胶片容许剪切角正切值，依据相关规范标准，若计入汽车荷载制动力，那么[tanγ]可以取0.7，若不计入汽车荷载制动力，则[tanγ]可取0.5。

由此可以得出下式：

上部结构在恒载作用下，受到温度变化等因素的影响，会产生作用于支座上的水平位移，即为△g；汽车荷载制动力也会引起作用于支座上的水平位移，即为△p，△p可以通过下式进行计算：

式中H为作用支座上的汽车荷载制动力。

为了确保板式橡胶支座的稳定性，相关规范标注中明确指出，支座厚度不能超过支座顺桥向边长的0.2倍。

结合上述内容，在公路桥梁板式橡胶支座的设计和计算过程中，设计人员首先需要明确橡胶片总厚度，之后要确定金属加劲薄板的总厚度，这样就能够确定支座的总厚度。经过计算，本次项目中支座总厚度为2.8cm。

4.4 验算支座的偏转状况

当主梁在荷载作用下出现挠曲变形现象时，梁端会产生转角θ，与此同时支座也会产生线性压缩变形，为了避免发生局部承压问题，就要防止支座偏转时橡胶与梁底发生脱空，因此支座偏转状况应该满足下式：

式中δc为支座平均压缩变形；R为支座压力标准；Ee和Eb分别是支座抗压弹性模量、橡胶弹性体体积模量，Eb一般取2000MPa。

在满足上述条件的同时，支座偏转状况还应该符合相关规范标准，依据相关规定，橡胶支座的竖向平均压缩变形不能够超出0.07∑t。

4.5 验算支座的抗滑稳定性

在公路桥梁板式橡胶支座的设计和计算中，设计人员要确保橡胶支座与梁底墩台顶面之间不会产生相对滑动，为了满足这一需求，因此当不计入汽车制动力时支座的抗滑稳定性要符合下式要求：

而在计入汽车制动力时支座的抗滑稳定性要符合下式要求：

式中μ为摩擦系数，橡胶和钢板之间的摩擦系数一般取0.3，而橡胶与砼之间的摩擦系数一般为0.3；RG是结构自重引起的支座反力标准值；A是支座平面毛面积；RC是结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值引起的支座反力；F是汽车荷载引起的制动力标准值。

5总结

桥梁支座对整座桥梁的性能和质量具有重要影响，只有做好支座设计和计算工作，才能保证结构受力合理，保障公路桥梁的使用寿命，如今大型运输工具的应用越来越广泛，对公路桥梁的性能提出了更高的要求，同时也给公路桥梁项目的设计和施工带来了更加严峻的挑战。本文分析了板式橡胶支座的应用日益广泛，对此本文旨在为相关工作者开辟思路。

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