桥梁板式橡胶支座的设计计算.pdf

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桥梁板式橡胶支座的设计计算黄秀金（辽宁省交通勘测设计院,沈阳110005）摘要介绍桥梁板式橡胶支座的特性及设计、施工要点。

关键词板式橡胶支座支座橡胶层总厚度1板式橡胶支座工作原理桥梁板式橡胶支座的主要作用是将桥跨结构上的恒载与活载反力传递到桥梁的墩台上,同时保证桥跨结构所要求的位移与转动,以便使结构的实际受力情况与计算的理论图式相符合。

根据以上要求,板式橡胶支座应设计成在垂直方向具有足够的刚度,从而保证在最大竖向荷载作用下,支座产生较小的变形;在水平方向则应具有一定的柔性,以适应梁体由于制动力、温度、混凝土的收缩、徐变及其它荷载作用引起的水平位移;同时,橡胶支座还应适应梁端的转动。

在进行桥梁支座受力分析时,首先必须计算每个支座上所承受的竖向力和水平力,根据这些外力来选定支座的尺寸并进行强度和稳定性验算。

2板式橡胶支座构造特点板式橡胶支座通常由若干层橡胶片与钢板（以钢板作为刚性加劲物）组合而成。

各层橡胶与其上下钢板经加压硫化牢固粘接成为一体。

这种支座在竖向荷载作用下,嵌入橡胶片之间的钢板将限制橡胶的侧向变形,垂直变形则相应减少,从而可以大大提高支座的竖向刚度（抗压刚度）。

此时,支座的竖向总变形即为各层橡胶片变形的总和。

橡胶片之间嵌入的钢板在阻止胶层侧向膨胀的同时,对支座的抗剪刚度几乎没有什么影响。

支座在水平力作用下,加劲橡胶支座所产生的水平位移取决于橡胶片的净厚。

为了防止加劲钢板的锈蚀,板式橡胶支座上下面及四周均有橡胶保护。

3板式橡胶支座应满足如下条件3.1支座橡胶层总厚度1

（1）从满足剪切变形考虑,应符合下列条件:

不计制动力时12L计入制动力时11.43LL由上部结构温度变化、混凝土收缩和徐变、桥面纵坡及制动力产生的最大位移量;

（2）从保证受压稳定考虑,应符合下列条件:

矩形支座:

（la/10）1（la/5）圆形支座:

（d/10）1（d/5）式中:

la矩形支座短边尺寸;d圆形支座直径。

3.2支座形状系数S:

5S124板式橡胶支座的设计计算及选定方法4.1设计条件

（1）结构型式:

25m装配式预应力混凝土简支空心板

（2）温度变化:

-25+35（使用地区的最低和最高温度）（3）混凝土徐变系数t:

由于2Ah=26274483.4=26.0cm式中:

Ah构件混凝土截面面积为6274cm2;与大气接触的截面周边长度483.4cm.且相对湿度为75%,受荷时混凝土龄期760d,查表得:

t=2.16（4）混凝土线膨胀系数t=0.00001（5）混凝土干燥收缩折减系数（考虑预制后两个月安装）=0.5（6）一根主梁预应力钢束总压力Py:

主梁钢束采用17j15.24（75）,张拉控制应力为1395Mpa,截面积为140mm2,则一根主梁预应力钢束总压力:

Py=17（14010-6m2）（1395106N/m2）=3320100N=3320.1kN（7）跨中截面面积:

Ah=6274cm274第4期辽宁交通科技（8）主梁最大支点反力:

Nmax=347.5kN（9）主梁恒载支点反力:

Nmin=162.5kN（10）桥面纵坡:

i=0.41%（11）每片主梁的汽车制动力T（汽车荷载采用:

汽车超20级）:

汽车制动力取一辆重车的30%,即T=（550kN30%）/10=16.5kN（全幅桥为10片梁）4.2支座最大位移量计算

（1）温度变化产生的位移量:

lt=-ttl=+35（-25）0.0000125000=+8.75mm（-6.25mm）

（2）混凝土干燥收缩产生的位移量（按降温20计算）:

la=-ttl=-200.00001250000.5=-2.5mm（3）混凝土徐变产生的位移量:

50号混凝土弹性模量Eh=3.5104Mpalc=-PyAhEhtl=-3320.1627435002.160.52500=-4.08mm（4）由温度、混凝土干燥收缩、混凝土徐变产生的位移量合计:

l=lt+la+lc=8.75+2.5+4.08=15.33mm4.3橡胶支座尺寸选择:

以GJZ矩形板式橡胶支座为例

（1）计算支座中单层橡胶片厚度1及支座平面尺寸选择:

由不计汽车制动力时的最大位移l=15.33mm,最大支点反力Nmax=347.5kN,查GJZ系列支座主要规格参数表,选用平面尺寸为lalb=200250mm,支座形状系数S=11.11。

根据S=lalb2（la+lb）1得:

1=lalb2（la+lb）S=2002502（200+250）11.11=5mm表1GJZ矩形板式系列橡胶支座主要规格参数表支座平面尺寸lalb（mm）支座承载力N（kN）支座形状系数S支座允许转角正切值tg支座抗滑最小承载力（KN）与混凝土接触与钢板接触GJZ支座支座总厚度（mm）不计汽车制动力时的最大位移量l（mm）计入汽车制动力时的最大位移量l（mm）20025050011.116.940.00350.00440.00530.00610.00700.00710.00980.0125130193289.03511.516.14214.019.64916.523.15619.026.6279.513.33713.518.94717.524.5

（2）桥面纵坡影响产生的水平位移量:

li=Nmaxsin（1+5）GA式中:

最大支点反力Nmax=347.5kN主梁纵向倾角由tg=0.41%=0.0041得sin=0.00411支座中间橡胶层总厚度。

由l=15.33mm,取用支座总厚度=49mm,则中间橡胶取5层,即1=55mm=25mmG支座抗剪弹性模量,查板式橡胶支座设计参数表,得支座容许抗剪弹性模量G=1.0MpaG=G+G15%=1.0+1.015%=1.15MpaA支座面积,A=200250=5104mm2因此:

li=347500n0.0041（25+5）10-3m1.15106N/m251010-6m2=7.410-4m=0.74mm84辽宁交通科技2005（3）汽车制动力产生的水平位移量:

Li=T（1+5）GA式中:

汽车制动力T=16.5kN=16.5103N（25+5）10-3m1.15106N/m2510410-6m2=8.6110-3m=8.61mm（4）计入汽车制动力时最大位移量L:

主梁两端采用等厚度橡胶支座,按桥规规定制动力产生的位移可以两端分担,则所选支座承担的总位移量为:

l=l2+l1+Li2=15.332+0.74+8.612=12.71mm（5）不计汽车制动力时最大位移量L:

L=l2+li=15.332+0.74=8.41mm（6）支座选用GJZ20025049mm支座承载力Nmax=347.5kN支座允许承载力500kN;支座形状系数S=11.11,满足5S12要求;支座转角正切值tg=0.0041支座与混凝土接触的抗滑最小承载力130kN;不计汽车制动力时的最大位移量l=8.41mm允许值16.5mm计入汽车制动力时的最大位移量L=12.71mm允许值23.1mm支座橡胶层总厚度1:

支座总厚度为49mm;钢板6片,每片2mm厚,则1=49-62=37mm满足（la/10）1（la/5）,即20140要求。

同时不计制动力时12L=28.41=16.82mm计入制动力时11.43L=1.4312.71=18.18mm满足规范要求。

支座平均压应力验算:

=NmaxA=347.5kN200250mm=6.95Mpa查板式橡胶支座设计参数表得:

矩形支座容许平均压应力=10.0Mpa,即1.4GADt+T,满足抗滑要求。

因此,所选支座各项指标均满足要求。

5采用板式橡胶支座应注意下列问题

（1）板式橡胶支座主要规格参数表中所列出支座承载力的变化范围为10%;

（2）支座抗滑最小承载力一栏中,其值用于不计汽车制动力时的情况,当计入汽车制动力时,应自行计算。

当使用温度低于-30时,计算最小抗滑承载力时应考虑抗剪弹性模量增大值。

（3）支座安装时,应尽量选择年平均气温时进行,同时必须按照设计图纸标明的支座中心位置正确就位,并保证支座与上、下部结构之间紧密接触,不得出现空隙。

支座应尽量水平安装,当必须倾斜安装时,最大纵坡不能超过2%,且在选择支座时,要考虑因倾斜安装所需要增加的剪切变形影响,当纵坡大于2%时,要采取措施使支座平置。

DesignCalculationofSlab-typeRubberPadBearingofBridgeAbstractThepaperintroducesproperty,andessentialsfordesignandconstructionofrubberpadbearing.KeywordsSlab-typerubberpadbearingBearingrubberlayerTotalthickness94第4期黄秀金:

桥梁板式橡胶支座的设计计算