工学第七章桥梁支座

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1、工学第七章桥梁支座第第7章章 桥梁支座梁支座桥梁工程系梁工程系第第7章章 桥梁支座梁支座7.1 概 述7.2 桥梁支座的类型和构造7.3 桥梁支座的设计和计算7.4 减隔震支座7.1 概述概述桥梁支座（Bridge bearing）是设置在桥梁上部结构和下部结构之间的重要部件，其作用是将桥梁上部结构在各种荷载作用下所产生的反力（包括静载、活载、制动力和风力）和变形（位移和转角）传递给桥梁下部结构，并且使得桥跨结构能够适应温度变化、混凝土收缩徐变等因素所产生的位移，从而使桥梁上下结构受力情况更能符合结构的静力图式。随着桥梁跨度的加大及载重量的不断提高，对桥梁支座的发展提出了新的要求。桥梁界已经发

2、展出由不同材料做成的多种形式的支座，其中有最初的简易支座、以前常用的混凝土支座、承载力大的钢支座、现在用的最多的橡胶支座以及有特殊作用的支座，诸如抗震支座、拉力支座等，长江第二大桥用的6500t特大吨位盆式橡胶支座的研制成功进一步丰富了支座的种类，满足了工程实际中各种桥梁的需要。7.1 概述概述7.1 概述概述桥梁支座主要作用具体表现如下三点：（1）使反力明确地作用到墩台的指定位置，并将集中反力扩散到一个足够大的面积上，以保证墩台工作的安全可靠。（2）保证桥跨结构在支点按计算图式所规定的条件变形。（3）保证桥跨结构在墩台上的位置充分固定，不至滑落。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造随

3、着桥梁结构体系发展的日新月异，支座种类也不断增加。在20世纪60年代以前，桥梁中使用的几乎都是钢支座。随着材料工业的发展，出现了橡胶支座及使用聚四氟乙烯板的平面滑动支座，20世纪60年代又出现了盆式橡胶支座与板式橡胶支座，并且很快发展成为最主要的桥梁支座形式。在20世纪70年代开始研制的球形支座，并且很快在弯梁桥上应用。桥梁支座具体可根据桥梁跨径长短、支座反力大小、支座允许的转动和位移量、选用的支座材料以及对桥梁变形和本身建筑高度、以及满足桥梁抗震、防震等要求选用。按支座容许变形的可能性划分，通常有固定支座和活动支座，活动支座又包括单向活动支座和双向活动支座。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构

4、造型和构造固定支座。主要承担桥跨结构支承处顺桥向、横桥向的水平力和竖向反力，并约束相应的线变位。固定支座既要固定主梁在墩台上的位置并传递竖向力和水平力，又要保证主梁发生挠曲变形时在支承处能自由转动。 。图7-2 简支桥梁支座布置示意图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造（2）活动支座活动支座则只能传递竖向力，它允许上部结构既能转动又能水平移动。单向活动支座。它在承担竖向反力的同时，能约束顺桥向、横桥向水平位移中的一个方向的线位移。 多向活动支座。它仅承担竖向反力，容许顺桥向、横桥向两个方向发生线位移。其中梁式桥主要用固定支座和单向活动支座。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造桥

5、梁支座应根据不同情况进行布置：（1）对于简支梁桥，一端设固定支座，另一端设活动支座。T构桥的挂孔按简支梁处理。（2）对于多跨连续梁桥，一般每联只有一个固定支座。为避免活动端的伸缩变形过大，一般将固定支座设在每联的中间桥墩上。但若该处墩身较高，则应考虑避开，或采取特殊措施，以避免该墩顶承受过大的水平力（这导致墩底弯矩过大）。图7-3 连续梁桥支座布置示意图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造（3）曲线连续梁桥的支座布置会直接影响到梁的内力分布，同时，支座的布置应使其能充分适应曲梁的纵、横向自由转动和移动的可能性。宜采用球面支座，且为多向活动支座。曲线箱梁中间常设单支点支座，仅在一联范围内

6、的梁的端部（或桥台上）设置双支座，以承受扭矩。有意将曲梁支点向曲线外侧偏离，可调整曲梁的扭矩分布。图7-4为曲梁支座布置的示意图。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7-4 曲线梁桥支座布置示意图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造（4）对于悬臂梁桥，锚固跨一侧设固定支座，另一侧设活动支座。铁路桥梁固定支座、活动支座的布置应遵循以下原则： 对于桥跨结构而言，最好要使梁（支承处）的下缘在制动力的作用下受压，从而抵消一部分竖向荷载在下缘产生的拉力。一般固定支座设置在坡桥较低侧以及行车方向的前方侧。在车站附近，固定支座宜设置在车站一侧，对于坡道应设置在高程较低一侧。7.2 桥梁支座

7、的梁支座的类型和构造型和构造对于纵桥向设有两个支座的桥墩而言，最好能让制动力的方向指向桥墩中心，使制动力能抵消一部分竖向荷载所产生的偏心距。对于桥台而言，最好能让制动力的方向指向堤岸，使墩台顶部的圬工材料处于受压状态，由此能平衡一部分台后土压力。在区间平道上，支座设置在重车方向的前端，对于双线桥，两线固定支座均设于两端中主要重车方向的前端。 对于其它一些特殊桥梁的布置原则要满足相应的规定规范标准。 桥梁支座通常用钢、橡胶或混凝土等材料来制作。从简易的垫层支座到加工复杂的铸钢辊轴支座，类型很多。本节主要介绍一些常用的支座类型。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造简易垫层支座简易垫层支座，

8、是指在梁底与墩台之间设置垫层来支承上部结构。垫层材料有油毛毡、石棉或铅板等，主要是利用这些材料的柔韧特性以此来适应梁端较小的转动，也正是这些材料的本身特性从而使它的使用寿命较其它支座相比明显降低，并且适用范围也很小，这在下面的应用条件也容易看出。简易垫层支座在我国早期的中小跨径桥梁中应用较多，目前已不常用。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7-9 简易垫层支座对于标准跨径小于10m的简支桥或简支梁桥（公路桥跨径在10m以内，铁路梁桥跨径小于45m的小跨径桥梁），为方便简单起见，可以不设专门的支座结构，而直接使板或梁的端部支承在几层油毛毡或7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造

9、石棉做成的简易垫层上面，如需在梁的一端设置固定支座时，则在墩台中预埋铆钉，然后使它穿入到预埋于板或梁端中的套管内。垫层经压实后的厚度不应小于1cm。实践经验指出，这种简易垫层的变形性能较差。为了防止墩、台顶部前缘被压碎并避免上部结构端部和墩、台顶部可能被拉裂，通常应将墩、台顶部的前缘削成斜角，并最好在板或墩、台顶部内增设12层钢筋网予以加强。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造钢支座钢支座是靠钢部件的滚动、摇动和滑动来完成支座的位移和转动功能。其最大的特点是承载能力高，能适应桥梁的位移和转动的需要。钢支座系列以竖向承载力为主参数，分16级（单位为kN）：800、1200、1600、20

10、00、2300、2600、3000、4000、5000、6000、7000、8000、10000、13000、16000和20000。活动支座纵向允许位移值分7级（单位为mm）：20、30、40、50、80、120、150。横向活动支座允许位移值分2级（单位为mm）：10、20。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造钢支座按性能分为固定支座（GD）、纵向活动支座（ZX）、横向活动支座（HX）、多向活动支座（DX）。抗震型支座表示方法为：在型号表示的最后增加设计地震动峰值加速度，如0.15g、0.2g、0.3g、04.g，普通支座不加此项。钢支座又分为铸钢支座和新型钢支座。 1、 铸钢支座

11、铸钢支座使用碳素钢或优质钢经过制模、翻砂、铸造、热处理、机械加工和表面处理制成，是一7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造种传统型式的支座。铸钢支座承载能力较大，但其构造尺寸大、耗钢量多、刚度过大、传力急剧，容易造成下部结构损坏。而且铸钢支座易锈蚀，养护费用高，维修较困难。 多数钢支座绝大部分在构造上都有其相同点：上摆、下摆。摇轴和辊轴支座还包括摇轴（可以看作为下摆）、辊轴与底板。 视跨度与荷载大小，钢支座常见种类有平板支座、弧形支座、摇轴支座和辊轴支座等几种。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造1）平板支座平板支座是桥梁支座最早而又最简单的一种支座型式。它由上、下摆两块平面钢板

12、组成，固定支座的上、下平板间用钢销固定。活动平板支座只将上平板销孔改成长圆形。平板支座构造简单、加工容易，但其缺点是反力不集中，梁端不能自由转动，伸缩时要克服较大的摩阻力，而且梁的支承端也不能完全自由旋转。所以平板支座一般用于小跨度桥梁，在铁路桥上可用到8 m跨度，在公路桥中常用到1215 m的跨度。目前平板支座大部分已被板式橡胶支座所取代。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造 为了减少钢板接触面上的摩擦力以免阻碍纵向滑动，可将钢板的接触面在刨床上刨光并涂以石墨润滑剂（但是有时积垢与锈蚀常使这种支座“冻死”失效）。将薄铅板夹于钢板之间虽有助益，但铅板经常被挤出来。若能免除污垢、灰尘，则

13、嵌有石墨化合物自行润滑的青铜平板就能良好地工作。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造2）弧形支座。弧型支座由两块厚度约为45cm铸钢制成的上、下支座板和销钉组成，如图7-10所示。 图7-6 弧形支座示意图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造它按约束情况可分为齿槽式和销钉式两种。上支座板是一块平直的矩形钢板，下支座板是一块顶面呈圆弧形的钢板，并且分别预埋在主梁端部和墩（台）帽中，这样，上垫板沿着下垫板弧形接触面的相对滑动和转动实现了活动支座的功能要求。上、下支座板之间在销钉孔处设有销钉（或齿板），并且通过销钉（或齿板）的抗剪来承受水平力的作用。通常应使齿槽比齿板宽2mm，且齿板

14、顶部应削斜，从而可以使上垫板自由转动。当用销钉固定时，销钉直径也应较销孔小2mm，且伸出的顶头也应做成顶部缩小的圆锥形。但是这种支座目前已较少采用，只在一些老桥上还能见到，固定支座的上、下支座板的销钉孔均为圆孔，由销钉承受纵向水平力。活动支座的销钉孔为长圆孔，以使支座可做少量的滑移。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造下支座板顶面曲率半径应根据赫兹接触线应力公式进行检算：式中，P支座反力；E钢的弹性模量；r下支座板顶面曲率半径。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造弧型支座在使用过程中，经常发生转动不灵活或锚栓（齿板）剪断的现象。主要原因是由于弧型接触面接触应力过大被压平，使支座

15、转动困难，伸缩时要克服较大的摩阻力，同时由于支座锚栓（齿板）与梁底钢板焊接后，使锚栓抗剪强度降低。所以只能适用于较小跨度的梁，弧型支座一般用于跨度在 16 m以下（规定要求在812m）的铁路桥上。这种支座目前已较少采用，只在一些老桥上还能看到，不少桥梁的弧型支座已被板式橡胶支座所代替。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造3）摇轴支座。 跨度在2030m之间的铁路桥梁通常均采用铸钢摇轴支座。摇轴支座是由上摆、底板和两者之间的辊子组成，将圆辊多余部分削去成为扇形，就形成摇轴。随着摇轴的直径的加大其承载能力也在提高，但支承反力大的摇轴直径也大，势必要增加其高度。摇轴支座按是否活动有固定支座和

16、活动支座之分。活动支座由底板、下摆（摇轴）和梁底直接相连的上摆组成。下摆的底面做成圆曲面形，能自由转动，并由下摆转动后顶、底面的位移差来适应梁体位移的需要。摇轴支座的固定支座由上下摆组成，只不过是下摆的底面改为水平面，直接和墩台连接，因此支座只能转动，不能移位。图7.7所示为活动摇轴支座，图7.8为固定摇轴支座。 以往由于摇轴支座上下摆顶面和底面曲面半径不一致，因而在转动时受到的约束阻力较大，所以目前设计的摇轴支座顶、底面为同心圆的一部分，以便于支座的自由转动。铰接摇轴支座是摇轴支座的一种改进型式，其优点是最终能准确控制支座排列位置，但有时也会产生“冻死”不转动现象。7.2 桥梁支座的梁支座的

17、类型和构造型和构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7-7 活动摇轴支座图图7-8 固定摇轴支座图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造4）辊轴支座。为了克服摇轴支座的缺点，辊轴支座特别是在大跨度桥梁和钢桥上得到了广泛的应用。它通常是由若干个小直径的辊轴并列、组联在一起，梁体位移是通过辊轴转动来实现的。支座反力的大小直接决定了辊轴数量的多少，一般情况为210个。根据线接触应力的大小来确定。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7-9 活动辊轴支座图 图7-10 固定辊轴支座图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造2、新型钢支座。新型钢支座根据材料划分主要有以下类

18、型：不锈钢支座、合金钢支座、滑板钢支座和球面钢支座。这些钢支座主要有以下特性：1)采用不锈钢或高级合金钢合金支座，并且支座封闭在油箱内，防止了钢材的生锈，从而减少了维修养护或免维修。2)对承受接触应力的部分进行表面硬化处理，极大地提高了支座的容许承载能力。3)支座的转动部分采用钢制（或黄铜）制成的球冠形状，在钢制（黄铜）的球冠上、下分别设置减少摩阻力的聚四氟乙烯板，构成球形支座。4）球形钢支座传力可靠，转动灵活，它不但具备盆式橡胶支座承载能力大，容许支座位移大等特点，而且能更好地适应支座大转角的需要（图7.11），与盆式支座相比具有下列优点:7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造1、上支

19、座板 2、下支座板 3、支座钢球芯 4、PTFE圆平板 5、PTFE球形板 6、不锈钢图7-11 QZ型球形钢支座示意图7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造a 、球形钢支座通过球面传力，不出现力的缩颈现象，作用在混凝土上的反力比较均匀；b 、球形钢支座通过球面聚四氟乙烯板的滑动来实现支座的转动过程，转动力矩小，而且转动力矩只与支座球面半径及聚四氟乙烯板的摩擦系数有关，与支座转角大小无关，特别适用于大转角的要求，设计转角可达0.05rad。 c 、支座各向转动性能一致，适用于宽桥、曲线桥；d支座不用橡胶承压，不存在橡胶老化对支座转动性能的影响，特别适用于低温地区。7.2 桥梁支座的梁支座

20、的类型和构造型和构造7 7.2.3橡胶支座 橡胶支座的应用是源于橡胶工业的迅速发展，从50年代起已尝试应用优质合成橡胶来制造桥梁支座。多年来的工程实践经验表明，橡胶支座具有构造简单、加工方便、造价低、结构高度小、安装方便和使用性能优良等一系列优点。此外，它能方便地适应任意方向的变形，特别对于宽桥、曲线桥和斜交桥具有很好的适用性。并且橡胶的弹性还能削减上下部结构所受的动力作用，对于抗震十分有利。鉴于此，近年来橡胶支座在桥梁工程中得到了广泛的应用。橡胶支座用的材料主要是化学合成的氯丁橡胶，它具有一定的抗压强度、抗油蚀性和耐老化性。尽管老化性不可避免，但实践应用表明，从适用性和经济性上考虑，这类支座

21、依然值得推广。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7-12 板式橡胶支座实体剖切图形7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造板式橡胶支座与钢支座相比具有下列优点：橡胶支座构造简单、加工制造方便、成本低廉、节约钢材。橡胶支座工作性能可靠，具有良好的弹性阻尼、可减少动载对桥跨结构及墩台的冲击作用，改善桥梁受力性能。橡胶支座几乎不需要经常的养护，减少养护工作量。基于橡胶支座水平动力阻尼特性，可改善桥梁的整体抗震性能。 橡胶支座一般可分为板式橡胶支座、四氟橡胶滑板式支座、球冠圆板式橡胶支座和盆式橡胶支座四类。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7-13 板式橡胶支座7.2 桥梁

22、支座的梁支座的类型和构造型和构造1. 板式橡胶支座板式橡胶支座的构造非常简单，它是由几层橡胶和薄钢板迭合而成。常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。板式橡胶支座的变形机理为：橡胶的不均匀弹性压缩实现转动；橡胶的剪切变形实现水平位移。板式橡胶支座多用于活动支座，图7.14、图7.15和图7.16所示为板式橡胶纵向活动支座、横向活动支座和多向活动支座结构示意图。也有将橡胶支座作为固定支座的情况，此时采用如图7.17所示的结构。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7.14 纵向活动支座结构示意图 图7.15横向活动支座结构示意图 7.2 桥梁支座的梁支座的

23、类型和构造型和构造图7.16多向活动支座结构示意图 图7.17固定活动支座结构示意图板式橡胶支座可制作成矩形和圆形。矩形支座构造简单，而圆形和球冠圆形在平面上各向同性；圆形板上的球冠可调节受力状况，既适用于一般梁桥，也适用于各种变位较复杂的立交桥及高架桥。矩形橡胶支座是中小跨径梁最常用的支座形式。支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶或者是由天然橡胶配方的耐高温橡胶支座。氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-25的地区，天然橡胶适用于温度不低于-30-40的地区。根据试验分析，板式橡胶支座的设计基本参数有，压缩弹性模量E、容许压应力和容许剪切角 ，这些参数均与支座的形状系数S有关。 7.2

24、桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造形状系数为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，矩形支座为：式中： a 支座短边长度，单位mm； b 支座长边长度，单位mm； hi 两层钢板之间橡胶层的厚度，单位mm。支座的力学性能见表7-1。支座抗压弹性模型根据表7-2取值。 表表7-1 板式橡胶支座力学性能指板式橡胶支座力学性能指标7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造表表7-2 板式橡胶支座抗板式橡胶支座抗压弹性模量性模量E（单位位MPa）支座按其适用的温度范围分为常温型和耐寒型两类。常温型支座的适用温度范围为-25+60，宜采用氯丁橡胶（CR）；耐寒

25、型支座的适用温度范围为-40+60，应采用天然橡胶（NR）。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造2.四氟橡胶滑板式支座聚四氟乙烯滑板式橡胶支座简称四氟滑板式支座，是在普通板式橡胶支座基础上按照支座尺寸大小粘复一层厚24mm的聚四氟乙烯板材而成，所以它是板式橡胶支座的一种特殊形式。另外在主梁支点底面设置一块有一定光洁度的不锈钢板，以利用聚四氟乙烯板贴在它下面自由滑动，聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的摩擦力系数可取为0.050.10。除了能水平向自由伸缩外滑板式橡胶支座与非滑板式橡胶支座其它性能相同。聚四氟乙烯滑板式橡胶支座适用于较大跨度的简支梁桥、桥面连续的梁桥和连续梁桥；此外，还可用作连续

26、梁桥顶推施工的滑块。 7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造 图7.18 四氟滑板式橡胶支座7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造3.球冠圆板式橡胶支座 球冠圆板式橡胶支座是一种改进后的圆形板式橡胶支座，其中间层橡胶和钢板布置与圆形板式橡胶支座完全相同，而在支座顶面用纯橡胶制成球形表面(图7.19)，球面中心橡胶最大厚度为410mm。球冠圆板式橡胶支座具有传力均匀，可明显改善或避免支座底面产生偏压、脱空等不良现象特性，在平面上各向同性，并以其球冠调节受力状况。不但适用于一般桥梁，也适用于各种布置复杂、纵横较大的立交桥及高架桥，其坡度使用范

27、围为35%，也可根据不同坡度需要调整球冠半径。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7.19球冠圆板式橡胶支座球冠支座分类：a球冠圆板式橡胶支座 b聚四氟乙烯球冠圆板式橡胶支座7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7.20 球冠圆板式橡胶支座安装图示4.盆式橡胶支座。 一般的盆式橡胶支座处于无侧限受力状态，抗压强度不高，加之其位移量取决于橡胶的容许剪切变形和支座高度，要求的位移量越大，就要做的愈厚，所以无侧限橡胶支座的承载能力和位移值受到一定的限制。盆式橡胶支座克服了这一缺点，其工作原理是利用被半封闭钢制钢盆内的弹性橡胶块在三向受力状态下具有流体的性质特点，来实现桥梁上部的转动

28、，同时依靠中间钢板上板与上座板的不锈钢板之间的低摩擦系数来实现上部结构的水平位移，使支座所承受的剪切变位不再由橡胶完全承担。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造 由于钢盆有很好的密封性，橡胶在盆内不能横向伸长，竖向压缩也将小了许多。从试验的数据来看，橡胶处于三向约束状态时的抗压弹性模量为50000MPa，比无侧向约束的抗压弹性模量增大近20倍，因而支座承载能力大为提高，解决了板式 橡胶支座承载能力的局限，能满足大的支承反力、大的水平位移及转角要求。图7.21所示为一般的盆式橡胶支座的构造，图7.22所示为我国铁路常用TPZ型桥梁盆式橡胶支座构造 7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和

29、构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7.21 盆式橡胶支座的一般构造图 7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造1.钢盆 2.承压材料 3.钢衬板 4.聚四氟乙烯板 5.上支座板 6.不锈钢板 7.钢紧箍圈 8.密封胶圈 图7.22 TPZ型桥梁盆式橡胶支座图 7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造钢筋混凝土支座钢筋混凝土支座可分外摆柱式支座和混凝土铰支座1.钢筋混凝土摆柱式支座对于标准跨径等于或大于20m的简支梁式公路桥或跨径大于13m的公路悬臂梁桥的挂孔，为了更好地保证梁端的自由转动，可采用钢筋混凝土摆柱式支座来代替一般的弧形钢板活动支座。它比弧形钢板活动支座的纵向

30、移动更灵活，其构造也比较简单，只要在钢筋混凝土短柱的上、下端做成弧形钢板固定支座的形式。钢筋混凝土摆柱式支座水平位移量大，而能承受的支点反力可达50006000kN，支座高度范围也很大，20100cm，如图7.23所示。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7.23 钢筋混凝土摆柱式支座构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造钢筋混凝土支座柱身一般采用较高标号混凝土制作（C40C50），其横桥向尺寸一般等于梁肋宽度，顺桥向尺寸需由混凝土柱体强度计算确定。柱体内一般含筋率约为0.5%左右配置竖向钢筋，并需配置双向的水平钢筋来承受支座受压时产生的横向拉力。在与摆柱式支座接触的梁底及

31、墩台顶帽内须用钢筋网加强。为施工安装的需要，在墩台顶帽要预埋定位钢板。摆柱式支座的高度显著大于弧形钢板固定支座的高度，因此当两者布置在桥墩上时，可以用支承垫石将固定支座垫高以调整高差，支承垫石可以用完好的石料或用钢7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造筋混凝土来实现，如图7.24a所示。将摆柱式支座搁置在墩顶预留槽内，如图7.24b所示。其优点是可以降低桥面高度，缺点是槽内容易进入污物，且维护检修较困难。并且制作要求高，安装精细，避免出现在横桥向受压不均匀的现象。为了保证摆柱的浇捣质量，通常用振动台来捣实混凝土。在常年平均气温时，摆柱应立直。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图

32、7.24 钢筋混凝土摆柱式支座布置图式7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造2.混凝土铰支座混凝土铰支座利用混凝土颈缩部分形成混凝土铰，它可满足支座的转角要求。这种支座制造方便，而且不需要做防锈处理，也很少需要养护，在特定条件下不失为一种较好的支座，如图7.25所示。混凝土铰的颈缩部分要设置钢筋，以防止该部分混凝土在高应力下剥裂。图7.25 混凝土铰支座构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造混凝土铰支座利用颈缩混凝土的双向或三向应力状态使其承压能力提高，铰的颈缩比越大，它的容许压力或容许压应力就越大。当转角较小时，通过铰部位的混凝土变形就可以转动；而当转角较大时，铰的颈缩部位混

33、凝土就会开裂，此时混凝土的压应力急剧增大。在混凝土破裂前，铰颈缩部位的边缘应力可达约8倍的混凝土棱柱体抗压强度。在持续荷载的作用下，裂缝可能由于混凝土的徐变变形部分闭合，使荷载偏心距离和转动反力矩减小。因此在确定容许转角和转动反力矩时，应根据恒载及活载情况区别对待。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造混凝土铰是一种最简单、最廉价的中心可转动的支座。混凝土铰曾在桥梁中有所应用，支承反力可达10000kN。具有支座高度小，用钢量少等优点；缺点是不能调整高度，转动量少，不便于更换和维修。7.2.5 特殊用途支座特殊用途支座 除上述支座形式外，还有一些划分为特殊用途的支座，诸如拉力支座、减震支

34、座和水平限位支座。 1.拉压支座 拉压支座是既能承受压力又能承受拉力的支座，适用于有可能出现负反力的位置，如连续梁的边支点，斜交梁的锐角部位等。拉力支座在国内已走过二十多个年头了。1987年在上海苏州河闸桥首次使用；1997年在哈大线（哈尔滨大连）鞍山一座斜交桥中使用了100t的拉压支座，最大拉力20多吨；2001年为宜昌市的一座大跨度渡槽设计的拉压兼测力支座，反力可达300t 。拉压支座的主要特征为在普通支座的基础上在支座的内部或外部位置承受拉力的部件，支座除可正常转动和滑动外，使之可传递垂直方向的压力和拉力。 7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造

35、型和构造对于固定盆式橡胶支座，可以在盆式橡胶支座中心穿一根预应力钢筋，钢筋则套在喇叭状的套管内，并可作微小的位移，预应力钢筋应按照1.2倍的上拨力进行预加应力，以使支座不会因锚杆伸长而脱开 ；也可在靠近盆式支座的两侧（与跨长方垂直）布置预应力钢筋，已构成能使支座转动的软垫缓冲层，使支座能承受拉力，如图7.26所示。对盆式橡胶支座的活动支座，预应力拉杆只能设在支座两侧的转动轴上 7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造图7.26 拉压支座7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造2.减震支座减震支座是一种应用在地震多发区的新型桥梁支座。它是利用阻尼和摩擦耗能，使桥梁阻尼增大，消减最大地震力

36、峰值，减缓强烈地震力的动力反应和冲击作用。常用的减震支座有盆式橡胶支座和辊轴减震支座等。3.限位支座当斜拉桥或者悬索桥在跨径很大时，为减轻结构自重，其主梁常常设计成相当纤细的结构，尤其当采用悬浮体系时，其主梁便具有自振周期长、隔振性能好的力学特性。为了保持这种优良动力特性，对于承受横向荷载（风力，地震作用）的主梁，不仅要求能限制主梁横向位移的约束而且还要求这种约束具有一定的弹性，此时需要设置限位支座。7.2 桥梁支座的梁支座的类型和构造型和构造 通常限位支座由固定在塔身上的限位块、和芯部具有高阻尼粘弹性的橡胶块以及靠在主梁侧壁的钢板构成（图7.27）。这种限位支座装置不仅能限制主梁的横向位移，

37、同时对悬浮的主梁也能起到在纵方向上的“迟滞”的阻力作用。 图7.27 限位支座构造图在具体进行一座桥梁的设计时，首先要分析支座所受的竖向力和水平力以及所需适应的位移和转角。然后由此来确定支座相关尺寸，进行强度、位移（广义位移）和稳定性验算。钢支座的设计主要包括支座的平面尺寸，支座上、下板的厚度和圆弧面（弧形、摇轴及辊轴）的曲面半径的设计，固定支座还要验算销钉及锚栓等受剪材料的抗剪强度。橡胶支座的设计主要包括支座的平面尺寸、支座厚度、支座偏转量和抗滑稳定性等。铁路桥梁钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座的设计主要按现行铁路桥梁钢支座（TBT1853-2006） 、 铁路桥梁板式橡胶支座（TBT18

38、93-1987） 和铁路桥梁盆式橡胶支座（TBT2331-2004）进行设计。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算公路桥梁制作设计应遵循公路桥梁板式橡胶支座（JT391-2004） 和公路桥梁盆式橡胶支座（JT391-1999） 。工程上的一般中小桥梁直接通常初算预估支座最大反力，从桥梁支座厂选配使用。7.3.1 设计内容1.作用与梁端变形种类制作设计考虑的作用包括恒载反力：梁体自重、人行道及桥面铺装等重量。活载反力：按公路、铁路车辆活载计算，有冲击力时要计入活载冲击系数。横向离心力：在支座的设计中计算离心力时应考虑由于离心力的作用点移至支座顶面时所

39、产生的影响。 风荷载：梁体上的风力作用点假设在梁半高度线上。 验算支座时，纵向风力不予计算，只计横向风荷载，同时计入横向风荷载作用点移至支座顶时所产生的的影响。制动力或牵引力：根据规定，制动力或牵引力作用点在轨顶以上2m（铁路）或桥面以上1.8m（公路，无牵引力），但不计作用点所产生的竖向力或力矩。铁路制动力或牵引力不考虑特种荷载。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算温度影响设计支座时应计入梁部结构受温度变化引起的梁体纵向变形（即活动支点的纵向水平位移）或由此引起的影响力。钢筋混凝土线膨胀系数为0.000010，钢的线膨胀系数为0.0000118。混

40、凝土的收缩影响按桥规规定，梁体混凝土收缩的影响按假定用降低温度的方法来计算。对于整体灌注的混凝土相当于降低温度20；对于整体灌注的钢筋混凝土结构相当于降低15；分段灌注的按10计算；装配式钢筋混凝土结构适当降低510。列车横向摇摆力：作用于轨顶面，其值为5.5kN/，横向摇摆力不与离心力、风力同时计算。一般不考虑空车时的横向摇摆力。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算其它情况：预应力混凝土梁的徐变变形，活载引起的梁端位移，地震区还应考虑地震作用，再就是应考虑梁体的斜置的影响。支座在水平方向上的位移包括纵向位移和横向位移。支座纵向位移有温度伸缩位移 、混凝土收缩徐变位移 、活载作用下的梁体翼

41、缘纵向伸长、下部结构位移以及一些诸如在地震等作用下的特殊位移；支座横向位移有温度变位、混凝土收缩徐变位移、活载作用下的梁体翼缘横向伸长、斜交桥和弯梁桥荷载引起的横向变位。、7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算（2）荷载组合进行作用组合计算时，需要根据具体规范规定，选取同方向作用按最不利状态进行组合。竖向作用：恒载支反力（计入梁自重，人行道及轨道等重） ；活载支反力（计入冲击力）；离心力所产生的竖向力 ；风力所引起的竖向力纵向水平作用：制动力或牵引力；风力；支座摩擦力或温度变化；支座变形所引起的水平力；水平地震力（只计恒载），地震力不与制动力或牵引力组合。横向水平作用：离心力；风力；列车摇摆

42、力;水平地震力。（3）验算内容支座设计验算内容包括控制截面的压应力、弯曲应力和剪应力 ；弧面与平面的接触应力；上下锚栓及销钉的剪应力； 抗倾覆和滑移稳定性；梁底与支座接触处及墩台支承垫石的压应力（计入活动支座移动后的偏移情况）；焊接应力；7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算其它计算情况应满足相应规范的要求。例如，客运专线、城际高速、城市轨道交通、高架桥等都有各自的特殊要求，计算时要符合特殊要求。 支座还有在上述相应荷载作用下沿纵、横向的转角。 将以上各种支座反力和变位计算结果按桥规的规定组合，进行支座设计。下面主要以弧形钢板支座、板式橡胶支座和盆式橡胶支座的设计计算为例来介绍。7.3 桥梁

43、支座的梁支座的设计和和计算算7.3.2 弧形支座的设计与计算弧形钢板的设计计算主要包括确定平面尺寸a和b，支座垫板的厚度h，弧形钢板的弧面半径r，固定支座还要验算销钉（齿板）及锚栓等的抗剪强度计算简图如图7.28所示。（1）钢板平面尺寸的确定。平面尺寸a和b的确定应根据梁底和墩台顶面混凝土的局部承压强度要求而定。主梁的荷载和活载（包括冲击力）反力N通过支座上垫板与梁底的接触面以及下垫板与墩台顶的接触面由上向下传递，考虑到接触面间的传递压力时属于对混凝土和圬工的局部承压情况，所以对钢板的平面尺寸必须做局部承压强度的验算。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计

44、算算图7.28 弧形钢板计算示意7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算当按极限状态设计时，由下式确定计算反力；式中： 荷载引起的支座反力； 荷载安全系数，对于结构自重，当其产生的效应与汽车产生的效应同号时取为1.2；异号时取为0.9；其它荷载情况取为1.4； 结构重要性系数，当计算跨径小于50m时，取为1.0；在50m100m时，取为1.03；大于100m时取为1.05； 荷载组合系数，对于荷载组合为基本可变荷载的一种或几种与永久荷载的一种或几种相组合取为1.00；对于结构自重、预应力、土重及土侧压力中的一种或几种与地震力相组合取为0.77；其它荷载组合取为0.80 局部承压强度条件为： （

45、7-4）式中：a、b支座垫板的平面尺寸，a为顺桥向边长，b为横桥向边长； 构件受压安全系数，按混凝土或圬工材料由桥规查得； 混凝土或圬工的抗压标准强度； 局部承压时标准强度的提高系数，按下式设计计算： （7-5）其中： 局部承压时按规定取用的计算面积； 局部承压面积。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算通常实际中设计钢板尺寸时，横桥向边长取等于或略小于支承处的梁肋宽度，边长比约为0.61.0。下钢垫板要比上垫板小2mm，是由于预留齿槽板的焊接需要。（2）支承垫板厚度h的确定。把垫板作为承受均布荷载的悬臂梁，由梁的最大弯矩按容许应力法确定h。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算由下式确定

46、： （7-6）式中： 桥上全部恒载与活载（包括冲击力）所产生的支承反力； 铸钢材料的容许弯曲应力； 下垫板宽度；对于支座要考虑由于温度变化等因素，上垫板有一个允许的最大水平位移，此时由力平衡条件知垫板上作用着线性分布荷载。理论分析表明这种情况下最不利截面的弯矩值要比无位移时的小，因此不需要验算上垫板偏移后的受力情况。而计入由此引起的附加弯矩，于是公式变为7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算 （7-7）（3）下垫板弧面半径r的确定。两块钢板接触传力时，弧面半径由接触应力的强度条件来确定。很明显，弧面半径越小时接触面上的应力越集中，那么接触应力也越大，根据赫尔茨公式进行计算： （7-8）式中

47、铸钢弹性模量； 上下垫板之间的线接触长度； 铸钢自由接触时的容许局部承压应力。 因此7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算（4）齿板（或销钉）的抗剪强度计算。 仍按容许应力法验算齿板（或销钉）强度。对于齿板，鉴于两侧受力的不均匀性，验算时偏安全地按单侧齿板受力计算。由以下公式计算： （7-10）式中： 支座摩阻力或汽车荷载制动力，可按桥规规定 选取； 单块齿板或单根销钉的有效剪切面积，此面积本质是在相应单个齿板或销钉在对应受力情况下的面积； 单块齿板或单根销钉钢材的容许剪应力。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算7.3.3 板式橡胶支座的设计与计算板式橡胶支座是工厂制造的定型产品，支座设

48、计的主要内容是根据结构反力和变位设计计算据此进行支座选型。具体计算包括：确定支座平面尺寸、确定支座厚度、验算支座的受压偏转情况和支座的抗滑移性。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算公路桥梁橡胶支座具体设计步骤如下(1)确定支座平面尺寸决定平面尺寸的因素有：橡胶板材的抗压强度、梁部或墩台顶部混凝土的局部承压强度。梁部或墩台顶部混凝土的局部承压强度的验算，可按现行规范规定进行，相关内容可参照“混凝土结构设计原理”进行计算。但是国内生产的规格从100mm150mm120250mm不等，其局部承压强度一般能够满足要求，亦即平面尺寸由橡胶整体抗压强度来控制设计

49、。 对于橡胶板，必须满足下式： （7-11）式中： 最大支座反力，当有汽车荷载时即是计入了冲击系数后的最大支座反力； 橡胶支座平均压应力限值。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算（2）支座厚度的确定板式橡胶支座的水平位移要通过全部橡胶片剪切变形，如图7.29所示。支座厚度就取决于梁端所需要的纵向最大水平位移。显然，橡胶片的总厚度与水平位移之间应满足如下关系： （7-12）式中 橡胶片的容许转角正切值 橡胶片的容许转角正切值， 对于硬度为5560的氯丁橡胶，由规范知：当不计制动力时采用0.5，当计入制动力时采用0.7。因此有：不计制动力时 （7-13） 7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算

50、算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算图7.29 支座厚度计算图式7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算计入制动力时 （7-14）式中： 由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素引起的支座顶面相对于底面的水平位移； 由于制动力引起的支座顶面相对于底面的水平位移，按下式计算： （ 7-15）式中， ， 作用于支座上的制动力所引起的剪切角、剪应力； 活载作用时的动态剪切模量 （ ， 1.1MPa）； 汽车制动力。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算将（7-15）代入（7-14），可以得到式（7-1 2）的另一表达形式： （7-16）同时，考虑到橡胶支座工作的稳定性，桥规还规定不应大于支座顺桥向

51、边长的0.2倍。橡胶片的总厚度 确定后，再加上金属加劲薄板的总厚度，就可以得到所需支座的总厚度h。（3）验算支座受压偏转情况梁端发生转动后，如果转角过大，则可能导致支座的局部与梁体脱空，形成支座局部承压；为此验算支座的受压偏转，就是要保证支座不与梁底脱空,也即支座外侧最小竖向压缩变形 0。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算图7.30支座偏转图式主梁受荷后发生挠曲变形，由此引起梁端的转角 。如上图所示，此时支座将出现线性压缩变形，梁端一侧的压缩变形量为 ，梁体一侧的压缩变形量为 ，那么其平均压缩变形： = （7-17）支座随梁端的偏转角为： （7-18）由以上两式，得 （7-19）7.3

52、桥梁支座的梁支座的设计和和计算算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算又由支座不脱空条件 0可得 0由此，支座的平均压缩变形应该满足： 同时，由桥规还规定橡胶支座的竖向平均压缩变形 应不超过0.05 。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算验算支座的抗滑移稳定性板式橡胶支座通常就放置在墩台顶面与梁底之间，橡胶面直接与混凝土相接触。当梁体由于温度变化等因素以及活载制动力作用时，支座将承受相应的作用力。为了保证橡胶支座与梁底或墩台顶面之间不发生相对滑动，则应满足以下条件：不计汽车制动力时 （7-20）计入汽车制动力时 + （7-21）7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算式中： 结构自重引起

53、的反力标准值； 结构自重标准值和0.5倍汽车荷载标准值（计入冲击系数）引起的支座反力； 橡胶与混凝土之间或钢板间的摩擦系数； 上部结构温度变化、混凝土收缩徐变等作用标准值引起的剪切变形和纵向力标准值产生的支座剪切变形，但不计汽车制动力引起的剪切变形； 由汽车荷载引起的制动力标准值； 支座平面毛面积。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算铁路桥梁橡胶支座与公路桥梁橡胶支座的主要设计区别在于支座形状系数计算，弹性模量与形状系数关系式的确定，还有转角计算公式的不同。 铁路桥梁上使用的支座的设计，设计中应遵循以下原则：板式橡胶支座的容许最大压应力为8MPa,最小压应力为2MPa.；板式橡胶支座弹性模

54、量的选取要根据支座形状系数来确定； 容许剪切角应满足 0.7，快速加载时则应满足 0.25；稳定条件：厚度h小于短边长度的1/5；抗滑移摩擦系数取值：钢板为0.2，混凝土为0.3。 7.3.4 盆式橡胶支座的设计与计算盆式橡胶支座的设计计算与其构造形式有关。在支座制造设计时通常需要确定聚四氟乙烯板和氯丁橡胶板的尺寸、钢盆环的直径、盆塞的底面积尺寸、盆塞厚度和抗滑移验算的确定、密封圈（包括钢密封圈和橡胶密封圈）的设计；钢盆顶板偏转的控制、钢盆环与顶板之间的焊缝应力验算；以及梁底支座垫石的验算。盆式橡胶支座的下支座板计算简图如图7.31所示。1、基本尺寸确定（1）聚四氟乙烯板尺寸7.3 桥梁支座的

55、梁支座的设计和和计算算7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算图7.31 下支座板计算简图直径在恒载与活载产生的最大支点反力 的作用下，根据聚四氟乙烯板的容许承压应力知，最小直径由下式确定： （7-22）式中： 由恒载与活载产生的最大支点反力； 聚四氟乙烯板的容许承压应力，纯聚四氟乙烯为24MPa；填充聚四氟乙烯板（80%聚四氟乙烯、15%玻璃纤维、5%石墨，都为重量比）为30MPa 。厚度聚四氟乙烯板的厚度，一般可取 =（1/41/80） 。直径越大取值越小，对于大直径的选取比值还要再小一些，通常=48mm,外露量34mm.7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算（2）氯丁橡胶板的尺寸在上述

56、 值的作用下，根据钢盆内的容许承压应力 ，可得最小直径 ： （7-23）橡胶板的厚度可取 =（1/101/18） 。（3）下支座尺寸由于下支座盆内放置橡胶板，因此下支座板盆内的直径 由橡胶板的直径确定。为使橡胶板置于盆内紧贴密和，一般取等于橡胶板直径或比橡胶板直径减小0.51.0mm。下支座板盆壁厚度应保证盆壁在橡胶板的环向应力下不致产生裂缝。可以按厚壁圆筒应力公式估算壁厚。 7.3 桥梁支座的设计和计算钢盆受力强度： （7-24）式中： 荷载与活载产生的支点动力 橡胶板的受压面积因此，下支板所受环向拉力 为 （ 7-25） 式中： 下支座板盆初估内外直径的平均值； 橡胶板的厚度。 于是，可求

57、得下支座板盆壁最小厚度 为 （7-26）式中： 盆壁高度，预估时可取=1.5 ； 钢盆材料的容许应力。7.3 桥梁支座的梁支座的设计和和计算算在忽略橡胶板对钢盆壁内侧压力及盆壁环向拉力作用的条件下，假定盆壁反力均匀分布，近似盆底弯矩的要求作为计算依据确定盆底厚度 。在初估盆壁厚度时，同时按弹性力学教材验算下支座板钢盆壁顶面的切向应力 为 （7-27）式中： 下支座板钢盆内半径； 下支座板钢盆外半径； 应力计算点到钢盆圆心的距离。其它符号意义同前。7.3 桥梁支座的设计和计算下支座板盆底中央截面的弯矩以下式计算： （7-28）式中： 恒载与活载产生的支座反力； 下支座板盆底中央截面的弯矩； 下支

58、座盆内径； 下支座盆外沿直径。通过计算底部应力确定厚度，也可先假定厚度，再进行应力验算。 （7-29）式中： 下支座板底部应力； 下支座板底厚。当钢盆的两个主轴方向的弯矩不同时，可按顺桥向和横桥向两个主轴方向分别计算，选取其中较不利计算下支座板厚度。7.3 桥梁支座的设计和计算实际上，按照悬臂板计算底板弯曲应力的方法是过于保守的，它使下支座板比较笨重，往往很不经济。因此，对于承载能力大的盆式橡胶支座的设计计算，往往采用有限元分析法进行计算，更能符合实际受力状态。（4）中间衬板厚度 中间衬板的顶板嵌入聚四氟乙烯板，下面为橡胶板，中间衬板受力图式如图7.32所示。同样，圆形的中间衬板的计算可按照悬

59、臂板的受力状态考虑。7.3 桥梁支座的设计和计算图7.32 作用在中间衬板应力示意图中间衬板的顶面中央截面的弯矩计算式为 （7-30）式中： 中间衬板的顶面弯矩； 橡胶圆板直径； 聚四氟乙烯圆板直径。先假设中间衬板的厚度，再进行应力验算，则 （7-31）式中： 中间衬板的厚度。其它符号意义同前。计算中间衬板顶面的弯矩时尚应考虑两个主轴方向分别计算，并考虑桥梁上部结构纵向移动时的弯矩组合。7.3 桥梁支座的设计和计算7.3 桥梁支座的设计和计算（5）上支承板尺寸上支承板平面尺寸需要设置上支承板的盆式橡胶支座，其平面尺寸主要取决于支座的最大位移量、盆环的直径和螺栓连接位置所需要的尺寸的总和。直线桥

60、梁上、下支座板的顺桥向长度主要取决于前两项，横桥向跨度需要考虑连接螺栓的位置。上支座板与梁底接触面为矩形，而镶嵌不锈钢板与聚四氟乙烯板的接触面为圆形，在方盘上可设置螺栓孔与梁连接。上支座板厚度尺寸上支座板可采用等厚的与不等厚的板，不等厚的板在矩形的部分主要起连接作用，受力较小，可选取薄些。上支座板的厚度由材料力学进行计算，并考虑上支座板与聚四氟乙烯板位置对中和发生偏移两种情况进行应力验算。当发生偏移时，要考虑滑动摩擦力产生的弯矩部分。以上计算方法较粗略，但其安全储备较高。从试验和有限元分析的结论可知，支座板的受力中间大、边缘小，在板上除产生支承压力外，还有环向应力和径向应力。7.3 桥梁支座的

61、设计和计算7.3 桥梁支座的设计和计算2、支座偏转验算盆式橡胶支座设计中，要求在梁偏转时顶板与橡胶板的接触面不能出现脱空现象，即不允许出现局部承压的状态，则： 0 （7-32）与橡胶板支座的偏转验算一样，要求 0。即 0 （7-33）式中： 恒载和活载产生的支座反力； 橡胶板接触面的正应力； 橡胶板截面受拉边缘的截面抵抗矩； 与下支座板盆或中间衬板接触的而橡胶板面积； 橡胶板厚度； 有侧向约束的橡胶板弹性模量，其值可取为530KPa； 橡胶圆板直径； 盆式橡胶支座产生转角时，橡胶板的最小压缩力。7.3 桥梁支座的设计和计算3、支承混凝土局部承压验算 盆式橡胶支座的支承反力大，承载混凝土要设钢筋

62、，应按配置间接钢筋的钢筋混凝土构件进行局部承压强度校核。铁路和公路规范所用的算法有所差别，公路部门采用极限状态法验算，而铁路部门则采用容许应力法进行验算。极限状态法用如下公式验算 （7-34）式中： 局部承压时的竖向力，取各种组合下计算支座反力的最大值； 支座垫石混凝土的抗压强度设计值； 混凝土局部承压强度的提高系数，按下式计算： 局部承压时的计算底面积，按公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范（JTG D62-2004）式中的相关公式确定。 局部承压面积，取用盆环或盆塞的接触面按45角分布在梁底或支座垫石面上的面积； 间接钢筋的体积含筋率，当采用方格钢筋网时，按公路桥涵设计通用规范(JTG

63、 D60-2004)中的相关公式计算： 配置间接钢筋时局部承压强度提高系数，按下式计算： 在钢筋网或螺旋形配筋范围内的混凝土核心面积，、 ， 面积的形心与面积形心 相重合； 间接钢筋抗拉设计强度。铁路桥涵设计采用的容许应力法验算公式 （7-35）式中： 钢筋混凝土局部承压的容许应力值，该值与 有关，即 = ， 为中心受压时的混凝土的容许应力，按规范 查得。 支座垫石上的竖向力。7.3 桥梁支座的设计和计算7.3.5 支座抗震验算抗震设计是影响整个桥梁设计工作的重要组成部分。 按照铁路工程抗震设计规范（GB 50111-2005）的要求，以下简称震规，地震区桥梁支座设计必须要引入抗震验算及采取一

64、些必要的抗震措施。 铁路工程抗震设计规范规定：验算局部支座部件、梁与支座间的连接、墩台锚栓及橡胶支座支挡设施的抗震强度时，地震力按下述公式计算：顺桥向固定端的水平地震力 ： （7-36）横桥向由活动支座与固定支座共同承受，一个桥墩墩顶处的水平地震力 （7-37）7.3 桥梁支座的设计和计算式中： 单个墩顶处的水平地震力，kN; 地震动峰值加速度值, ； 简支梁为一孔梁和桥面的质量,t; 活动支座的摩擦系数，钢辊轴，摇轴支座及盆式橡胶支座 =0.05；板式弧形支座及板式橡胶支座 =0.10.2； 活动支座反力； 活动支座摩阻力之和（kN），并应符： 桥墩梁体质量（t），按下式计算： 顺桥向： 横

65、桥向： 桥墩顶活荷载反力换算的质量,对I、II级铁路计入50%活荷载,t 。7.3 桥梁支座的设计和计算7.4 减隔震支座减隔震支座7.4.1 概述我国地处欧亚地震带和环太平洋地震带两大地震带之间，是一个地震活动频度高，强度大，震源浅，分布广的国家。桥梁支座是联系桥梁上部结构和下部结构的构件，在地震灾害中常常由于传力过大而出现支座侧向挡板和锚栓剪断的现象。在汶川地震发生后，宝成铁路上有多座桥梁发生了锚栓剪断，给地震后桥梁的恢复和灾后救援物资运输带来了困难。减轻桥梁震害的方法通常有两种：一种是采用传统的延性抗震设计办法，在桥墩上选择合适的塑性铰位置并进行细部设计，依靠结构自身的强度和延性来抵抗地

66、震荷载，保障在地震作用下结构的整体性和防止结构倒塌的发生。经传统抗震设计的桥梁经历强震作用后，塑性铰部位的损伤往往比较严重，震后修复加固较为困难。另一种方法是采用隔震或被动耗能减震技术，通过采用减、隔震支座来减少桥梁结构的地震响应。桥梁结构隔震技术是通过在上部结构和下部结构之间引入水平柔性隔震支座来延长结构的基本周期，以避开地震能量相对集中的频段，从而降低结构的地震作用。水平地震地面运动加速度的卓越周期通常在0.11.0s之间，隔震桥梁的侧向振动的基本周期一般可以延长到4.0s左右，因此隔震桥梁的基本周期远离地震卓越周期，上部结构和下部结构的地震作用大幅度减小，图7.33和图7.34反映了这一

67、机理。从加速度反应谱可以看出，通过延长结构周期能达到折减地震力的目的，但这将导致结构的位移响应增大。7.4 减隔震支座减隔震支座7.4 减隔震支座减隔震支座图7-33 加速度反应谱 图7-34位移反应谱 7.4 减隔震支座减隔震支座桥梁被动耗能减震控制技术是在桥梁中设置耗能元件（支座），结构振动使耗能元件被动地往复相对变形或者在耗能元件间产生往复运动的相对速度，从而耗散结构振动的能量，减轻结构的位移响应，同时还可以降低结构的加速度反应。隔震桥梁和建筑已在国内外建成上千座，并经受了地震的考验。截止到2000年，北美已建成100余座被动耗能减震建筑与桥梁，我国目前也有20余新建或加固的被动耗能建筑

68、和桥梁，并在一定程度上经受了地震考验。我国南疆布谷孜铁路桥采用铅芯橡胶减震支座，该桥与2000年通车，在2003年2月24日发生的6.2级新疆伽师地震（距桥趾50 km）中完好无损。7.4 减隔震支座减隔震支座减隔震系减隔震系统的性能要求的性能要求桥梁隔震系统应具有五个基本性能，即：具有足够的竖向刚度，用来支承上部结构传递的重力；具有一定的柔度，用来延长结构体系的自振周期而降低结婚的加速度反应；具有一定的耗能能力，降低支承面处的相对变形，以便使位移控制在设计允许的范围内；具有一定的初始水平刚度和屈服强度，在正常使用荷载（如风荷载、制动力等）或在微地震作用下，使体系具有足够的弹性刚度，以满足正常

69、使用要求；具有变形后自复位能力：是隔震机构体系在地震中具有瞬时自动“复位”功能，地震后上部结构能够回复至初始状态，满足正常使用要求。7.4 减隔震支座减隔震支座7.4.2 常用的减隔震装置常用的减隔震装置1.橡胶支座隔震装置1）叠层橡胶支座叠层橡胶支座是由橡胶板与薄钢板叠合而成，经高温、加压并硫化，并添加填充剂、补强剂和防老化剂等制作而成。由于薄钢板对橡胶的横向变形产生约束，使其具有非常大的竖向刚度。同时钢板不影响橡胶的剪切刚度，因而保持了橡胶固有的柔韧性，使其具有比竖向刚度小得多的水平刚度，从而具备竖向支承与水平隔震机构的双重功能。由于叠层橡胶支座采用天然橡胶，本身阻尼较小，通常与阻尼元件联

70、合使用，以控制桥面位移。7.4 减隔震支座减隔震支座2）高阻尼橡胶支座为了改善普通橡胶支座的阻尼特性，近年来开发出具有高阻尼的橡胶支座产品。高阻尼橡胶支座的橡胶板由高阻尼橡胶组成，其粘滞阻尼可达15%，然而这种高阻尼橡胶具有较大的振幅和较强的时程依赖性，并且其刚度变换幅度到达50%，荷载和温度变化的影响也难以精确确定。因此这种支座目前的推广应用尚不成熟。3）铅芯橡胶支座铅芯橡胶支座是通过在普通橡胶支座中部竖直地灌入铅芯而形成（图7.35），它可以大幅度增加普通橡胶支座的初始水平刚度和耗能能力。铅具有较低的屈服剪切强度（10MPa），同时又具有足够的初始剪切强度（130MPa），并在循环塑性变形

71、下具有较好的疲劳特性。 7.4 减隔震支座减隔震支座对一个铅芯直径为支座直径1/4的铅芯橡胶支座，其初始水平刚度比未增加铅芯前提高约10倍，能够保证桥梁在风荷载和制动力作用下满足正常使用状态，同时，当铅芯在地震荷载下屈服以后，支座的屈后刚度接近于普通层叠橡胶支座的剪切刚度。由于铅芯支座构造比较简单，能够提供较大的阻尼，可以单独作为桥梁支座使用，在新西兰、美国和日本被广泛的用于桥梁和建筑物的减隔震设计。 图7.35 铅芯橡胶支座的构造 7.4 减隔震支座减隔震支座2.滑动摩擦隔震装置滑动摩擦隔震装置利用摩擦材料来隔离地面运动和上部结构，能有效地控制从地面传到上部结构的地震作用，减小结构的地震响应

72、。这类隔震装置的原理是：当结构受到较小的地面激励时，静摩擦力阻止上部结构还冻，使结构保持稳定；当地震激励超过某一限度时即超过最大静摩擦力时，滑动面开始滑移，发挥隔震作用，这是即使地面激励再增大，传入上部结构的地震力也不会随之增加。因此，通过选取适当的摩擦材料就可以控制传入上部结构的地震力。其优点是：受地面运动频率特性的影响很小，不会发生共振现象。缺点是：结构的滑移量岁地震强度的增加而增大，静、动摩擦系数的差值对隔震性能影响较大，由于动摩擦系数比静摩擦系数小，滑动一旦开始，速度会不断7.4 减隔震支座减隔震支座增加，当摩擦阻力减小得较大时，就会出现类似负刚度的现象，这不仅会造成滑移量大，有时甚至

73、可能出现滑移失稳，因此需匹配合适的限位复位机构。另外，这种支座对中、小地震的隔震效果不佳；在长期不活动的条件下，其摩擦系数可能发生改变。在桥梁工程上常用的滑动支座有聚四氟乙烯滑板式支座和摩擦摆锤支座。（1）聚四氟乙烯支座根据国外实验结果，在极低的速率下，诸如温度和徐变作用下，聚四氟乙烯板在涂有润滑剂的不锈钢板上的摩擦系数约为0.020.03，但子啊典型地震速度和桥梁支座压力下，摩擦系数约在0.100.15之间变化，如不加润滑剂，此值更大。聚四氟乙烯支座的摩擦系数和位移关系曲线近似完全弹塑性，因而具有良好的耗能作用。但这种支座在地震7.4 减隔震支座减隔震支座作用下发生变为以后，支座本身无法自动

74、复位，必须与其他制动限位装置联合使用。 聚四氟乙烯支座和钢板阻尼器或橡胶支座联合使用，能够产生良好的隔震效果。与钢板阻尼器组合时，所有竖向力将由聚四氟乙烯板承担，其摩擦系数将保持最小值，而钢板阻尼器可提高部分恢复力和额外的阻尼。与橡胶支座组合时，竖向力由两种体系分担，聚四氟乙烯支座的轴向力将有所降低，而橡胶支座提供自恢复力。7.4 减隔震支座减隔震支座 图7.36 聚四氟乙烯橡胶支座的计算简图 聚四氟乙烯支座的计算简图如图7.36所示。（2）摩擦锤式支座摩擦锤式支座是将滑动支座的概念和摆锤式运动规律相结合而研制出的一种新型减震支座（图7.37）。地震时支座中心的摆动装置沿凹面发生摆动位移，利用

75、中百原理延长下部结构的自振周期，以减小地震力，同时支座的标高发生变化，使上部结构抬高，通过势能做功，达到消能减震的作用。支座的摆动装置在震后依靠上部结构的自重自动复位。目前摩擦摆锤支座已经用于房屋结构和一些桥梁结构上，我国苏通大桥即采用了此类支座。7.4 减隔震支座减隔震支座7.4 减隔震支座减隔震支座 图7.37为摩擦锤支座的截面图 3.抗震型球形钢支座球形支座也可作为抗震支座（图7.38）。KQGZ抗震球钢支座具有良好的强度和延性，可承受拉、压、剪（横向）力，能很好地满足上部结构各种荷载（如恒载、活载、风、地震力等）所产生的反力的传递、转动、移动要求，保证反力合力集中、明确、安全可靠。在地震力作用下，只要上、下结构本身不破坏，设置KQGZ支座可极大地降低落梁的可能性，能够满足高烈度地震区宽桥、曲线桥、斜拉桥、坡道桥等的抗震设防要求。7.4 减隔震支座减隔震支座7.4 减隔震支座减隔震支座 图7.38 KQGZ抗震球形钢支座构造1支座上摆（上支座板）；2支座下摆（下支座板）；3支架钢球芯（钢衬板）；4F4圆平板；5F4球形板；6橡胶密封圈；7不锈钢板；8螺栓；9搭板