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公路桥梁盆式橡胶支座在使用时容易发生哪些病害

公路桥梁盆式橡胶支座在使用时容易发生哪些病害?从上世纪的70年代京包和京唐铁路上,盆式橡胶支座就在铁路大桥上应用;90年代在京九铁路上推广应用抗震盆式支座;1998年在南京长江二桥的北汊桥5跨连续箱梁(90m+3×165m+90m)上应用大吨位盆式支座,最大设计承载力达到6500吨,是当时国内设计承载力最大的盆式支座。由于橡胶支座具有承载力大,其橡胶层在钢盆内不易老化,维护保养简单,使用寿命长,特别适用于大跨度桥梁等突出优点,所以近十多年来,在全国高速公路上的桥梁、铁路桥梁和城市市政桥梁中得以大量推广应用。在长江、黄河、珠江、黄浦江等所建成的跨江特大桥上使用的几乎都是盆式支座。为了规范使用,上世纪90年代初和90年代末,铁道部和交通部相继出台了“盆式橡胶支座产品标准”,这对盆式支座的推广应用起了有力的促进作用。

近几十的大量盆式橡胶支座的大量推广应用,也相继出现了不少安装质量事故和产品质量事故。通过事故案例分析,其事故原因有支座设计布置和选用不当、施工安装技术不到位和产品质量存在缺陷等多种因素所致,这些事故案例已引起专家们的密切关注。2007年济南某市政桥梁,在建设中发现箱梁安装后盆式橡胶支座的钢盆竖向开裂,图1所示。出现钢盆开裂事故并不是个别现象,桥梁养护检查中发现已通车的桥梁中也不少。

 盆式橡胶支座生产车间

图1 盆式橡胶支座钢盆竖向开裂 钢盆铸造质量低劣,盆壁内部有缺陷;使用材料不当,应该是铸钢,而有的厂家采用的是铸铁,铸铁容易开裂;橡胶支座垫石不平整和梁底支承接触面不平整,导致受力不均匀,局部应力集中,而使钢盆竖向开裂。图2 箱梁在盆式支座上滑移(第一联跨)

盆式橡胶支座防止出现问题的设计原因:

盆式橡胶支座布置不合理,见图3所示。七跨50m现浇预应力砼连续箱梁桥的两端设计有伸缩缝,紧靠伸缩缝位置的第一联跨布置的4个支座都是多向活动支座是不合理的。由于采用移动支架施工时,其施工顺序是从伸缩缝处的第一联跨开始,依次向跨中推进施工,当第一联跨箱梁落梁时,落在4个多向活动支座上,由于未设临时支座等于一根简支梁落在4个球上面,使箱梁成悬浮状态。此时支座已不以承受竖向力控制,而是由支座接触面水平摩擦力来控制。由于活动支座的摩擦系数很小,实测为0.005。50m跨箱梁的理论自重为1600吨,平均每个支座反力为400吨。而每个支座的摩擦力为400×0.005=2吨,4个支座合起来为8吨,靠8吨的摩擦力支承1600吨的箱梁是不可能的。如果落架时高程有先后,就有可能产生水平推力,促使梁体在支座上发生滑移。

盆式支座不合理的原因;

由于盆式支座设计选用的盆式座的设计转角小于实际桥梁对支座产生的转角很多,也是梁体滑移的重要原因。GPZ(Ⅱ)型支座的设计转角为0.02rad,由于该桥梁的设计纵向坡度为3%,横面坡度为2%,由纵坡和横坡所造成的支座转角已达到,再加上箱梁落架后的自重产生的转角,4个多向活动支座上实际产生的转角有可能达到0.04rad,已超过支座设计转角的2倍,这对支座是很不利的。因为支座的设计转角0.02rad,主要是考虑梁体恒载和活载作用下的转角,并未考虑梁体设置纵、横坡所产生的永久转角0.036rad。由于转角过大安装支座时未加楔块调整,这是导致梁体在支座上发生滑移的第二个因素。安装布置活动支座就是要求梁体在正常使用时能自由滑动,不滑动就不正常了。由于上述两个因素,所以落梁后就开始滑动,1个小时横向滑移量为46cm,将支座内的橡胶体大部分挤出。

由于施工原因造成盆式橡胶支座问题

由设计图可知第一联跨箱梁下面布置的是4个多向活动支座,制定施工方案时未考虑落梁时活动支座会产生滑移的防滑措施,未加设临时支座,施工方案考虑不周。另外落梁时不同步,有高程先后,反应在梁体向纵坡上方向滑移,充分说明梁体上坡方向先落,下坡方向后落,造成高差使梁体产生向上坡方向的水平推力,导致梁体向上坡方向滑移。2005年某乡村公路跨河大桥,为主跨36m的三跨变截面箱梁桥、双向二车道。采用的是盆式橡胶支座,支座布置如图4所示。箱梁合拢后受力体系转换为支座受力时,由于盆式支座的安装连接板未拆除,而导致活动支座不能自由滑动,使盆式支座严重损坏,丧失支座使用功能,图5所示。多向活动盆式橡胶支座的安装

对大跨度变截面箱梁采用挂篮悬挑施工,在施工阶段箱梁为悬臂受力状态与合扰后体系转换为成桥,受力状态是完全不同的。施工阶段支座受力很小,成桥后桥梁的自重完全由支座承担,所以在箱梁合拢后体系转换阶段必须将支座的安装连接板全部拆除,解除约束,使支座按设计受力状态发挥支座功能。该工程未将连接板拆除,活动支座发挥滑移功能时受到约束,在成桥后的自重作用下将连接板的连接螺栓和连接板推断,活动支座的上滑板在约束力作用下被 压弯,使支座的作用功能丧失。

2005年某特大型桥梁在交工验收检查时发现南北引桥的盆式支座安装连接板大部分未拆除,见图6所示。盆式支座类似安装病害是普遍现象,许多桥梁在通车后,正常养护检查时才发现多数盆式支座的安装连接板未拆除,支座上压板被压弯,连接板被拉弯或拉断。

对于盆式支座连接板未拆除

盆式支座出现上述病害,是由于安装连接板未拆除,导致成桥后支座不能自由滑动所致。盆式支座的橡胶体安装在钢盆内,一般检测时,不检测内部橡胶层,只是检测钢盆的竖向和径向变形以及活动支座的滑板水平摩擦系数。养护检查时发现,不少桥梁的盆式支座由于橡胶体的竖向压缩变形大,支座的上压板完全作用在钢盆壁上,而失去橡胶支座的功能和作用,对梁体受力十分不利。所以近几年,发现梁体普遍出现裂缝病害,与支座病害也有密切关系。出现上述内容,主要是橡胶配料存在不当或掺加再生胶,导致胶料压缩变形过大所致。

桥梁板式橡胶支座由多层橡胶片与薄钢板硫化、粘合而成,它有足够的竖向钢度,能将上部构造的反力可靠的传递给墩台;有良好的弹性,以适应梁端的转动;又有较大的剪切变形能力,以满足上部构造的水平位移。在上述的板式橡胶支座表面粘复一层1.5mm-3mm的聚四氟乙烯板,就制作成聚四氟乙烯滑板式橡胶支座。它除了竖向钢度与弹性变形,能承受垂直荷载及适应梁端转动外,因聚四氟乙烯板的低摩擦系数,可使粱端在四氟板表面自由滑动,水平位移不受限制;特别适宜中、小荷载,大位移量的桥梁使用。板式橡胶支座不仅技术性能优良,还具有构造简单、价格低廉、无需养护、易于更换、缓冲隔震、建筑高度低等优点。