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5 |
支座设计 |
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5.1 |
介绍 |
303 |
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5.2 |
桥梁支座的类型 |
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5.3 |
适当选择支座 |
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5.4 |
弹性支座的设计 |
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参考 |
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问题 |
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5.1 介绍
支座是公路桥梁中重要且独特的组成部分。它们通常被视为子结构的一部分。然而，这里优选的是，支座的视角与子结构部件不同，因此在本章中将对它们进行单独处理。支座和其他桥梁部件之间的主要区别在于它们适应运动并因此减少了传递的力。因此，当支座失去其适应运动的能力时，需要更换它们以避免可能引起更严重问题的大的和不期望的应力。例如，当支座冻结并且不能根据需要旋转时，会产生额外的弯矩，可能导致混凝土构件受到力矩的影响并因此产生裂缝。这可能随后通过裂缝混凝土引入漏水并加速其他桥梁部件的劣化。当然，有些桥梁不使用支座，例如那些带有所谓的整体基台的支座。如名称所示，整体式桥台桥使用与上部结构整合的基台。结果，由限制运动引起的力，例如由于热膨胀引起的力
5 支座设计
和收缩，通过固体材料转移，不被支座释放。显然，那些没有支座的桥梁的跨度长度需要相对较短，以使诱导力不会变得太大而不能承受。对于相对较长的跨距，这种温度引起的应力可能变得过大，因此支座变得必要。然而，没有支座的桥梁，例如整体式桥台，具有不具有支座的接头的优点。这提供了避免通过接头漏水的优点，特别是对于寒冷气候区域中的桥梁，其中除冰化学品用于增加运输安全性，其也具有腐蚀性和破坏性。
当需要支座时，它们需要满足一些降低要求：
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- 能够在其支撑点处从上部结构传递垂直力
- 由于热效应和其他负载效应，能够适应沿桥的纵轴和/或横轴的水平平移
- 能够适应桥梁横轴的旋转
- 能够确保上部结构与下部结构接触以防止隆起。这种功能可能需要系留系统。
- 桥梁支座的类型
5.2.1 支座类型
根据功能
有许多不同类型的桥梁支座，可能与不同类型的桥梁类似。这些支座使用的机构在适应运动方面可以非常明显，甚至它们的尺寸也可以根据开始支撑的跨度的大小而显着变化。例如，图5.2-1显示了一个约4英寸厚的弹性支座支撑钢梁。图5.2-2显示了更大的对比度支座。图5.2-3展示了一个更大的支座，用于更长的桥跨。另一方面，与那些常用的桥跨类型一样，更常使用一小组支座。第5.3节简要讨论了它们。然后在5.4节中，详细介绍了弹性垫支座的设计，因为它们在过去的三到四十年间在美国已经变得非常流行。它们不仅用于新桥，而且通常是桥梁修复工程中支座更换的首选。
根据其功能，支座可分为膨胀支座和固定支座。通过这些名称，膨胀支座允许上部结构运动而不会产生不希望的应力和/或故障。通常，膨胀支座指的是能够适应桥纵向和竖直平面中的运动的那些支座
图5.2-1
弹性支座支撑钢梁。
图5.2-2
大型导向锅支座（由俄亥俄州北巴尔的摩的DS Brown公司提供）。
被支撑的梁或部件的尺寸。该运动可以包括由于支撑的上部结构的热膨胀和收缩引起的运动以及由于沿着桥的纵向轴线的水平载荷（例如车辆制动力）引起的运动。以下是几个膨胀支座的例子。
膨胀支座
摇臂支座在现有的公路桥梁中通常被视为膨胀支座。图5.2-4中显示了一个示例，支持带有销钉和吊架连接的连续梁。图5.2-5说明了
图5.2-3弹性固定支座，平面面积为
98英寸。158英寸（由DS Brown
提供公司，北巴尔的
摩，OH）。
图5.2-5钢制摇臂
支座的组成和机理。
摇臂支座的机构和部件。底板和支座顶部上的销以及支座底部的销和阀座之间的连接将允许当梁在纵向方向上移动时支座的旋转量。当实际旋转和平移在支座能够容纳的范围内时，支座将满足膨胀（和收缩）的运动要求。
弹性支座（包括增强垫和普通垫）也广泛用作膨胀支座。图5.2-6显示了支撑预应力混凝土I梁的支座，图5.2-7显示了支座承受垂直变形，旋转和平移的机理。弹性体支座最吸引人的特征是它们没有需要维护的可移动部件，例如清洁和/或润滑。结果，它们的安装和更换变得简单，容易且成本低。相比之下，摇杆支座如图所示
混凝土隔膜
预应力混凝土I梁底
法兰
弹性支座
图5.2-6
钢筋弹性支座支撑混凝土梁。
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弹性体 |
弹性体 |
弹性体 |
图5.2-7 |
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弹性支座的机构适应（左）轴向变形， |
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（中间）旋转和（右）平移。 |
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(a) 轴向 |
（b）扶轮社 |
（c）剪 |
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切 |
在图5.2-5中，必须围绕顶部和底部引脚移动。水分会积聚在这些运动部件周围。产生锈蚀并导致支座不能再移动，这被称为“冻结”。受约束的运动导致桥梁的其他部分受到压力而不是设计的正常受力。例如，已经观察到支撑支座的墩由于这种未设计的额外应力而破裂。
值得注意的是，支座制造工艺对于每个支座的尺寸和其部件的相应尺寸都是不一样的。因此，生产线制造不被认为适用于桥梁支座制造，因为尺寸和零件类型的这种广泛变化仅需要用于单个桥梁的几个相同的支座。不需要大批量生产，或者开发生产线来制造一种单一类型的支座太昂贵。
例如，弹性体支座使用在中等压力和高温下硫化一段时间的合成或天然橡胶制成。它们是手动模制的，如图5.2-8所示，支座尺寸相对较小。
对于支座的尺寸，图5.2-8（左）显示了使用铝条或板分隔到正确尺寸的支座的正确空间的模具。根据支座尺寸计算，空间将填充原始弹性体至合适的重量。工作台在图5.2-8（右）中见于车轮上，以方便地滑入炉内进行加压和加热以进行硫化。对于较大的支座，模具可能需要专门制造以满足要求。图5.2-9显示了一个较大的弹性支座，可以接收待支撑的梁。
滑动支座是另一种膨胀支座。根据名称，支座中有一个滑动机构，以适应运动，平移或旋转。对于前者，支座具有平坦的滑动表面。
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用弹性体填 |
烤箱 |
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充的空间 |
模子 |
模子
滑块上的模具
图5.2-8
（左）模具准备;（右）用于硫化弹性体支座的烤箱。
图5.2-9在架设上层建筑之前安装的弹性膨胀支座（图片提供）
DS Brown Company，North
Baltimore，OH）。
对于后者，通常提供球形或圆柱形表面。彼此相对滑动的两个表面使用相似或不同的材料。例如，可以选择青铜与钢材滑动润滑。后来，发现聚四氟乙烯（PTFE）具有非常低的摩擦系数和高的压缩载荷强度，因此非常适合用作桥梁支座的滑动表面。它已广泛取代了滑动支座的其他滑动面。PTFE以杜邦品牌
Teflon而闻名。
固定支座
固定桥梁支座通常指那些限制平移运动但仍能够适应单轴或多轴旋转的支座。下面给出这些支座的几个例子。
钢增强弹性支座可用于扩展和固定功能。这些支座的灵活性为桥梁设计师在选择支座类型时提供了极具吸引力带有限制平移的倾斜系统的弹性支座已被用作固定支座，如图5.2-10所示。
球面支座是指具有用于滑动的凸面的支座。它们通常用作固定支座，同时允许多轴旋转。图5.2-11显示了用作固定支座的滑动支座的球面。请注意四个钢制导板将限制上部结构的平移。
钢销支座是另一种类型的固定支座。一个例子如图5.2-12所示。如图所示，销需要充分润滑
结束加强筋
底部的板块 钢梁
弹性体
钢支承板
锚地
图5.2-10
钢筋弹性支座作为固定支座。
图5.2-11
直径为62的固定支座的凸球面
（由俄亥俄州北巴尔的摩的DS Brown
公司提供）。
因为支座允许旋转或额外的，并且在梁和其他部件中会产生不希望的应力，这在
设计中未被考虑。
5.2.2 支座类型
根据材料
根据所使用的材料，支座被称为钢支座，弹性支座等。如上所述，钢支座既可以是固定支座，也可以是膨胀支座，弹性支座也可以。图5.2-13比较了两者。如图所示，弹性支座更短，因此更稳定。弹性支座也没有钢支座所需的活动部件，这需要（部件）维护。弹性支座（包括非增强弹性垫）在美国桥梁结构中变得越来越流行，特别是对于短桥和中跨公路桥梁。主要原因是
固定
钢支座
钢板梁
码
图5.2-12
钢销支座作为桥墩上的固定支座。
图5.2-13
（左）钢和（右）弹性桥梁支座的对比。
弹性体支座没有需要维护的移动部件。这种优势显然转化为生命周期的较低成本。
有时支座也根据其内部特征材料来提及。例如，玻璃纤维增强弹性垫（在AASHTO规范中缩写为FGP）使用玻璃纤维板代替钢板作为增强材料。棉鸭织物增强弹性垫代表另一个例子（在AASHTO规范中缩写为CDP）。这些支座通常用于较低的垂直反作用力，因此更适合较短的桥跨。
图5.2-14 全文共13262字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料
资料编号：[1501]
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