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应用研究
桥梁支座更换设计中支座应力的取值探讨
吴瑞铭
(兴化市兴水劫测设计院,江苏泰州225700)
摘要:普通橡胶支座的设计压应力应当与形状系数与抗剪弾性模量建立联系。设计者应根湣实际负载设计并根据疫劳强
度储备来确定普通槔胶支座的设计应カ,适当降低设计应力水平,确保有足够的疲劳强度储备。原桥规J23-85中对支
座设计条文的规定是科学合理的,建议对现行支座产品标准和现行桥梁设计规范要尽快修改和完善
关键词:桥梁エ程;橡胶支座;承载力;强度备;支座病害
中图分类号:U43.36文献标志码:A文章编号:1674-.3024(2014)8-2.38-(02
前言
支座更换方案设计及施工的时候,有可能会出现需要更
换不一样的时期按不一样的标准规范设计的公路桥梁支座,
不同吋期支座病害程度和病害成因不尽相同、差別较大。对
此文章分别介绍了不同时期公路桥梁支座产品标准和设计
存在的主要问题,及支座承裁能力和强度储备的概念。
1板式橡胶支座的承载力与强度储备
图1支座内部损失图
2.2支座的疲劳应力
普通橡胶支座(曾称板式橡胶支座)由均匀分布的多层橡
图2为1985年-2004年我国交通部行业标淮关于许用应
胶层与多层钢板的番合休组合构成,是利川胶层在一定范围内力取值的变化。规范JUJ023-85中规定:当S>8时,许用
的弹性变形(横向膨胀变形)来承担和传递动、静荷裁及变形。应力a」=10Mm;当5≤S≤8时,许用应o」=7.0~9.0
加劲钢板的约東使得胶层横向变形减少,提高了支座的竖向承 N/mm.IT/I493中规定:许用应力o]j=12.5N/mm(同形),
载能力和刚度,日不影响其剪切变形,其约束效应山形状系数许用应力o]j=10Nimm2(矩形)。修订后的现行标准JTT4
S确定。形状系数和胶层的剪切模量C共同决定了普通橡胶支-2004和现行桥涵设计规范JTGD62-2004规定:橡胶支
座的力学性能和承载力。文献研究表明,橡胶与钢板连接面边座的许用应力取10Nmm2
缘处的局部应变集中系数最大,其剪应变集中系数与宏观剪应
30
ー临界瘦劳应力上限
变呈近似线性关系。当宏观剪应变为60%时,应变集中系数高
一临界劳应力下限
达10倍。对于普通橡胶支座的承载力和安全储各,规范JT/I4
一许用应力(2001年
2004要求支座检测时,试验力达到70MPa时,橡胶层未被
挤坏,中间层钢板未断袈,即支座极限抗压强度为≥70MPa
ー许用应力(93年
规范 ITGI62-2004规定支座设计应力取值为10MPa
许用应力(85年
2支座设计应力取值
一-0定的最大设计应力
形状系数方
2.1支座疲劳应力
图2许用应力规定的变化
根据现行规范、JTGD62-2(04和JI/I4-2004(及J"I4
由图2可见,当支座形状系数小于8时,部分规格橡胶
93)判定支座极限抗压堀度满足要求时,并不表明支座有支座的设计应力已接近甚至大于支座的疲劳应力临界限值。
7倍安全储备。支座极限抗压强度试验表明,尽管支座检测定义支座的疲劳应カ(oT)临界值与许用应カr取值的比
试验力达到70MPa时,中间层钢板末断裂,但此时支座钢板值为强度储各。随着形状系数(S)的减小,橡胶支座的承
已进入塑性变形阶段,支座内部橡胶与钢板的结合部位已发载能力和强度储备系数均同步下降,见图3。当S≤7时,根
生剥离,钢板的塑性变形可达20%~30%。普通橡胶支座疲据Jmr4-93标准生产的圆形板式橡胶支座已无强度储备
劳应力(oT)关系表达式为
强度储备值小于1。此时,在长期载荷和周期载荷的作用下,
圆形0-=4
￥
橡胶支座的表面和内部均有可能荫生裂纹
steed A(关)
JI4-2004
矩形o1=2yx2ESE
JTJ023-85
Q22762,2
式中:E为支座的弹性模量;S为支座的形状系数;Ta
T493
为胶层的撕裂能;D为支座的直径;L为支座的边长。普通
签1.0
橡胶支座的疲劳应力(oT)临界值与剪切模量和形状系数
紧密关联。当普通橡胶支座的压应力大于疲劳应力临界值
时,并在周期性裁荷下即将萌生裂纹并扩展。外部裂纹常萌
0.5
生于胶层外鼓部位的表面,内部裂纹常荫生于胶层与钢板的
结合部,图1为支座极限抗压强度试验后其内部损伤状态。
形状系数方
图3强度储备与形状系数的关系曲线
238建筑建材装饰
014年第8
应用研究
3支座更换时的选用与设计
参数
在支座更换设计时,应首先査明待换支座的桥梁是哪个
(3)建议规范普通橡胶支座产品的标识,应标明普通
年代设计和建造的,病害原因和病害程度。如果原设汁是姿橡胶支座的内部结构信息,如胶层厚度、钢板厚度和层数、
JTT4-93标准规定的允许应力选用或设计的圆形支座,应ル状系数、允许承压力和转动能力。
按现行标准规炷的允许应力进行设计变更;对形状系数小于
桥梁橡胶支座在我国已大规模使用多年,支座病害逐年
增多。不同时期支座的设计采用的技术标准要求不同,其设
储备值大于1。尤其是19世纪90年代中期按上海市产品标计应力取值不同,在进行支座更换时必须了解其承载能力和
准生产和大量使用的球冠橡胶支座,存在问题较多,2004年
强度储备,此外有些品种的支座因其固有缺陷已被禁用或停
已淘汰使用。若损坏应史换为相应规格的板式橡胶支座并产。为规范和解决梁体安全顶升和支座安全更换施工流程
好梁底调平处理,必要时可按原桥规JJ023-85进行支座设不损伤桥梁结构、保证支座更换工程质量与安全,本文结合
计或选用。
江苏省地方标准《公路桥梁橡胶支座更换技术规程》的编制
发布,对桥梁支座更换设计的关键技术之一一支座设计应力
4结语
的取值进行探讨。
公路桥梁橡胶支座更换技术规程》作为我国部公路参考文献:
桥梁支座更换技术地方规范,其颁布实施标志着我国公路桥
梁支座更换找术步入一个规范作的阶段
1D)B32/12173-2012公路侨梁橡胶支座吏换技术规程
(1)原桥规JJ023-85中支座设计条文规定是科学合S
[2]黄跃平,胥明,章雯,等.板式橡胶支座使用中常见
理的,现行桥规应修改和完善试验研究表切,普通橡胶支座损伤与防治J.世界橡胶工业,2006(12
的临界疲劳立力与形状系数、抗剪惮性模最及胶料的批断伸
长率密切相关。依现行规范规定许用应力统一10MPa,对形
L3JTI4-2004公路桥梁板式像胶支座
[4TGD62-2004公路钢筋混凝士及预应力混凝上桥涵
状系数小于8的橡胶支座是不适合的,将导致强度储备不足。设计规范阿
2)普通橡胶支座一且安装,更换将非常困难,并承
受和传递梁体荷载,适应梁体的转动和位移。因此,应强化
「5lJT4-93公路桥梁板式橡胶支座S
[6]T.023-85公路钢筋混凝土及预成力混凝土桥涵设
对普通橡胶支座设计应力取值合理性的认识,建立正确的强计规范]
度储备概念,严格控制支座的蝨度储各。建议设计人员进行
「7黄跃半,胥明,周明华.公路桥梁板式橡胶支座设计
普通橡胶支座设计时,在设计图中应注明普通橡胶支座的规理念与局部总应变