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隨著橋梁建設(shè)的飛速發(fā)展和荷載等級(jí)的不斷提高, 支座也被廣泛地使用于橋梁中, 同時(shí)也出現(xiàn)了支座使用、安裝和耐久性問題等等, 這些問題都是影響結(jié)構(gòu)安全性和耐久性的重要因素, 需要通過科學(xué)手段、方法加以診斷、評(píng)價(jià)。
支座是橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分,直接影響橋梁的使用壽命和結(jié)構(gòu)安全。其作用主要有三個(gè)方面:一是將上部構(gòu)造恒載和活載可靠地傳遞給墩臺(tái),并同時(shí)承受由荷載引起的結(jié)構(gòu)端部水平位移、轉(zhuǎn)角等變形；二是適應(yīng)由于溫度、濕度等環(huán)境變化引起的結(jié)構(gòu)脹縮變形；三是阻抗風(fēng)力、地震波等引起的結(jié)構(gòu)平移,減輕震動(dòng)對(duì)結(jié)構(gòu)的不利影響。在我國(guó),橡膠支座技術(shù)相當(dāng)成熟,因其性能可靠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、安裝和使用方便、造價(jià)較低,可以吸收部分振動(dòng),減小活載對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)及墩臺(tái)的沖擊,具有減振、抗震和大變形量等特點(diǎn),已基本取代了剛性支座,目前橋梁支座主要采用板式橡膠支座和盆式支座,尤以板式橡膠支座應(yīng)用最為廣泛。目前,橡膠支座在產(chǎn)品質(zhì)量和使用上存在較多隱患,對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)安全性和耐久性影響很大,必須引起高度重視。
一.支座脫空
支座脫空是目前支座安裝上存在最普遍和嚴(yán)重的質(zhì)量問題之一,主要是由于支座底部砂漿墊塊開裂松散及墩臺(tái)頂面不平造成的底面局部脫空,頂部完全脫空、局部脫空及支座的缺失。某個(gè)支座脫空將造成其他支座受力過大,影響支座的耐久性,此外,可能會(huì)使上部構(gòu)造受力不均,對(duì)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。支座脫空產(chǎn)生的原因主要是:
1.墩臺(tái)頂支座墊石標(biāo)高控制不當(dāng)。
2.梁體預(yù)制時(shí)梁端三角楔型塊不平, 尤其是斜交板梁較難控制。
3.墊石強(qiáng)度過低, 受壓后墊石破碎, 引起脫空。
4.支座安裝溫度選擇不當(dāng), 安裝時(shí)氣溫過高或過低, 后期梁體伸縮過大導(dǎo)致支座出現(xiàn)難以恢復(fù)的縱向一側(cè)較明顯的半脫空。
二.支座偏位
支座偏位是目前支座安裝上存在最普遍的問題,分為縱向偏位和橫向偏位, 嚴(yán)重的支座偏位將造成支座不均勻受力、梁體受力附加內(nèi)力過大等病害。支座偏位產(chǎn)生的原因主要是支座或墊石放樣不準(zhǔn), 應(yīng)該在支座安裝時(shí)進(jìn)行校核, 如墊石位置有較小偏差, 可采用環(huán)氧砂漿進(jìn)行調(diào)整, 如偏差過大, 應(yīng)重新澆筑墊石。
三.支座變形過大
支座變形是指壓縮變形和剪切變形, 變形過大有支座本身質(zhì)量和安裝質(zhì)量?jī)煞矫嬖颉Ｖё旧碣|(zhì)量問題是指支座抗壓彈?；蚩辜魪椖２环腺|(zhì)量要求,與支座生產(chǎn)質(zhì)量有關(guān)。抗壓彈性模量大小主要影響支座在各級(jí)荷載下的豎向變形, 而各種結(jié)構(gòu)對(duì)豎向變形的適應(yīng)性不同, 過大的豎向變形可能對(duì)連續(xù)梁等上部構(gòu)造產(chǎn)生極為不利的附加內(nèi)力, 有時(shí)與下部構(gòu)造的豎向位移疊加后總位移可能超出設(shè)計(jì)控制范圍, 導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。支座安裝時(shí)也會(huì)引起支座初始變形過大,從耐久性來說是不好的, 剪切變形越大越不好, 長(zhǎng)時(shí)間過大變形將加速橡膠老化, 會(huì)降低支座使用壽命。過大的變形產(chǎn)生原因主要有：
1.由于同一梁體有的支座完全脫空導(dǎo)致個(gè)別支座受力過大而引起初始變形過大。
2.安裝溫度過高、過低, 隨環(huán)境溫度變化、混凝土脹縮、徐變和汽車制動(dòng)力的作用引起過大剪切變形。
3.橋梁縱坡設(shè)計(jì)過大導(dǎo)致縱向剪切變形過大。
避免措施：
1.梁體安裝前檢查支座墊石標(biāo)高, 避免支座脫空。
2.選擇適宜的安裝溫度, 一般最好為年平均氣溫; 落梁后檢查支座初始變形情況, 如變形過大, 適當(dāng)抬起梁的一端使支座恢復(fù)形狀后再落梁。
3.盡量避免過大縱坡。
四.其他病害
除前述三種常見病害外, 其他病害主要有:
(1).支座破裂和側(cè)面波紋狀凹凸, 原因有:
1.支座本身質(zhì)量原因, 極限抗壓強(qiáng)度不夠。
2.由于支座安裝質(zhì)量較差引起。
(2)四氟滑板支座病害: 該類支座病害也有支座本身質(zhì)量和安裝質(zhì)量?jī)煞N原因引起, 從調(diào)查檢測(cè)來看, 具體病害原因較多, 但主要原因有: 支座本身質(zhì)量問題表現(xiàn)最多的是四氟板與橡膠層的脫離, 四氟板表面不平整, 這可能與支座膠量和加工工藝有關(guān)。為了避免此類病害, 要加強(qiáng)支座進(jìn)場(chǎng)前檢驗(yàn)。支座安裝方面暴露問題較多, 主要有:
1.由于標(biāo)高控制不嚴(yán)而產(chǎn)生的支座偏壓局部脫空;
2.支座安裝時(shí)四氟板表面未清洗, 在安裝時(shí)儲(chǔ)油槽內(nèi)未注入硅脂油, 表面有砂粒等雜物, 更有甚者四氟板表面粘結(jié)有混凝土殘?jiān)? 使得表面滑動(dòng)系數(shù)不符合要求而產(chǎn)生過大的剪切變形, 加劇對(duì)支座橡膠層的破壞, 降低支座使用壽命影響。此外, 還增加對(duì)梁體的約束, 對(duì)結(jié)構(gòu)受力產(chǎn)生不利影響。
3.接觸條件不符合要求;
4.四氟板支座倒置, 不符合規(guī)范要求;
5.設(shè)置位置選擇不當(dāng);
(3)盆式支座: 由于目前一般檢測(cè)機(jī)構(gòu)缺乏盆式支座力學(xué)指標(biāo)的檢測(cè)能力, 而且, 由于價(jià)格較昂貴, 很少進(jìn)行支座分解檢測(cè), 支座內(nèi)在質(zhì)量上仍缺乏有效監(jiān)控手段。在實(shí)際中只能對(duì)支座外觀進(jìn)行檢查,支座本身質(zhì)量問題較為常見的是部件之間的配合公差過大, 影響支座耐久性和功能發(fā)揮。
(4)支座非正常約束: 這與支座本身質(zhì)量無關(guān),主要是施工過程處理不當(dāng)造成。
(5)設(shè)計(jì)方面: 支座設(shè)計(jì)原則上應(yīng)考慮支座的過早損壞和使用壽命, 保證梁體縱橫向的變形要求,減少附加內(nèi)力。就支座承載能力而言, 支座反力大于200 kn 的基本都選擇采用盆式支座, 在設(shè)計(jì)上保證了支座受力范圍的合理性。但有的設(shè)計(jì)中也存在一定問題, 主要問題和建議如下:
1.山區(qū)高速公路縱坡較大路段聯(lián)長(zhǎng)過大, 對(duì)支座受力不利, 建議適當(dāng)控制聯(lián)長(zhǎng), 如無法避免, 可調(diào)整支座規(guī)格。有些山區(qū)公路已發(fā)現(xiàn)普遍的支座變形過大和過早破損現(xiàn)象;
2.考慮橋梁縱坡的影響, 四氟板式橡膠支座滑板支座應(yīng)布設(shè)在上坡一側(cè)聯(lián)端, 且盡量保證水平設(shè)置, 主要是為了避免梁體向下坡一端爬行而對(duì)伸縮縫產(chǎn)生不利影響。該類現(xiàn)象在很多大縱坡橋梁的伸縮縫過早破壞中分析發(fā)現(xiàn);
3.彎橋設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意支座類型的選擇, 為了適應(yīng)梁體受力、變形的要求, 減少附加內(nèi)力, 一般布設(shè)多向活動(dòng)支座, 固定支座的布設(shè)應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)分析慎重選擇;
4.對(duì)于獨(dú)柱墩橋梁, 近年來由于支座問題影響較大而都趨于采用獨(dú)柱雙支座形式, 這雖然避免了支座橫向偏位引起的問題, 但在設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)進(jìn)一步細(xì)化。對(duì)于寬橋和彎橋獨(dú)柱墩, 可能支座間距仍然不能滿足上部構(gòu)造橫向受力要求, 必要時(shí)根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求, 同一墩可以選取不同規(guī)格支座。
五.支座病害處理常規(guī)方法介紹
支座病害處理的方法很多, 但應(yīng)綜合考慮病害情況、結(jié)構(gòu)形式和處理?xiàng)l件等因素合理選擇處理方案,常規(guī)處理方法主要有以下幾類:
5.1 更換處理
這是一種解決病害較徹底的辦法, 對(duì)由于支座引起的對(duì)結(jié)構(gòu)的影響和支座耐久性存在問題可較好解決。支座更換通常需要頂梁, 工程量較大, 有時(shí)受施工空間、結(jié)構(gòu)等條件限制, 很難實(shí)行。一般有幾種方式:
(1)設(shè)置臨時(shí)承重結(jié)構(gòu)作為平臺(tái);
(2)利用原有墩臺(tái)作為基礎(chǔ)加設(shè)支撐作為平臺(tái);
(3)超薄千斤頂;
(4)利用相鄰跨作為支撐在橋面起吊提梁;
(5)加墊鋼板處理
這是目前橋梁養(yǎng)護(hù)和施工過程中解決支座問題最長(zhǎng)用的方法。
5.2 灌漿處理
對(duì)于脫空病害, 可采用灌注環(huán)氧砂漿等進(jìn)行填充密實(shí), 提高支座受力的均勻性。近年來, 也有用特殊的高強(qiáng)度專用灌注膠進(jìn)行脫空支座的修補(bǔ), 但耐久性和腐蝕性還有待驗(yàn)證。
5.3 增加支座處理
對(duì)于橋梁個(gè)別支座出現(xiàn)嚴(yán)重質(zhì)量問題, 但又難以實(shí)施更換時(shí), 可以考慮與上述方法結(jié)合, 在原支座邊增設(shè)所需規(guī)格支座, 改善梁體和原支座的受力性能。
六.支座病害處理其他注意事項(xiàng)
(1)采用頂升法時(shí), 要認(rèn)真做好測(cè)量、觀察、記錄工作。要準(zhǔn)確計(jì)算出原支座和現(xiàn)支座的高度差,保證頂升的同步性。
(2)采用頂升施工時(shí), 應(yīng)盡量縮短支座更換的時(shí)間。
(3)頂升施工時(shí)宜采用多頂小力多點(diǎn)布設(shè)的方法, 一是為確保安全, 二是減小對(duì)梁體集中受力過大而產(chǎn)生不利影響。
(4)施工時(shí)盡量減少橋面荷載, 對(duì)實(shí)施處理的橋梁應(yīng)封閉交通。
(5)如采用搭設(shè)支撐平臺(tái)的方案, 必須對(duì)地質(zhì)情況、墩臺(tái)受力條件等進(jìn)行調(diào)查和驗(yàn)算。
(6)必要時(shí)對(duì)上部結(jié)構(gòu)進(jìn)行演算, 尤其是連續(xù)結(jié)構(gòu), 避免引起上部構(gòu)在附加內(nèi)力過大而引起破壞。
(7)由于橋梁本身可能存在其他病害, 在支座更換過程中應(yīng)注意對(duì)原有其他病害的監(jiān)測(cè)。
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