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隨著橋梁建設的飛速發(fā)展和荷載等級的不斷提高, 支座也被廣泛地使用于橋梁中, 同時也出現(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, 需要通過科學手段、方法加以診斷、評價。
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。其作用主要有三個方面:一是將上部構(gòu)造恒載和活載可靠地傳遞給墩臺,并同時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；三是阻抗風力、地震波等引起的結(jié)構(gòu)平移,減輕震動對結(jié)構(gòu)的不利影響。在我國,橡膠支座技術(shù)相當成熟,因其性能可靠、結(jié)構(gòu)簡單、安裝和使用方便、造價較低,可以吸收部分振動,減小活載對橋梁結(jié)構(gòu)及墩臺的沖擊,具有減振、抗震和大變形量等特點,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,可能會使上部構(gòu)造受力不均,對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。支座脫空產(chǎn)生的原因主要是:
1.墩臺頂支座墊石標高控制不當。
2.梁體預制時梁端三角楔型塊不平, 尤其是斜交板梁較難控制。
3.墊石強度過低, 受壓后墊石破碎, 引起脫空。
4.支座安裝溫度選擇不當, 安裝時氣溫過高或過低, 后期梁體伸縮過大導致支座出現(xiàn)難以恢復的縱向一側(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, 應該在支座安裝時進行校核, 如墊石位置有較小偏差, 可采用環(huán)氧砂漿進行調(diào)整, 如偏差過大, 應重新澆筑墊石。
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)量兩方面原因。支座本身質(zhì)量問題是指支座抗壓彈模或抗剪彈模不符合質(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荷載下的豎向變形, 而各種結(jié)構(gòu)對豎向變形的適應性不同, 過大的豎向變形可能對連續(xù)梁等上部構(gòu)造產(chǎn)生極為不利的附加內(nèi)力, 有時與下部構(gòu)造的豎向位移疊加后總位移可能超出設計控制范圍, 導致結(jié)構(gòu)的破壞。支座安裝時也會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, 長時間過大變形將加速橡膠老化, 會降低支座使用壽命。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致個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、徐變和汽車制動力的作用引起過大剪切變形。
3.橋梁縱坡設計過大導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, 適當抬起梁的一端使支座恢復形狀后再落梁。
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)量兩種原因引起, 從調(diào)查檢測來看, 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, 要加強支座進場前檢驗。支座安裝方面暴露問題較多, 主要有:
1.由于標高控制不嚴而產(chǎn)生的支座偏壓局部脫空;
2.支座安裝時四氟板表面未清洗, 在安裝時儲油槽內(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)有混凝土殘渣, 使得表面滑動系數(shù)不符合要求而產(chǎn)生過大的剪切變形, 加劇對支座橡膠層的破壞, 降低支座使用壽命影響。此外, 還增加對梁體的約束, 對結(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.設置位置選擇不當;
(3)盆式支座: 由于目前一般檢測機構(gòu)缺乏盆式支座力學指標的檢測能力, 而且, 由于價格較昂貴, 很少進行支座分解檢測, 支座內(nèi)在質(zhì)量上仍缺乏有效監(jiān)控手段。在實際中只能對支座外觀進行檢查,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造成。
(5)設計方面: 支座設計原則上應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, 在設計上保證了支座受力范圍的合理性。但有的設計中也存在一定問題, 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)長過大, 對支座受力不利, 建議適當控制聯(lián)長, 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布設在上坡一側(cè)聯(lián)端, 且盡量保證水平設置, 主要是為了避免梁體向下坡一端爬行而對伸縮縫產(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.彎橋設計時應注意支座類型的選擇, 為了適應梁體受力、變形的要求, 減少附加內(nèi)力, 一般布設多向活動支座, 固定支座的布設應根據(jù)結(jié)構(gòu)分析慎重選擇;
4.對于獨柱墩橋梁, 近年來由于支座問題影響較大而都趨于采用獨柱雙支座形式, 這雖然避免了支座橫向偏位引起的問題, 但在設計時還應進一步細化。對于寬橋和彎橋獨柱墩, 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, 但應綜合考慮病害情況、結(jié)構(gòu)形式和處理條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, 對由于支座引起的對結(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, 有時受施工空間、結(jié)構(gòu)等條件限制, 很難實行。一般有幾種方式:
(1)設置臨時承重結(jié)構(gòu)作為平臺;
(2)利用原有墩臺作為基礎加設支撐作為平臺;
(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)護和施工過程中解決支座問題最長用的方法。
5.2 灌漿處理
對于脫空病害, 可采用灌注環(huán)氧砂漿等進行填充密實, 提高支座受力的均勻性。近年來, 也有用特殊的高強度專用灌注膠進行脫空支座的修補, 但耐久性和腐蝕性還有待驗證。
5.3 增加支座處理
對于橋梁個別支座出現(xiàn)嚴重質(zhì)量問題, 但又難以實施更換時, 可以考慮與上述方法結(jié)合, 在原支座邊增設所需規(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
(1)采用頂升法時, 要認真做好測量、觀察、記錄工作。要準確計算出原支座和現(xiàn)支座的高度差,保證頂升的同步性。
(2)采用頂升施工時, 應盡量縮短支座更換的時間。
(3)頂升施工時宜采用多頂小力多點布設的方法, 一是為確保安全, 二是減小對梁體集中受力過大而產(chǎn)生不利影響。
(4)施工時盡量減少橋面荷載, 對實施處理的橋梁應封閉交通。
(5)如采用搭設支撐平臺的方案, 必須對地質(zhì)情況、墩臺受力條件等進行調(diào)查和驗算。
(6)必要時對上部結(jié)構(gòu)進行演算, 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注意對原有其他病害的監(jiān)測。
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