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北京桥梁板式支座病害支座的修复和防治

桥梁橡胶支座  2020/10/30 10:50:54  15162
内容摘要:桥梁北京板式支座具有吸收部分振动、减小活载对桥梁结构及墩台的冲击、抗震和大变形量等特点,且结构简单、安装和使用方便、造价较低,在桥梁的应用中最为广泛。支座是桥梁结构的重要组成部分,是结构的实际受力情况与计...
桥梁北京板式支座具有吸收部分振动、减小活载对桥梁结构及墩台的冲击、抗震和大变形量等特点,且结构简单、安装和使用方便、造价较低,在桥梁的应用中最为广泛。支座是桥梁结构的重要组成部分,
是结构的实际受力情况与计算简图相符合的重要保障,它的好坏直接影响桥梁的结构安全和使用寿命。近年来,关于桥梁桥梁板式支座相关病害及防治的研究很多,针对桥梁下部结构变形、上部板梁受力特性及施工等原因对桥梁板式支座脱空病害进行了分析,并提出改进三支座空心板技术的处治方法。
1、桥梁板式支座的主要病害和原因分析
1.1主要病害
根据桥梁板式支座病害特征,病害可分为两大类:第一类是支座因受力导致自身形体产生缺陷,包括支座胶体开裂、鼓凸变形(均匀鼓凸、不均匀鼓凸)、剪切变形;第二类是支座本身形体未发生变化(或在正常的变化范围内),但其效应部分丧失或已完全丧失,使桥梁具有潜在的受损危险,是一种等同损坏的病害,包括支座完全脱空、局部脱空、错位、丢失、支座周围有杂物填塞、支座垫石破损、垫石与梁体直接接触等。
桥梁板式支座产生病害的原因如下:支座安装施工时的疏忽、桥梁上部结构设计考虑不周全、支座选型不当、支座自身质量缺陷、超载运营及养护维修不到位等。
从表1可以看出:
(1)第一类病害多发生在上部结构为大跨径的T形梁桥,上部结构为空心板结构和跨径不大于16m的T形梁桥基本上没有此类病害的支座。这一点与2007年检测的中、小型桥梁的结果相同。
(2)产生第一类病害支座的概率与支座型号、T形梁的跨径有关。同型号的支座,上部结构跨径越大,出现第一类病害的支座越多;相同上部结构,支座面积越小,出现第一类病害的支座越多。
(3)第二类病害支座,支座脱空多出现在板梁结构的桥梁,其他病害多为施工及养护管理不当所造成。

从现场实地调研情况,发现同一种病害的支座往往集中出现在同一座桥梁或桥跨上,且支座病害具有相同的体貌特征。

桥梁板式支座

1.2病害原因分析
1.2.1剪切变形
剪切变形是由于外力使梁底与垫石发生相对位移,两者对支座上、下两面产生大小相等、方向相反的摩擦力,使支座截面变成有一定角度的平行四边形。此类变形多发生在桥梁的长下坡段和弯道段,并呈现明显的外部特征。这类病害在平直的桥梁上鲜有出现,而山区桥梁长坡道及弯道较多,这一点是山区北京桥梁支座病害的显著特征。梁体在设计制作过程中,对坡度考虑不足、施工期间对支座垫石的标高和水平度控制不到位、运营期间墩台的不均匀沉降以及梁体在振动过程中产生位移等都能使支座发生剪切变形。
支座支撑面倾斜,就必然要承受由梁体及其上部载荷作用引起的平行于支撑面方向的力。目前,重车超载现象比较严重,且重车“上坡加速、下坡减速”的行驶规律在以往的设计中经常被忽视。加之重车加速行驶过程中的振动,使剪切力超过支座自身承载能力,导致支座剪切变形。
1.2.2鼓凸变形病害分析
鼓凸变形由垂直于支座顶面的压力作用引起,分均匀鼓凸变形和不均匀鼓凸变形2种。此类病害多发生在平直的桥段。均匀鼓凸变形是支座整体均匀受力变形,是支座自身承载能力不能满足现行载荷要求所致。此类病害与施工和梁体设计关系不大,主要是由支座本身质量、选型不当和超载营运等因素引起。不均匀鼓凸变形是支座不均匀受力导致的局部鼓凸变形。现场调查此类病害共同的特点是T梁底面与垫石顶面有一定的夹角,先造成局部脱空,支座局部受力过大导致鼓凸变形。此类病害主要是在施工阶段由T梁预制时对梁体变形控制不够、对支座垫石水平度及标高控制不到位等造成。
1.2.3支座胶体开裂病害分析
桥梁板式支座胶体极限抗压(抗剪)能力不能满足现行载荷要求或长时间超负荷抗压(抗剪),使支座胶体疲劳老化,最终导致开裂。多数支座的开裂都是由鼓凸变形、剪切变形引起的,也有由胶体老化引起的。具体原因可由支座胶体开裂的裂纹、裂缝以及形变特征进行判断。
1.2.4支座局部脱空病害分析
桥梁板式支座局部脱空一般有2种情况:一种是梁底与垫石发生相对位移引起局部脱空,这种情况将会导致支座剪切变形;另一种是梁底与垫石顶面不平形、有较大夹角,使支座一端脱、另一端集中受力,进而导致不均匀鼓凸变形。桥梁板式支座局部脱空的潜在危害很大,它的受力不均将会使支座胶体发生不均匀鼓凸变形、剪切变形,最终导致开裂。
1.2.5支座完全脱空病害分析
此类病害现场调研统计结果与文献中“支座脱空几乎都发生在斜交桥上,且近90%在钝角处”相符合。支座完全脱空主要发生在上部结构为板梁结构的桥跨。主要是因为板底不平整、垫石高度控制不够,加上施工管理疏忽,又没有采取相应的补救措施,最终导致支座完全脱空。整体现浇空心板出现支座完全脱空的现象也比较普遍,因其宽度大,单侧支撑的支座数量比较多,施工控制难度相对比较大。T梁单侧一般只由一个支座支撑,所以正常情况下不会出现完全脱空现象。
1.2.6其他病害
桥梁板式支座错位和缺失也是一种比较常见的病害,一般发生在上部结构为板梁结构的桥梁,它将直接导致上部结构的受力不均衡,产生扭矩,严重的会导致梁体纵向开裂。支座垫石破损会造成支座局部脱空。此种病害主要是由支座垫石强度不够所造成,也有部分是在更换支座过程中所采用的施工措施不当,使支座垫石破损。支座胶体高度不够,影响支座在水平面上的有效变形。支座周围有杂物填充、梁体直接与支座垫石接触,严重影响了支座对桥梁抗震的保护作用,使原设计结构计算中边界条件发生根本性改变,结构处于危险状态。这些病害主要是施工管理措施不当、施工队伍和监理人员技术水平与职业操守欠缺的共同结果。
2、病害支座的修复和防治
更换已经损坏和不能正常工作的支座,调整发生错位、剪切变形等支座的位置,清理支座周围杂物。文献中提出“余弦逐波顶升”的方法来进行支座的更换;提出加配重、调整支座垫板厚度对支座进行有效更换的方案。对梁底钢板不成水平面的,应在梁底按水平面新增一块钢板,钢板与梁底采用强度等级较高的结构胶进行压力灌注粘结。造成桥梁板式支座病害的原因很复杂,从梁体设计、选型、采购及整个施工过程,每个环节都要注意。
(1)设计方面要重视山区桥梁长坡道与弯道较多的特性。梁体设计时,要充分考虑因墩台沉降、梁体预应力张拉变形、安装等可能影响支座支撑面水平度的问题;要留有足够大的空间,用以安装可能选用的最大型号支座;支座型号的选择,要考虑支座所处位置的特殊性,对平直段、弯道段、长坡道段桥梁应区别对待。需要进一步对弯道及长坡道桥梁支座的设计进行研究,使之能够更好地避免梁体与垫石间发生相对位移而产生支座的剪切变形。
(2)施工过程中,对梁体两端支座垫石高度和支撑面水平度的控制,是关系支座日后能否长久使用的技术关键。施工方要提高现场管理人员及施工操作人员的职业道德修养和技术水平,严格按要求施工。设计中出现的缺陷,如果在施工过程中能尽早发现并采取补救措施,完全可以弥补。
(3)加强日常养护,严禁超载运营。对发生病害的支座要分析其原因,有目的地对不合格支座进行更换,采购合格的产品。
(4)在桥梁板式支座自身设计方面,支座材料应进一步提高与革新,文献[10]中对北京铅芯橡胶支座的减隔振性能进行了研究,可以针对减轻车辆通过时的振动进行研究,以减少因车辆振动引起的梁体移动;在结构形式方面,可以研究并设计一种如同码头的橡胶护舷一样,当受力达到设计值时,变形在一定范围内加大而反力变化不大的结构形式,这样支座就可以在一定范围内调整脱空。
3、结论
(1)同一种病害的支座往往集中出现在同一座桥梁或桥跨上,且支座病害具有相同的体貌特征。
(2)上部结构为T梁结构的桥梁板式支座易出现第一类病害,跨径越大、支座支撑面面积越小,出现第一类病害的概率越大;弯道与长坡段易出现剪切变形病害,这也是山区桥梁支座病害的典型特征;平直桥段易出现因梁体底面与垫石顶面不平行而产生的局部脱空和局部脱空引起的鼓凸变形以及开裂等病害。
(3)上部结构为板梁结构,不易出现第一类病害,易出现完全脱空等非受外力引起的第二类病害。
(4)造成第一类病害的原因比较复杂,在设计中对特殊位置支座要给予充分重视,并在施工以及养护过程中采取措施加以弥补;第二类病害的原因以施工管理不当为主,应在施工过程监管方面予以
重视;重视桥梁定期检测,对问题支座应做到及时发现、及时处理。
(5)影响桥梁板式支座使用的因素很多,要提高其使用寿命,梁体设计、选型、采购及整个施工过程,每个环节都要重视。
(6)支座设计与型号选择,要考虑桥梁板式支座所处位置的特殊性,对平直段、弯道段、长坡道段桥梁应区别对待;需要进一步对弯道及长坡道桥梁支座的支承环境设计进行研究,使之能够更好地避免梁体与垫石间发生相对位移而产生支座的剪切变形;研究新型支座,使之在满足自身承载能力的情况下,在一定范围内可以调整脱空。

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