浅谈盆式橡胶支座安装质量控制

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  【摘要】 目前盆式橡胶支座已经越来越多的应用于各类桥梁工程上,支座安装质量的优劣关系到支座乃至桥梁结构的使用寿命,一旦支座发生破坏,更换困难,且费用极高。在此以盆式橡胶支座的工作原理、位移体系为基础,对其施工安装方法和质量控制进行论述,以期使工程技术人员对盆式橡胶支座安装施工有一个系统的了解,进而掌握盆式橡胶支座安装质量控制的系统方法。
  【关键词】盆式橡胶支座;位移体系;安装质量
  中图分类号:B032.2文献标识码:A
  
  1盆式支座简介
  盆式支座主要用于桥梁结构,具有承载力高、位移量大、安装简便、耐久性好等特点,广泛应用于各类桥梁工程中。
  盆式支座工作原理:利用被封闭在钢制盆腔里的橡胶块在三项受力状态下具有流体的体积不可压缩性的特点,将桥梁上部结构的荷载可靠的传递到墩台上,并实现桥梁梁端的转动;同时依靠聚四氟乙烯板与不锈钢板之间的自由滑移,来适应桥梁上部结构由于气温变化、混凝土徐变收缩等因素引起的水平位移,从而保证桥梁的使用安全。
  1.1盆式支座分类及结构形式
  盆式橡胶支座结构形式均分为单向滑动、双向滑动、固定三种。
  1.1.1固定支座
  固定支座不能发生水平位移,仅能产生竖向转角位移。
  1.1.2单向滑动支座
  单向滑动支座在水平面内只能沿一个方向发生水平位移,同时也能发生竖向转角位移。
  1.1.3双向滑动支座
  双向滑动支座在水平面内可以沿纵、横两个方向进行滑动,且在其中一个方向(一般沿桥梁纵向)滑移量较大,即主滑动方向,同时也能发生竖向转角位移。
  1.2 盆式支座表示方法
  单个盆式橡胶支座的表示方法中包含了支座种类、规格、承载力、最大位移量等信息,以公路桥梁盆式橡胶支座为例(如图1):
  
  
  
  
  图1公路盆式橡胶支座表示方法示意图
  
  2 盆式支座施工安装方法
  2.1盆式橡胶支座位移体系
  以5跨一联的连续梁为例,阐述盆式橡胶支座位移系统。梁体的竖向位移是依靠支座内橡胶板的不均匀压缩来实现的,本文不进行阐述,仅阐述平面位移体系。
  在一联连续梁中,为保证合理位移,必将涉及到前述述三种结构形式支座。一般支座位移体系如图2。
  图2连续梁盆式支座位移体系图
  
  由图6可知,连续梁盆式支座位移体系有如下特征:
  (1)一联梁中有且仅有一个固定支座。
  (2)固定支座所在的横断面上(AB面)其它支座(本图仅一个)为单向支座,且滑动方向沿梁体横向。
  (3)固定支座所在的与梁体纵向中心线平行的断面上(MN面)其它支座均为单向支座,且滑动方向沿梁体纵向。
  (4)除AB面、MN面上的支座外其它支座全部为双向支座,且主滑动方向沿梁体纵向(本图中双向支座未显示出主滑动方向)。
  (5)梁体位移情况:固定支座对应的点不能发生位移;梁体在轴AB和轴MN确定的平面上,AB轴上的点只能沿AB轴发生位移;MN轴上的点只能在MN轴上发生位移;其它点能够同时向两个方向发生位移。这样就保证了整个梁体以固定支座为基准点的位移体系,能够满足梁体在使用过程中的位移需要。
  2.2施工安装方法
  2.2.1安装程序
  测量放线→施工准备→支座安装就位→螺栓锚固
  2.2.2施工安装方法
  (1)测量放线
  用全站仪精确放出支座中心线,并放出护桩,准确弹出支座中心十字线,十字线长度要大于支座长宽。将支座下钢板分中并做好标记。
  (2)施工准备
  A:核对支座型号:根据厂家提供的支座参数、设计图纸给定的支座规格、结构形式进行核对。不能够只通过查验支座铭牌核对,要用钢尺测量支座上下钢板尺寸、支座总高来确定支座规格型号,对照设计和厂家提供的参数来确定结构形式(固定、单向或双向)。支座型号核对无误后在其上标记好安装墩位和安装方向备用。
  B:墩顶找平和凿毛
  盆式支座安装必须保证水平,因此墩顶必须进行找平,找平可用高强度水泥砂浆(砂浆强度不低于垫石混凝土强度)或环氧树脂砂浆。
  为保证找平层与墩顶连接良好,找平前需将墩顶凿毛清除表层浮浆和杂物,然要铺设找平砂浆层,砂浆顶面用水平尺控制水平程度,厚度不宜超过2cm,也不宜低于1cm。
  C:地脚螺栓孔清理和整修
  盆式橡胶支座一般采用地脚螺栓与墩顶锚固,螺栓孔一般在墩身混凝土浇注时进行预留。安装支座前要核对锚栓孔位置、深度是否满足要求,孔内是否有积水或杂物,不满足要求时要进行整修和清理。
  (3)支座安装就位
  在墩顶四周搭设临时支架,用手拉葫芦提升支座就位。支座提升一定高度后,将地脚螺栓与支座下钢板连接紧固。就位时使地脚螺栓各自对准预留孔。支座就位前使找平砂浆处于塑性状态,就位后用水平尺检查顶面水平程度,有偏差时通过皮锤敲击支座顶面压缩找平砂浆层进行调整。就位后检查墩顶十字线与支座下钢板分中标记是否重合,不重合时进行调整以保证支座轴线准确。
  (4)螺栓锚固
  支座安装就位、轴线、水平程度检查合格后锚固地脚螺栓。地脚螺栓锚固可采用水泥砂浆、环氧树脂砂浆。
  水泥砂浆强度不低于墩顶混凝土强度,其和易性、流动性必须经试验后确定,可加入一定量的膨胀剂,以保证灌孔密实度和减小收缩。
  环氧树脂砂浆拌制前配合比要经过试验确定,各种材料要精确称量,同时保证孔内干燥、水泥和砂的干燥。拌制的速度与使用的速度要相适应,避免一次拌制过多。
  3支座安装质量检验
  3.1进场质量检验
  3.1.1外观质量
  外观质量主要检查支座防锈涂装是否完整无脱落,钢板表面有无沙眼、坑槽、损伤等。对支座聚四氟乙烯板顶部的硅脂涂抹质量有怀疑时可以拆开检查。
  3.1.2规格型号
  对照设计图纸、订货单检查进场支座的规格型号。
  3.1.3出场质量文件检查
  检查出厂前用材(钢板、聚四氟乙烯板、橡胶、黄铜等材料)质量检验报告,出厂合格证等。
  3.1.4承载力检测
  进场支座抽样送检,委托有资质单位进行承载力检测。
  3.2安装质量检验
  安装质量检验项目包括支座规格型号、滑动方向、轴线偏位、四角高差、顶面高程等项目。各检测项目偏差值相关规范均有要求,此处不再叙述。
  4支座安装质量控制重点
  4.1支座规格、型号的核对
  安装前核对支座规格、型号尤为重要,规格型号错误可能导致严重后果:(1)承载力大的支座错安成承载力小的支座,可能导致支座破坏;(2)单向支座错安成双向支座可能导致整个滑动体系不稳定;(3)双向支座错安成单向支座导致位移体系受限制;(4)单向支座方向错误导致位移体系受限制;双向支座方向错误可能导致一个方向位移量不足。
  以上无论哪种错误均可能导致支座破坏或使用寿命降低,因此必须仔细按照设计要求核对支座型号,确认无误后安装。
  4.2支座轴线偏差和安装方向要严格控制
  4.2.1固定支座
  固定支座无水平位移,是对称结构,其轴线少许偏移或扭转对支座功能基本无影响,但偏移量不能过大。
  4.2.1单向支座
  单向支座允许一个方向产生水平位移,另一个方向仅容许极微量的位移和水平扭转,因此单向支座的轴线偏差和安装方向必须严格控制:支座滑移方向与设计给定方向必须平行,且偏移量要满足偏移规定;支座轴线不得扭转;支座滑移方向必须与设计一致,否则将导致该支座处梁体不能发生位移,极有可能造成支座和梁体破坏。施工中最易安装错误的就是图2中AB轴上的单向支座,该支座滑移方向为横桥向,安装时极易安装成纵桥向。
  4.2.1双向支座
  双向支座允许两个方向产生水平位移,但主滑动方向位移量比另一个方向要大很多,由于双向支座上钢板与聚四氟乙烯板相对可以发生任意方向的滑动,故一般情况下双向支座轴线少量偏位和扭转对结构无影响。一般情况下主滑动方向沿桥梁纵向设置,以滿足纵向较大的位移量要求,方向安装错误可能导致一个方向位移量不足。
  4.3安装过程中注意事项
  4.3.1一般事项
  安装过程中一般不要将连接支座上下钢板的螺栓拆除,尽量整体安装。以免上下钢板分离后不锈钢板及聚四氟乙烯板外露受到污染和损坏。由于场地条件限制等原因不得不拆开安装时,上下钢板分离后一定要保护好上钢板的不锈钢板滑动面、聚四氟乙烯板顶面,不得污染、划伤和损坏。聚四氟乙烯板顶面硅脂不足时,应再次涂抹,不得用黄油等一般润滑剂代替。
  单向支座上下拆开后安装时,一定要注意上钢板(顶板)与中间钢板侧面之间有不锈钢钢条,起减小二者之间摩阻的作用,拆后安装时切忌不能旋转90度,否则严重影响滑移性能。
  4.3.2地脚螺栓锚固、墩顶找平材料的选用
  目前常用的锚固材料有水泥砂浆、环氧树脂砂浆以及近几年兴起的专用灌浆材料。分别对优缺点进行简要叙述。
  (1)水泥砂浆:取材方便,拌制容易,技术成熟,性能稳定。由于支座地脚螺栓锚固和墩顶找平所用砂浆强度较高(至少C30,一般不低于墩顶混凝土强度),故需先确定配合比,在拌合时严格称量,选用水泥品种不宜低于42.5,砂宜采用洁净的中砂,且找平层用砂需要过筛。水泥砂浆费用最低。
  (2)环氧树脂砂浆:粘结力强、强度形成快,但对孔洞及施工条件要求很高,且配制相对复杂、成本很高。配制前需要确定严格的配比,一般按照厂家提供的质量比配制。灌孔或找平时要求孔壁干燥,这一点在南方或雨季较难达到。环氧树脂砂浆反应速度较快,自配制到使用间隔时间不宜长,最好由专门人员进行配制和使用。
  (3)新型灌浆材料:拌合容易、流动性好、内含颗粒较小的骨料、强度高,但需要在使用过程中进行验证,同时此种材料费用较水泥砂浆高不少。使用此种材料时,目前主流的方法是墩顶不进行找平,而是将支座垫高,支座与墩顶(或垫石)之间预留一定量的高度,然后在支座四周立模,灌浆材料调好后将地脚螺栓孔与支座和墩顶间的空隙同时灌浆密实。此种施工方法有几点需要进行验证:A、灌浆材料凝固后的最终强度;B、墩顶与支座之间的空隙是否灌注密实,尤其是对于高承载力支座平面尺寸较大,中心位置密实程度、灌浆材料流动后骨料分布均匀程度等必须经实际检验确定。
  4.3.3滑动支座安装预留位移估算
  支座出厂时上下钢板中心对应,中线重合,无互相错位。由于施工季节不同,施工温度也不同,安装支座有时需要根据实际情况预留一定位移量(一般情况下仅考虑纵向预留,横向因结构位移较小,不考虑预留),即支座安装完成后上下钢板要错开一定距离,以平衡温度变化时位移量不超过支座最大值。预留位移量与施工温度、梁长、收缩徐变、预应力等因素有关,准确计算较为复杂,施工中可以简化计算,算例如下。
  例:设两联连续梁相邻,梁端伸缩缝设计在20℃时宽度为9cm,两联梁均为3×30m跨径布置,采用盆式橡胶支座体系,支座布置如图3。工程所在地最高温度按40℃设计,支座安装时温度为30℃,计算各活动支座预留位移量。
  图3
  解:假设两联梁两个固定支座之间的梁长范围在温度自20℃升高至40℃时,伸缩缝宽度恰好为位移总量,同时假设梁体纵向单位长度位移量是均匀的,则温度变化1℃时单位梁长位移量为:9 /((40-20)×(60+30))=1/200(cm)
  安装温度为30℃时,支座1预留位移量为30×(30-20)×1/200=1.5cm
  支座2与支座1纵向预留量相同,横向可不考虑,同理有支座3及支座4预留3cm。
  按照本方法估算时,假定在最高温度时伸缩缝宽度均被位移抵消,因设计肯定考虑伸缩缝宽度有富余,故本方法预留位移量偏大,但不影响结构使用。
  5结束语
  随着桥梁设计、施工技术的不断进步,桥梁荷载、使用年限不断增加,使得盆式橡胶支座越来越多的使用。盆式橡胶支座安装的正误、精度直接关系到其使用年限,支座一旦出现问题,更换和维修非常困难,且费用相当巨大。在掌握盆式橡胶支座工作原理和基本位移体系的基础上进行盆式支座的安装和质量控制,是保证安装质量的有效措施,为桥梁体系安全、可靠的工作意义重大。
  
  
  参考文献:
  【1】 《公路桥梁盆式支座》(JT/T391-2009)交通行业标准 2009-5-1实施
  【2】 《铁路桥梁盆式橡胶支座》(TB/T2331-2004)铁道行业标准 2005-1-15实施
  【3】 《公路桥涵施工技术规范》(JTG/T F50-2011)行业推荐性标准 2011-8-1实施
  作者简介:石会超男32歲汉族工程师(桥梁工程)
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