石 鉑

(太原市政建設(shè)集團(tuán)有限公司，山西太原 030002)

在橋梁建筑中上下部分的結(jié)構(gòu)依靠板式橡膠支座連接，是防止建筑水平變形、承受上部結(jié)構(gòu)的主要構(gòu)件，是橋梁建筑的重要組成部分。因板式橡膠支座的成本不高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠?qū)⑹芰侠矸稚⒌膬?yōu)點(diǎn)，在橋梁建筑中具有非常大的使用價(jià)值，尤其在地震帶的橋梁構(gòu)建中，可以有效的減少橋墩對(duì)受地震影響而產(chǎn)生震動(dòng)的吸收，因此在橋梁避震設(shè)計(jì)方面也有著廣泛的應(yīng)用。

近幾年在地震地區(qū)的橋梁調(diào)查研究表明，支座結(jié)構(gòu)是地震中受力變形的主要部位，將直接導(dǎo)致墩臺(tái)之間的錯(cuò)位和支座受到損壞。基于此類情況，本文通過(guò)分析橋梁工程的施工過(guò)程，分析了橡膠支座在受力變形和墩臺(tái)之間的應(yīng)力關(guān)系，從易損性的角度來(lái)探討了橡膠支座的抗震能力，以期為同行提供些許經(jīng)驗(yàn)。

1 板式橡膠支座的應(yīng)力特征

1.1 板式橡膠支座的的受力計(jì)算

板式橡膠支座是現(xiàn)今橋梁建筑行業(yè)內(nèi)廣泛使用的制作，其具有安裝便捷、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。其中GYZ的圓形板式橡膠支座，是使用橡膠和鋼板多層粘合、固化而形成的。在機(jī)械平面上具有優(yōu)異的各向同行，尤其適合小跨徑的橋梁建筑工程;對(duì)于地震的抗震性，能夠有效的減少了震動(dòng)對(duì)橋臺(tái)和橋墩的震動(dòng)沖擊;剪切變形也是能夠滿足橋梁各個(gè)結(jié)構(gòu)的相對(duì)位移，為上下構(gòu)件之間提供良好的剪切變形［3］。

板式橡膠支座因其內(nèi)部有鋼板能夠限制橡膠的橫向變形，所以支座的縱向剛度有了很大的提升，同時(shí)對(duì)于橡膠層的剪切變形剛度并不影響，在不考慮板式橡膠支座與墩梁之間的摩擦滑動(dòng)時(shí)。按照《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》，剪力位移的受力可近似使用下列公式表達(dá)［5］:

其中，F(xiàn)為支座的剪切力;x為相對(duì)位移;K為剪切剛度。

1.2 橡膠支座損傷指標(biāo)

橡膠支座因其層疊的結(jié)構(gòu)，具有很好的韌性和柔軟度，能夠有效的保證橋梁構(gòu)建的使用壽命，但超過(guò)一定范圍的剪力依舊會(huì)導(dǎo)致支座被損壞，支座能夠承受的剪力變形，應(yīng)根據(jù)墩梁的相對(duì)位移數(shù)，與橡膠支座的累加層數(shù)之比，來(lái)確定最大的剪切變應(yīng)。而橡膠支座的厚度，需根據(jù)我國(guó)的抗震規(guī)范［5］來(lái)確定不同震級(jí)下的厚度。根據(jù)國(guó)標(biāo)建筑抗震設(shè)計(jì)規(guī)定，在不同的震級(jí)作用下，建筑應(yīng)有不同的抗震性能。

其中，XE為支座在不同效應(yīng)條件組合情況下的相對(duì)位移;tanλ為橡膠的剪切角的正切值，取值1。故在極端情況下，支座的最大相對(duì)位移與剪切變應(yīng)，要與100%時(shí)支座相對(duì)位移之比相等。

2 支座易損曲線的推算

2.1 地震波模擬

在使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)進(jìn)行概率分析時(shí)，地震的三個(gè)重要相關(guān)參數(shù)為:峰值加速度、持續(xù)時(shí)間、頻譜特征，是保證分析過(guò)程準(zhǔn)確的重要前提條件［1］。本文采用國(guó)家地震局發(fā)布的數(shù)據(jù)信息中，根據(jù)我國(guó)地震高發(fā)地區(qū)，選取100條分布盡量分散的地震波進(jìn)行分析。

2.2 計(jì)算模型選擇

采用非線性分析法及SAP2000作為分析軟件，對(duì)橋梁及結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。在既往資料分析中可以發(fā)現(xiàn)，在實(shí)際地震中主梁基本能夠保持結(jié)構(gòu)和功能的完好不被破壞，因此本文分析是采用彈性梁模擬進(jìn)行［7］。

3 板式橡膠支座易損的探討

3.1 易損原理分析

建筑結(jié)構(gòu)在地震中的易損性可以理解為，在受到地震影響時(shí)其結(jié)構(gòu)發(fā)生損壞的發(fā)生概率，可以使用如下公式表達(dá):

其中，IM為地震動(dòng)參數(shù)(等于地震波的PGA與地震譜加速度SA的比值，即為PGA/SA);C為結(jié)構(gòu)或者是構(gòu)件的能力(Capacity);DI為結(jié)構(gòu)或是構(gòu)件的損傷計(jì)量，對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件需求(Damage Index，Demand)。橋梁建筑在施工的過(guò)程中，常常使用易損曲線來(lái)測(cè)算結(jié)構(gòu)的抗震易損性。

3.2 易損原因分析

通過(guò)實(shí)際公式運(yùn)算:

其中，Umax為外力震動(dòng)下的容許最大相對(duì)位移;γα為容許的剪切應(yīng)變，根據(jù)不同的內(nèi)力組合形式選取相應(yīng)的數(shù)值，正常情況下取值為70%，大地震時(shí)候取值250%，中小地震取值150%;∑t為橡膠支座的總厚度。在地震波加速度超過(guò)0.2g的時(shí)候，橋墩和支座的受損傷概率，與地震波的加速度SA呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，隨著地震波速度的加快受損概率也隨之加大［6］。當(dāng)支座比橋墩低小的時(shí)候，相對(duì)位移延性能力也較小;同時(shí)橋墩較柔軟的時(shí)候，在地震作用下柔性墩能夠吸收部分震動(dòng)的能力，使得支座相抵位移減小，但完全剛性的橋臺(tái)，會(huì)直接導(dǎo)致相對(duì)位移的增大。因此，在不同強(qiáng)度的震動(dòng)時(shí)，板式橡膠支座相較于橋墩的構(gòu)件，受到損壞的概率更大。

4 我國(guó)現(xiàn)階段支座存在的問(wèn)題分析

現(xiàn)階段，我國(guó)國(guó)內(nèi)的橋梁支架技術(shù)發(fā)展已經(jīng)趨于成熟，但依舊存在著諸多問(wèn)題，詳列如下:

1)支座與上下構(gòu)件的位置放置存在偏差，這一方面的問(wèn)題包括了橫向與縱向位置放置顛倒、橫橋與順橋的位置不能夠相互完整對(duì)應(yīng)，由此產(chǎn)生支架和墩臺(tái)之間的位置錯(cuò)位而造成支架的損壞。2)鋼板未能進(jìn)行防腐處理而造成損壞:橋梁支架的底座一般使用鋼板來(lái)維持固定，但鋼板暴露在空氣中時(shí)，容易受到雨水或是河水的腐蝕，沒(méi)有進(jìn)行防腐處理的鋼板腐蝕速度尤其迅速。3)支座在施工的過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格控制墊石的標(biāo)高，由此對(duì)于橋梁的負(fù)荷會(huì)有不同的影響，對(duì)于橋梁的使用年限及安全性都存在著不同程度的隱患［4］。其中主要包括有砂漿澆筑技術(shù)是否合格，是否能夠杜絕內(nèi)部脫空、支座與上下構(gòu)件之間的墊板和墊石的尺寸是否符合實(shí)際應(yīng)用的情況，以及支座是否受力不夠均勻，甚至存在施工完成后可移動(dòng)的情況。4)不同設(shè)計(jì)原理的橋梁，在選擇支架的時(shí)候要有所不同，應(yīng)充分的考慮到橋梁的載重設(shè)計(jì)，嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙上的設(shè)計(jì)施工，改用其他型號(hào)的支座時(shí)，要對(duì)整體橋梁的工程進(jìn)行重新的評(píng)估。

5 橡膠支座易損優(yōu)化策略

首先，在支座安裝施工前進(jìn)行全體人員的培訓(xùn)，要依照相關(guān)施工流程，做好施工的圖紙核對(duì)、施工方案的選定，減少不必要的流程，以便將誤差控制在可控的范圍內(nèi)。對(duì)于技術(shù)工種的管理，應(yīng)做到按規(guī)章流程進(jìn)行施工，不可仰仗“經(jīng)驗(yàn)主義”，對(duì)于每一個(gè)施工環(huán)節(jié)都要做好認(rèn)真和負(fù)責(zé)?？茖W(xué)的管理各個(gè)工種和崗位的人員安排。對(duì)于存在異議的施工技術(shù)，不應(yīng)停留在討論上，更應(yīng)落實(shí)到實(shí)際的測(cè)算和設(shè)計(jì)中，現(xiàn)場(chǎng)施工的操作人員更需要對(duì)每一個(gè)環(huán)節(jié)必須掌握，監(jiān)理方嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)履行自身的責(zé)任，沒(méi)有驗(yàn)收通過(guò)前不能夠進(jìn)入下一施工環(huán)節(jié)。

其次，對(duì)于圖紙的前期設(shè)計(jì)工作，要求設(shè)計(jì)人員嚴(yán)格按照國(guó)家和行業(yè)相關(guān)的法律法規(guī)進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用標(biāo)號(hào)合適的鋼筋等原材料，對(duì)于建筑的抗震性和支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行精準(zhǔn)的測(cè)算。在設(shè)計(jì)開始階段，就要留存好與本次設(shè)計(jì)所有有關(guān)的文件、圖紙和法律法規(guī)文件，并進(jìn)行編號(hào)統(tǒng)一管理。

最后，在檢查復(fù)核階段要對(duì)橋梁支架以及整體的情況進(jìn)行檢查，核對(duì)是否按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行了施工，是否沒(méi)有按照施工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)放置之間和相關(guān)構(gòu)件。若是發(fā)現(xiàn)有不合格的支架，或是支架已經(jīng)產(chǎn)生剪切變形、尺寸不符合實(shí)際的需求情況，要及時(shí)的更換以及加固。對(duì)于支架底部固定的鋼板，在不符合要求的時(shí)候也要進(jìn)行更換，同時(shí)要對(duì)暴露的部分進(jìn)行防銹的處理。

在以上方法不能夠達(dá)到預(yù)計(jì)的施工效果時(shí)，可以采用聚四氟乙烯滑板支架。在保證設(shè)計(jì)安全的前提下，對(duì)于能夠適度增加橋臺(tái)支架高度的設(shè)計(jì)，可以考慮使用聚四氟乙烯滑板支架，以便對(duì)應(yīng)更大的相對(duì)位移，以保證支架的使用壽命和建筑構(gòu)件之間的連接完整。通過(guò)對(duì)比普通橋臺(tái)支架和滑板支架之間易損性分析，聚四氟乙烯滑板支架的損傷概率有明顯的改善［8］。

值得特別注意的是，在地震波加速范圍在0.3～0.35之間時(shí)，橋臺(tái)支座會(huì)引起自身的環(huán)形結(jié)構(gòu)受到有效的約束，僅造成一般程度的損壞，在橋臺(tái)支架沒(méi)有足夠的高度，是其受到損壞的重要因素。在保持相同的前提條件下，將橋臺(tái)支座的高度設(shè)計(jì)為橋墩支座的1倍～1.2倍時(shí)，通過(guò)復(fù)檢能夠明顯的改善橋臺(tái)支架的位移應(yīng)變能力，提高支座對(duì)于地震的抗震性［6］。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)非線性的建模，以及概率分析法的分析，板式橡膠支座的受力得出以下結(jié)論:1)板式橡膠支架相較于橋墩更容易受到地震的影響，損壞的概率也隨之變大，在橋梁設(shè)計(jì)中特別是地震多發(fā)地區(qū)的設(shè)計(jì)，要引起相關(guān)的重視。2)橋臺(tái)支架在地震的作用下，相對(duì)位移較大對(duì)于橋梁建筑的安全性和使用年限都較大影響。提高支座的的高度或是改用聚四氟乙烯滑板支座，都是可以在一定程度改善抗震性，降低支座在地震的損壞概率。

本文分析了橋梁支座在施工過(guò)程中存在的一些問(wèn)題，同時(shí)也提出相關(guān)的解決策略，支座的合理選擇嚴(yán)格施工，對(duì)于橋梁建筑的安全以及社會(huì)影響都有著重要而深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義，對(duì)于小跨度的橋梁支座的安裝和維護(hù)也具有一定的參考價(jià)值和實(shí)際的借鑒意義。嚴(yán)格的施工、精準(zhǔn)的設(shè)計(jì)、全面的后續(xù)養(yǎng)護(hù)，才能夠?yàn)闃蛄航ㄖＷC質(zhì)量，現(xiàn)書寫成文以供同行借鑒使用。