支座计算学习.pptx

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1、一 概述作用：传递上部结构恒载、活载引起的竖向力、水平力到下部墩台保证结构在各种荷载下自由变形，以符合计算力学模型。第1页/共61页支座传递的竖、横向力竖向力：结构自重反力、活载最大反力；应计入汽车 冲击影响；支座应考虑是否上拔，计算最大上拔力。水平力：直线桥计算纵向水平力，斜弯桥考虑离心力、风力等；纵向水平力考虑汽车的制动力、摩阻力、风力、温度力等。第2页/共61页梁式桥的支座分类固定支座：可传递竖向、水平力，保证支承处转动；活动支座（单向、双向）：只传递竖向压力，保证支承处主梁转动、水平移动。第3页/共61页支座布置原则以有利于墩台传递纵向水平力为原则v简支梁桥一般一端采用固定支座,一端采

2、用活动支座.相临两跨简支梁桥的固定支座,不宜集中布置在一个桥墩上.v连续梁桥一般每一联中的一个桥墩设固定支座.固定支座的设置应有利于墩台传递水平力,宜靠近温度中心,即靠近中间支点处.第4页/共61页支座布置原则v对于坡桥,宜将固定支座布置在标高较低的墩台上.v对于特别宽的梁桥,应设置多向活动支座.v地震区桥梁,宜选用防震和减震支座,应确保多个桥墩分担水平地震力.第5页/共61页连续梁支座设置第6页/共61页二 支座的类型与构造支座的选用：与桥梁跨径、支座反力、梁体水平变位等有关；通常用钢，橡胶等材料制造1、简易垫层支座2、弧形钢板支座 很少使用3、钢筋混凝土摆柱式支座 板式橡胶支座4、橡胶支座

3、 盆式橡胶支座第7页/共61页二 支座的类型与构造应根据桥梁结构的跨径、支点反力的大小、梁体的变形程度等因素来选取支座类型。中小跨度公路桥一般采用板式橡胶支座大跨度连续梁桥一般采用盆式橡胶支座铁路桥采用钢支座第8页/共61页一、简易支座 采用几层油毛毡或石棉制成，压实后的厚度不小于1cm，可用于跨径小于10m的板梁桥。二、钢支座1、弧形钢支座适用范围：跨径1020m构造特点：由上下垫板所组成，下垫板顶面切剥成圆柱体。固定支座需在上垫板上做齿槽（或销孔），在下垫板上焊以齿板（或销钉），安装后使齿板嵌入齿槽(或销钉伸入销孔)，以保证上下垫板之间不发生相对水平位移安装要点其它钢支座2、其它钢支座第9

4、页/共61页2 普通钢支座平板支座 弧形支座 摇轴支座 辊轴支座 第10页/共61页3 3 橡胶支座主要优点桥梁支座现已由刚性支座改为橡胶支座。与刚性支座相比，橡胶支座：v性能可靠、结构简单、安装和使用方便、使用寿命长(无需养护3050年)、造价低(钢支座10%30%)、建筑高度极小;v可以吸收部分振动，减小活载对桥梁结构及墩台的冲击;v能适应宽桥、斜桥及曲线桥支座须多向伸缩和转动的要求，可以在大中小跨径的公路桥梁、城市高架桥梁及铁路桥梁上广泛应用。第11页/共61页4 4 橡胶支座主要特点1.抗压弹性模量很小（E2001900 MPa)：2.剪切弹性模量小（G=1 1.5 MPa)；3.摩擦

5、系数大（=0.25 0.4）。钢(E=2.1x105 MPa,G=8.1x104 MPa)第12页/共61页 5 板式橡胶支座1.工作原理:竖向荷载作用下,嵌入的钢板阻止橡胶片侧向臌 胀，竖向刚度大;在水平力作用下,钢板间橡胶 片产生剪切变形，实现水平位移;梁端发生转动 时，橡胶支座内外侧不均匀压缩。2.适用范围:820m混凝土梁，无固定、活动支座之分。第13页/共61页桥梁板式橡胶支座结构图。盆式橡胶支座是钢构件与橡胶、聚四氟乙烯板等材料组合而成的新型桥梁支座，它具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点。广泛应用在大型公路、铁路桥梁建设上。第14页/共61页圆形板式橡胶支座矩形板式橡胶支

6、座矩形聚四氟乙烯滑板式橡胶支座第15页/共61页 板式橡胶支座有矩形和圆形。支座的橡胶材料以氯丁橡胶为主，也可采用天然橡胶。氯丁橡胶一般用于最低气温不超过-250C的地区，天然橡胶用于-300C-400C的地区。根据试验分析，橡胶压缩弹性模量E、容许压应力和容许剪切角tgr的数值，均与支座的形状系数S有关。形状系数为橡胶支座的承压面积与自由表面积之比，矩形支座为：式中：a 顺桥方向橡胶支座的长度；b 横桥方向橡胶支座的宽度；t 中间橡胶层的厚度。为满足橡胶的容许压应力和使支座能适应梁端转动的要求，支座的长度a与宽度b之比取决于主梁下的有效宽度及所需的剪切角。一般应充分利用有效宽度b，而尽可能减

7、小a的尺寸，以降低转动阻抗力矩（它与a5成正比）。根据支座稳定的要求，支座的总厚度不得大于平面最小尺寸的30%。1、板式橡胶支座第16页/共61页bat形状系数第17页/共61页构造特点：常用的板式橡胶支座采用薄钢板或钢丝网作为加劲层以提高支座的竖向承载能力。变形机理：（1）不均匀弹性压缩实现转动；（2）剪切变形实现水平位移；（3）无固定和活动支座之分。性能指标：（1）容许应力；（2）弹性模量和剪切模量（3）容许剪切的正切值。适用范围：支座反力为703600kN的公路、城市桥梁。局限性：2、四氟滑板式橡胶支座第18页/共61页桥梁球冠圆板式橡胶支座3、其它类型板式橡胶支座第19页/共61页坡型

8、板式橡胶支座第20页/共61页铅芯橡胶支座第21页/共61页5 盆式橡胶支座 盆式橡胶支座是钢构件与橡胶组合而成的新型桥梁支座。具有承载能力大、水平位移量大、转动灵活等特点，适用于支座承载力为1000KN以上的大跨径桥梁。盆式橡胶支座分固定支座与活动支座。活动盆式橡胶支座由上支座板、聚四氟乙烯板、承压橡胶块、橡胶密封圈、中间支座板、钢紧箍圈、下支座板以及上下支座连接板组成。组合上、中支座板构造或利用上下支座连接板即可形成固定支座。第22页/共61页 第23页/共61页第24页/共61页橡胶支座的应用板式橡胶支座吨位、变形不大，大量用于简支梁桥、板梁桥及T梁桥；聚四氟乙烯滑板式橡胶支座适用于较大

9、跨度的简支梁桥、桥面连续的桥梁和连续梁桥；此外，还可用作连续梁顶推施工的滑块.盆式橡胶支座吨位大，主要用于超静定结构，连续梁桥、刚构桥、大跨度拱桥等。第25页/共61页6 6、其它支座QGZ球型钢支座受力均匀，转动量大（设计转角可达0.05rad），特别适用于曲线桥和宽桥.也特别适用于低温地区。第26页/共61页QGZ 球型钢支座第27页/共61页成品盆式橡胶支座的选配成品盆式橡胶支座的系列成品盆式橡胶支座的主要系列有：GPZ、TPZ-1等。其中，GPZ表示由我国交通部中交公路规划设计院设计的系列盆式橡胶支座；TPZ-1则表示我国铁道部科学研究院设计的系列盆式橡胶支座。另外，还有其它科研院所设

10、计的类同系列的盆式橡胶支座。这些系列支座，适用于各类桥梁及具类似受力与变形特性的工程结构，并非有明确的公路、铁路或其它工程结构之分。各种系列的盆式橡胶支座吨位一般从1000起至50000，最多分为近40个级；并以DX、SX、GD分别表示单向、双向活动支座及固定支座，而GDZ则为抗震型固定支座的代号。成品盆式橡胶支座的地区适用性成品盆式橡胶支座的适用地区应考虑温度和地震两个因素。以确定适配常温型或耐寒型支座和采用何种震型支座或抗震措施。第28页/共61页 3各种类型成品盆式橡胶支座的合理选配盆式橡胶支座能否适用于所设计的桥梁，当然首先考虑的是其容许转角及水平能承受的推力能否满足要求。一般来说，G

11、PZ、TPZ-1等系列的支座对这两个要求均能满足。若转角和水平推力超出容许范围，则需要改变支座的设计。转角特大，可采用球型支座。关于在桥梁设计中支座如何合理选用问题，即究竟选用何种类型的支座，则需根据桥梁结构图式的要求决定。当然，在一般情况下，固定端选用固定支座，活动端选用活动支座。但若横桥向伸缩值不容忽视的时候，结构图式的固定端就不能单一采用GD类型的支座。这是由于现代桥梁的桥面越来越宽，超过20已屡见不鲜，这时由温度等因素引起的横桥向伸、缩量便不可忽略了，有的可达到中等跨径桥梁纵向的伸缩量。为保证梁不发生纵向位移，又能满足多梁式宽桥的横桥向位移，这时可将单方向活动支座转过90横置梁下(如图

12、2-7-9)，使其顺桥向起固定支座的作用下，而横桥向则起活动支座的作用。第29页/共61页 4成品盆式橡胶支座承载能力的合理选择 支座承载力大小的选择，应根据桥梁恒载、活载的支点反力之和及墩台上设置的支座数目来计算。合适的支座一般为：最大反力不超过支座容许承载力的5%，最小反力不低于容许承载力的80%。规定最小反力的目的是保证支座具有良好的滑移性能，因为聚四氟乙烯板的磨擦系数与压力成反比，如果低于规定的数值，则磨擦系数将会增大。支座选配时，一般不必过多担心支座的安全储备，比如计算得到一个支座的最大反力为4100，最小反力为3700，那就选用承载力为4000的支座，这是因为4000支座的允许支反

13、力变化范围是32004200，不要从更安全的角度考虑加大支座的承载力而选用5000的支座。因为5000支座最低合适的承载力是4000，而最小支反力3700已小于此值，故不适宜选用。虽然我们规定最大反力，不超过容许承载力的5%，但支座实际的安全系数一般在5以上。第30页/共61页三、支座计算支座受力特点第31页/共61页板式橡胶支座的设计与计算 1、确定支座平面尺寸ab及厚度（te、ts)2、验算支座受压偏转：当梁端发生转 动后支 座不致于与梁底脱空形成局部承压 3、验算支座的抗滑性能第32页/共61页1.确定支座平面尺寸ab确定尺寸ab 运营阶段最大支点反力 橡胶支座纵、横向尺寸 橡胶支座平均

14、容许压应力 j橡胶支座的平均容许压应力，当支座形状系数S8时，j=10Mpa；当5S8时，j=79Mpa第33页/共61页桥规有关规定第34页/共61页桥规有关规定第35页/共61页桥规有关规定第36页/共61页支座高度 梁式桥的主梁由温度变化等因素在支座处产生的纵向水平位移，依靠全部橡胶片的剪切变形t来实现,与t的关系为：ah由有第37页/共61页-橡胶片容许剪切角的正切，可取用0.50.7，不计活载制动力 时用0.5；计及活载制动力时取用0.7，则上式可写成：-由上部结构温度变化、桥面纵坡等因素，引起支座顶面相对 于底面的水平位移。当跨径为L的简支梁桥两端采用等厚橡胶 支座时，因温度变化每

15、个支座承担的水平位移可取简支梁向 温变变形的一半，即-活载制动力在一个支座上的水平力；-由制动力引起在支座顶面相对于底面的水平位移，可按下式 计算-橡胶的剪切模量，-橡胶支座的面积。AG第38页/共61页第39页/共61页确定支座厚度t(8.4.2条)第40页/共61页确定支座钢板厚度ts(8.4.2条)(新增)第41页/共61页2 支座偏转与平均压缩变形验算 主梁受荷挠曲时，梁端将产生转动角为(如下图)，但不允许其与支座间产生脱空现象。梁端转动时，支座就受到一个偏心竖向力的作用，表面将产生不均匀的压缩变形，一端为 另一端为 ，其平均压缩变形 ，根据下式计算Nh式中：E-橡胶支座的弹性模量。当

16、无试验数据时，可查阅JTJ023-85，其值与支座的形状系 数有关，也可按下式计算第42页/共61页若梁端转角已知，或按公式算得，则有：时，表示支座与梁底产生了部分脱空，支座是局部承压。因此设计时必须保证 规定，橡胶支座的最大平均压缩变形 不应大于支座橡胶总厚 的0.07倍。其中，a为主梁跨径方向的支座尺寸，又因故当第43页/共61页2.验算支座偏转梁端转角橡胶支座竖向平均压缩变形不超过:第44页/共61页验算支座偏转第45页/共61页3.抗滑稳定性保证支座与墩台顶面与梁底间不发生相对滑动，亦即支座与混凝土之间要有足够大的摩阻力来抵抗水平力；第46页/共61页3.抗滑稳定性橡胶支座与混凝土表面

17、的摩阻系数采用0.3；与钢板的摩阻系数采用0.2。第47页/共61页4成品板式橡胶支座的选配 成品的板式橡胶支座早已形成系列，故在一般情况下，没有必要自行设计支座，只需根据标准成品支座的目录，选配合适的产品。我国交通部颁布的成品板式橡胶支座代号表示方法，按交通部JT标准第5.1条有这样几项代码组成：名称、型式、规格及胶种。如GJZ30040047(CR)，表示公路桥梁矩形、平面尺寸300400、厚度为47的氯丁橡胶支座；又如GYZF430054(NR)，表示公路桥梁圆形、直径300、厚度为54、带聚四氟乙烯滑板的天然橡胶支座。另外，除常用支座外，还有一些特制支座，如同济大学桥梁工程系研制的球冠

18、支座、抗震支座等。第48页/共61页预应力混凝土五片式T T形桥梁全长为19.8m，计算跨径为19.5m19.5m。主梁采用C40C40混凝土，支座处梁肋宽度为30cm。梁的两端采用等厚度板式橡胶支座。四 算例:支座计算第49页/共61页已知支座压力标准值R Rckck=354.12kN=354.12kN，其中结构自重引起的支座反力标准值R RGkGk=162.7kN=162.7kN，公路级和人群荷载引起的支座反力标准值为183.95kN183.95kN和7.47kN7.47kN；公路级和人群荷载作用下产生的跨中挠度f=1f=1.82cm82cm，根据当地的气象资料，主梁的计算温差t=36t=

19、36。试计算板式橡胶支座。四 算例:支座计算第50页/共61页采用板式橡胶支座，其设计按规范要求进行。（-）选定支座的平面尺寸 橡胶支座的平面尺寸由橡胶板的抗压强度和梁端或墩台顶混凝土的局部承压强度确定。对橡胶板应满足：四 算例:支座计算第51页/共61页若选定支座平面尺寸abab18201820360cm360cm2 2，则支座计算形支座平面形状系数S S为：S=ab/S=ab/2t(a2t(ab)b)2018/20.5(202018/20.5(2018)=9.4718)=9.47式中：tt为中间层橡胶片厚度，取t t0.5cm0.5cm。当S8S8时，橡胶板的平均容许压应力 10MPa10

20、MPa ，计算橡胶支座的弹性模量E Ej j为：E Ee e5.4*G5.4*Ge e*S*S=487.35MPa*S*S=487.35MPa第52页/共61页验算橡胶支座的承压强度第53页/共61页（二）确定支座的厚度主梁的计算温差取 ，温度变形由两端的支座均摊，则每一个支座承受的水平位移为：0.5100.5105 53636（195019501818）0.354cm0.354cm 计算活载制动力引起的水平位移，首先确定作用在每一个支座上的制动力H HT T。按桥规，对于19.5m19.5m桥跨，一个设计车道上公路级车道荷载总重为：7.87519.5+178.5=332.1kN第54页/共6

21、1页则制动力标准值为332.110332.11033.2KN;33.2KN;但按桥规，不得小于90KN90KN。故取90KN。主梁共1010个支座，每一个支座承受的水平力H HT T为：按规范要求，橡胶层总厚度 应满足:(1)(1)不计汽车制动力时：(2)(2)计汽车制动力时：确定需要的橡胶层总厚度 第55页/共61页(3)(3)选用4 4层钢板、5 5层橡胶组成橡胶支座。上下层橡胶片厚度为0.250.25，中间厚度为0.50.5，薄钢板厚度为0.20.2，则：橡胶片总厚度为：30.5+20.2530.5+20.252 2 符合规范要求：第56页/共61页支座总厚度：(三）验算支座的偏转支座的

22、平均压缩变形为：按规范要求应满足 ，即：钢板厚度验算从略。合格。第57页/共61页计算梁端转角：设恒载时主梁处于水平状态。已知公路级和人群荷载作用下产生的跨中挠度f=1.82cm，验算偏转情况应满足：符合规范要求。第58页/共61页（四）验算支座的抗滑稳定性按规范规定，按下式验算支座抗滑稳定性：(1)(1)计汽车制动力时：(2)(2)不计汽车制动力时：第59页/共61页0.30.3（162.70+0162.70+0.55183.95）76.4kN76.4kN 1.41360.354/2.0+91.41360.354/2.0+9 17.92kN 17.92kN 48.81kN =8.92kN=8.92kN 均满足规范要求，支座不会发生相对滑动。第60页/共61页感谢您的观看！第61页/共61页