毛 敏，申雁鵬

（山西省交通科學(xué)研究院，山西 太原 030006）

0 引言

板式橡膠支座具有很多優(yōu)點：如豎向承載力安全可靠，能適應(yīng)橋梁上部結(jié)構(gòu)的微小變形（角位移和線位移）；具有緩沖隔震作用；制造簡單、價格經(jīng)濟(jì)、且施工安裝方便等。因此在中小跨徑橋梁中，板式橡膠支座的應(yīng)用非常廣泛。

目前，由于支座材質(zhì)、施工、運營養(yǎng)護(hù)等各種因素的影響[1]，支座安裝后質(zhì)量得不到相應(yīng)的保證，通車后2～3年甚至是還未通車橋梁就出現(xiàn)各種支座病害，進(jìn)而對其支撐的主梁受力產(chǎn)生不利影響，加速梁體病害的產(chǎn)生，對橋梁正常運營帶來一定的安全隱患。

近年來，通過對省內(nèi)部分高速公路交工驗收橋梁的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分裝配式梁橋剛通車不久出現(xiàn)了不同程度的支座病害?，F(xiàn)場較典型的病害有：支座脫空、開裂、串位、偏壓、剪切變形過大等。各種支座病害對主梁的影響見表1。

表1 支座病害對主梁影響

1 橋梁概況及計算模型

為了具體分析支座病害對橋梁受力性能影響，現(xiàn)采用Midas Civil有限元軟件對省內(nèi)某高速公路上主跨20 m的雙幅分離式裝配式箱梁橋進(jìn)行有限元分析。結(jié)構(gòu)參數(shù)如下：跨徑組合5×20 m，單幅橋面寬度為0.5 m（防撞護(hù)欄）+11 m（橋面凈寬）+0.5 m（防撞護(hù)欄），橫向由4片1.2 m高的小箱梁構(gòu)成，箱梁間中心距2.9 m，跨中橫斷面圖見圖1。全橋端支點設(shè)置滑動板式支座，中支點均為普通板式支座；設(shè)計荷載等級：公路-Ⅰ級。

圖1 箱梁橋跨中橫斷面圖（單位：mm）

有限元梁格模型見圖2，主梁、橫隔板及支點橫梁均采用空間梁單元模擬，各主梁間連接采用無質(zhì)量的虛擬梁單元模擬，濕接縫寬度計入箱梁主梁的翼緣寬度，全橋共劃分455個單元。建模過程中做如下簡化：實橋中單片箱梁每端設(shè)置的兩個支座合用一個等效支座模擬（等效支座剛度取兩個支座并聯(lián)剛度），不考慮下部結(jié)構(gòu)的影響。該模型沿縱向共設(shè)置 6 排支座，編號為 A、B、C、D、E、F，每排 4 個支座，其編號同主梁編號，如 A1、A2、A3、A4；支點橫梁編號為 A、B、C、D、E、F。

圖2 箱梁橋有限元模型及支座編號

建模過程中，為了驗證梁格模型中橫向傳力特性的準(zhǔn)確性，采取橋梁博士軟件中橫向分布計算模塊與Midas軟件綜合對比，對比結(jié)果見表2。通過表2可以看出梁格建模時計算結(jié)果與橋梁博士計算結(jié)果吻合度較好。

表2 第三跨1號邊梁跨中在集中力作用下的各片梁荷載分擔(dān)比例 %

分析支座脫空對上部結(jié)構(gòu)受力性能影響時考慮以下荷載：

a）永久作用荷載 包括結(jié)構(gòu)自重、橋面鋪裝、防撞護(hù)欄、現(xiàn)澆濕接縫、橫隔板、混凝土收縮徐變、預(yù)應(yīng)力荷載。

b）可變作用荷載 包括汽車荷載、溫度梯度、整體升降溫。由于活載效應(yīng)由兩車道控制，所以計算時考慮兩車道的偏載和正載，按影響線加載，并考慮汽車沖擊效應(yīng)。

2 計算結(jié)果及分析

考慮到實際工程中單支座脫空為常見病害，本文僅模擬單支座脫空效應(yīng)。本節(jié)表中工況1代表兩列車正載工況，工況2代表兩列車偏載工況；其中支反力結(jié)果取標(biāo)準(zhǔn)組合[3]，剪力、彎矩結(jié)果取承載能力極限組合[3]。

2.1 單支座脫空對支反力影響

從表3可以看出，單支座脫空僅對同一排支座的支反力影響較明顯，而對其他排支座幾乎沒有影響，主要原因是現(xiàn)澆濕接縫、橫隔板、支點橫梁的共同橫向傳力作用，削弱支座脫空對其他橋墩處支座支反力影響。

正載作用下邊支座脫空時，同排相鄰支座支反力最大值為原來的2.44倍，中支座脫空時，同排相鄰支座反力最大值為原來的1.70倍；偏載作用下下邊支座脫空時，同排相鄰支座支反力最大值為原來的3.30倍，中支座脫空時，同排相鄰支座反力最大值為原來的1.97倍。這也就能解釋現(xiàn)場橋梁調(diào)查發(fā)現(xiàn)的支座病害現(xiàn)象，即當(dāng)某一支座脫空時相鄰支座的壓縮變形較明顯，且較易出現(xiàn)鼓包、環(huán)向裂縫。

表3 C排支座脫空后與脫空前支反力比值

2.2 單支座脫空對支點橫梁的受力影響

支座脫空后，支撐其上的支點橫梁邊界條件發(fā)生改變，引起橫梁內(nèi)力重分布。計算分析表明支座脫空對支點橫梁的受力影響范圍僅限于支撐其上的支點橫梁，且各排支座脫空對橫梁的受力變化規(guī)律基本相同，表4僅給出了C排支座脫空前后C支點橫梁內(nèi)力極值變化比值（支座脫空前后內(nèi)力極值位置發(fā)生變化，但由于實際設(shè)計圖紙中支點橫梁橫橋向配筋無變化，所以橫梁各截面抗力均相同，表4中僅列出極值變化比值更有意義）。

從表4可以看出，支座脫空后/前最大剪力比值達(dá)到3.54倍，最大彎矩比值達(dá)到12.27倍，最小負(fù)彎矩比值達(dá)到12.31倍。這也就能解釋現(xiàn)場橋梁調(diào)查發(fā)現(xiàn)的橫梁病害，即部分支座脫空處支點橫梁出現(xiàn)貫通斜向裂縫。

表4 C排支座脫空后與脫空前C支點橫梁內(nèi)力極值比值

2.3 單支座脫空對支點主梁的受力影響

由于現(xiàn)澆濕接縫、橫隔板、支點橫梁的共同橫向傳力作用，支座脫空對支點主梁受力影響區(qū)域主要在脫空支座附近。表5僅列出C排支座脫空后與脫空前相應(yīng)斷面主梁內(nèi)力比值。

從表5可以看出支座脫空主要影響該支座對應(yīng)主梁和相鄰主梁支點斷面受力，其中邊支座脫空對主梁影響最大，C1支座脫空時導(dǎo)致C2處主梁內(nèi)力顯著變化；正載作用下支座脫空后/前最大剪力比值達(dá)到1.40倍，最小負(fù)彎矩比值達(dá)到1.30倍；偏載作用下支座脫空后/前最大剪力比值達(dá)到1.64倍，最小負(fù)彎矩比值達(dá)到1.47倍。

表5 C排支座脫空后與脫空前主梁內(nèi)力比值

3 結(jié)語

a）單支座脫空僅對同一排支座的支反力影響較明顯，而對其他排支座幾乎沒有影響。

b）單支座脫空對相鄰支座受力影響最大，偏載作用下下邊支座脫空時，同排相鄰支座支反力最大值為原來的3.30倍。

c）支座脫空對支座位置支點橫梁內(nèi)力影響顯著，支座脫空后/前最大剪力比值達(dá)到3.54倍，最大彎矩比值達(dá)到12.27倍，最小負(fù)彎矩比值達(dá)到12.31倍。

d）支座脫空對支點主梁受力影響區(qū)域主要在脫空支座附近。邊支座脫空對主梁影響最大，偏載作用下支座脫空后/前最大剪力比值達(dá)到1.64倍，最小負(fù)彎矩比值達(dá)到1.47倍。

支座脫空在橋梁施工過程中經(jīng)常發(fā)生，并且往往沒有受到足夠的重視，導(dǎo)致脫空支座不進(jìn)行處治就直接通車運營。為了保證橋梁結(jié)構(gòu)的安全運營，避免個別支座脫空導(dǎo)致其他支座壓潰失效等連鎖反應(yīng)的發(fā)生，建議設(shè)計單位適當(dāng)提高支座安全系數(shù)；建議施工單位、監(jiān)理單位加強(qiáng)支座安裝、主梁架設(shè)過程中的管理，確保支座工作正常；建議新建橋梁交付使用前均進(jìn)行支座狀態(tài)檢查，脫空支座必須全部處治確保工作正常后才能交付使用。