史奇彬，潘旭輝，李 巖，王芮文，3

(1.溧陽(yáng)市交通工程建設(shè)事業(yè)發(fā)展中心，江蘇 常州 213000；2.江蘇森淼工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000；3.江蘇省交通技師學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212000)

1 支座的變形控制

1.1 支座的壓縮變形控制

板式橡膠支座是有一定厚度的不銹鋼板和橡膠層間斷壓制而成，正因?yàn)檫@種特殊性能，當(dāng)承受上部結(jié)構(gòu)傳下來(lái)的力時(shí)，如果支座的橡膠層厚度不同，則在兩層鋼板之間的橡膠就會(huì)出現(xiàn)或多或少的鼓凸，而在鋼板位置則會(huì)產(chǎn)生凹槽，從而形成支座側(cè)面波浪狀，這些波浪狀態(tài)，如果較大，則會(huì)對(duì)耐久性產(chǎn)生影響[3]。

橡膠支座是依靠其變形承受力的，當(dāng)橡膠支座受到溫度變化、荷載作用以及橋梁自重等荷載作用時(shí)，它就會(huì)沿著荷載作用力的方向上產(chǎn)生變形，如果荷載為壓力，那么橡膠支座就會(huì)被壓縮。測(cè)量豎向壓縮變形時(shí)，至少應(yīng)測(cè)量四點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)應(yīng)垂直交叉，然后計(jì)算四點(diǎn)的平均值作為支座的豎向壓縮變形σ。見(jiàn)圖1。

F-豎向力；θ-支座轉(zhuǎn)角；φd-直徑；A-支座壓縮變形后右側(cè)剩余的高度；C-支座壓縮變形后左側(cè)剩余的高度；σ-支座中心壓縮高度圖1 支座的壓縮轉(zhuǎn)角圖

橡膠支座承受的荷載大小和性質(zhì)不同，所產(chǎn)生的壓縮變形量也有所不同，規(guī)范規(guī)定，支座在橋梁設(shè)計(jì)荷載的作用之下，它所產(chǎn)生的最大壓縮變形值σ應(yīng)控制在支座橡膠層逐層累積厚度總值的7%。

1.2 支座的剪切變形控制

支座在使用過(guò)程中出現(xiàn)剪切變形是一種正常現(xiàn)象，但是不應(yīng)超過(guò)允許值。其中，最容易產(chǎn)生剪切變形的階段是當(dāng)板式橡膠支座安裝到位以后，上部梁體安裝下落過(guò)程中，或者現(xiàn)澆上部結(jié)構(gòu)在拆除支撐或者模板過(guò)程中，都會(huì)引起橡膠支座的水平受力，從而引起剪切。此時(shí)，產(chǎn)生變形的原因主要有兩個(gè)，一個(gè)原因是由于環(huán)境溫度條件有變化，或者混凝土出現(xiàn)驟然收縮。另一個(gè)原因是在梁板安裝時(shí)，落梁位置不準(zhǔn)確或者由于梁板不穩(wěn)定時(shí)落梁，形成初始水平力，從而導(dǎo)致支座剪切。板式橡膠支座的初始剪切變形是可以在初期予以調(diào)整的，如通過(guò)放松重新安裝可以減小或者消除[4]。

橡膠支座的剪切變形不可避免，規(guī)范上也允許橡膠支座產(chǎn)生這一變形，但在施工中應(yīng)盡可能地避免和減小，這就要求施工單位在施工時(shí)重視安裝環(huán)節(jié)，糾正不規(guī)范的操作。比如，在一般情況下，應(yīng)保證在一天內(nèi)平均溫度下安裝橡膠支座，支座在調(diào)整時(shí)，應(yīng)將梁板吊起等。

再者就是安裝梁板時(shí)，對(duì)落梁操作的控制，因?yàn)槿绻刂撇划?dāng)，就會(huì)使支座發(fā)生初始應(yīng)力，從而產(chǎn)生變形。在梁板下落以后，不應(yīng)立即對(duì)架梁的設(shè)施進(jìn)行拆除，需要對(duì)落下的梁板下邊的橡膠支座進(jìn)行仔細(xì)檢查，如果發(fā)現(xiàn)橡膠支座存在初始應(yīng)力導(dǎo)致的變形，應(yīng)進(jìn)行梁板調(diào)整，這時(shí)，應(yīng)將梁板全部吊起來(lái)，從而放松支座，一般情況下，初始變形的支座會(huì)較快地回復(fù)原貌，但是如果初始應(yīng)力作用時(shí)間較長(zhǎng)，那么支座變形的恢復(fù)時(shí)間也會(huì)較長(zhǎng)，需要數(shù)小時(shí)或者數(shù)天才能完成。支座的剪切變形對(duì)支座本身傷害較大，主要表現(xiàn)在耐久性方面，據(jù)研究，長(zhǎng)期受到剪切變形的支座，其耐久性降低30%以上。

梁板安裝結(jié)束后，在橋面鋪裝施工之前，施工單位應(yīng)該做一次梁板安裝的全面普查工作，其中一個(gè)重要的內(nèi)容就是支座的檢查。全面普查選擇的時(shí)間宜在每年的4月份和9月份進(jìn)行，因此這才能保證檢查時(shí)溫度接近于年平均溫度。

如果在檢查過(guò)程中發(fā)現(xiàn)支座剪切變形量較大，應(yīng)同步頂升梁板后將支座復(fù)位，如果發(fā)現(xiàn)因剪切而損傷，則應(yīng)進(jìn)行更換。

之所以在橋面鋪裝之前進(jìn)行橡膠支座的全面檢查，主要考慮此時(shí)梁板安裝已經(jīng)經(jīng)歷了較長(zhǎng)時(shí)間，因混凝土變形基本穩(wěn)定，全面尚未連續(xù)成整體，如果出現(xiàn)支座剪切，進(jìn)行放松復(fù)位時(shí)，也非常方便，不會(huì)影響到結(jié)構(gòu)體系受力，所以，在這個(gè)時(shí)間段進(jìn)行支座檢查應(yīng)該得到技術(shù)管理人員的重視。

實(shí)際上，在橋梁承受荷載過(guò)程中，板式橡膠支座由于容易在結(jié)構(gòu)重力、車(chē)輛荷載、制動(dòng)力以及溫度變化下而產(chǎn)生剪切是一種正?，F(xiàn)象和橡膠支座本身應(yīng)該具有的基本功效。但是，剪切變形應(yīng)該盡可能地不變大，能小盡小，因?yàn)楫?dāng)橡膠受到力而剪切后，分子之間的距離擴(kuò)大，從而內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得松散，此時(shí)，如果遇到二氧化碳以及酸堿環(huán)境后，橡膠會(huì)加速老化，從而使橡膠支座的耐久性降低。

橡膠支座安裝后，應(yīng)檢查支座是否受到較大的水平力，因?yàn)樗搅κ且鸺羟凶冃蔚闹饕?，而剪切變形量除了直接測(cè)量外，還可以根據(jù)溫度進(jìn)行剪切變形量的計(jì)算，而進(jìn)行變形量計(jì)算的依據(jù)是支座設(shè)計(jì)規(guī)范。一般情況下，板式橡膠支座在力的作用下，允許的剪切模量是1.0 MPa。在滿(mǎn)足這些要求的前提下，板式橡膠支座還有剪切角正切值的技術(shù)指標(biāo)要求，根據(jù)相關(guān)的規(guī)范，其最大應(yīng)不超過(guò)0.7，當(dāng)滿(mǎn)足這一條件時(shí)，橡膠支座的使用功能不降低。

1.3 板式橡膠支座中滑板支座的較大剪切變形

為了適應(yīng)梁體的水平變形，在橋梁支座一般設(shè)計(jì)時(shí)，橋梁橋臺(tái)、橋梁由簡(jiǎn)直到連續(xù)、有現(xiàn)澆到安裝的過(guò)渡墩會(huì)設(shè)置四氟滑板支座(即F4支座)，F(xiàn)4支座就是在板式橡膠支座底面或頂面設(shè)置一層聚四氟乙烯板，利用F4滑板與不銹鋼板相對(duì)摩擦系數(shù)小的特點(diǎn)，保證梁板的自由伸縮以及支座的滑動(dòng)。在實(shí)際施工中，由于橋臺(tái)施工條件限制，滑板支座的施工難度較大，如果要實(shí)現(xiàn)滑板支座的功效良好，就必須保證四氟滑板表面無(wú)劃痕和污漬，不銹鋼門(mén)也必須滿(mǎn)足使用上的要求，這樣才能保證板式支座良好運(yùn)行。

通常，四氟滑板支座施工完成后，會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)面受阻，從而產(chǎn)生水平力，這是由于支座滑動(dòng)面不清潔或者未涂刷硅脂油所致。為了保證四氟滑板支座有效使用，必須在梁板安裝時(shí)，注意保護(hù)四氟滑板支座，使之清潔無(wú)損傷，硅脂油涂抹規(guī)范，所用的硅脂油材料滿(mǎn)足規(guī)范要求，特別是四氟滑板內(nèi)的儲(chǔ)油槽是否清潔，儲(chǔ)油槽總面積是否滿(mǎn)足規(guī)范要求等。另外，對(duì)于與聚四氟乙烯板相接觸的不銹鋼板質(zhì)量也有要求，如硬度、不銹鋼板成份組成以及平面度等指標(biāo)。規(guī)范要求，聚四氟乙烯板與不銹鋼板的摩擦系數(shù)應(yīng)在0.03以下。這是由于當(dāng)水平力大于豎立壓力的3%時(shí)，支座就會(huì)產(chǎn)生滑移，這一規(guī)定，避免了橡膠支座的水平力和剪切變形。

實(shí)際上，當(dāng)橡膠支座和梁板在正確安裝的時(shí)候，也會(huì)存在一定程度上的剪切量，這一剪切變形量見(jiàn)公式(1)

(1)

式中:ΔL為板式滑動(dòng)前剪切變形量，mm；0.03為滑板支座的摩擦系數(shù)；P為板式橡膠支座實(shí)際荷載正壓力，N；h為板式橡膠支座橡膠層總厚度，mm；S為板式橡膠支座的平面面積，mm2；G為板式橡膠支座剪變模量，1.0 MPa。

這里需要說(shuō)明的一點(diǎn)是，因施工現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)不利因素?zé)o法控制，因此，在對(duì)剪切變形進(jìn)行計(jì)算時(shí)，應(yīng)取摩擦系數(shù)為0.06。

2 應(yīng)用實(shí)例

2.1 工程概況

橋梁板式橡膠支座在近幾年中應(yīng)用非常廣泛，主要體現(xiàn)在它具有承載能力大，高度適中，適應(yīng)剪切變形的能力強(qiáng)，抗擊沖擊力的能力也大等優(yōu)勢(shì)。在溧陽(yáng)市國(guó)省干線橋梁施工中，目前采用較多?，F(xiàn)以S341省道橋梁為例進(jìn)行說(shuō)明。

S341省道共有橋梁6座，其中2座大橋?yàn)?5 m預(yù)制箱梁上部結(jié)構(gòu)，其余4座為20 m空心板結(jié)構(gòu)。其中，大橋的板式支座采用直徑為550 cm的圓板式橡膠支座，橋臺(tái)位置采用同型號(hào)F4支座；空心板橋采用350 cm圓板式橡膠支座，橋臺(tái)采用同型號(hào)F4支座。

在設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要需要考慮支座的受力分別為橋梁荷載自重傳力，占比70%，車(chē)輛行駛重力和振動(dòng)力占比為13%，車(chē)輛剎車(chē)水平力占比12%，溫度應(yīng)力占比為5%，未考慮地震力。

施工過(guò)程中，嚴(yán)格按操作規(guī)程進(jìn)行施工組織，重點(diǎn)控制墊石質(zhì)量(如強(qiáng)度、裂縫、平整度等)、支座本身力學(xué)檢測(cè)情況、支座安放位置、支座高程和四角高差、支座施工期間的受剪情況和壓縮變形情況、F4支座的方向等。

施工后進(jìn)行了質(zhì)量檢查，對(duì)全部支座進(jìn)行了抽檢，無(wú)剪切變形、無(wú)壓縮變形、位置軸線滿(mǎn)足要求，無(wú)脫空。

從而可以斷定，板式橡膠支座在國(guó)省干線公路施工中可以大面積使用。

2.2 支座設(shè)計(jì)情況

在橡膠支座的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)是保證橡膠支座能正常工作的前提條件，因此，支座設(shè)計(jì)應(yīng)考慮各方因素，避免留下隱患。在S341省道橋梁中，有2座特大橋線形在縱坡度指標(biāo)方面對(duì)橋梁橡膠支座影響。因此在支座厚度設(shè)計(jì)時(shí)，著重考慮縱坡坡度對(duì)其影響，保證厚度足夠。S341省道竹漬河橋的第1～3跨縱坡度在1%以?xún)?nèi)，設(shè)計(jì)時(shí)將支座直接放在墊石之上。竹漬河橋第6～7跨縱坡度超過(guò)了1%，設(shè)計(jì)時(shí)，采用了楔形鋼板進(jìn)行梁底調(diào)平，這一目的是確保支座平放。

水平精確度是四氟滑板支座的安裝最重要的控制方面之一。在以前的設(shè)計(jì)中，四氟滑板均設(shè)置在支座的底面，與墩臺(tái)上的不銹鋼板接觸，但是由于設(shè)置在底面時(shí)，當(dāng)梁體滑動(dòng)時(shí)，必須時(shí)支座滑動(dòng)，此時(shí)可以會(huì)出現(xiàn)支座移位?？紤]此因素，在S341省道橋梁施工中，四氟滑板支座的聚四氟乙烯板放置與支座頂面，當(dāng)梁板滑動(dòng)時(shí)，橡膠支座不動(dòng)。

S341省道橋梁設(shè)計(jì)中，保證了任何橡膠支座下部都不與墩臺(tái)頂面直接接觸，之間均設(shè)置了支座墊石。支座墊石的設(shè)置的目的有兩個(gè)，一個(gè)是調(diào)平，一個(gè)是分散受力，增大受力面積。支座墊石的尺寸應(yīng)根據(jù)計(jì)算決定，其最小尺寸應(yīng)滿(mǎn)足四周外緣應(yīng)比相應(yīng)橡膠支座邊緣大5 cm以上，墊石的高度不應(yīng)小于10 cm。對(duì)于S341省道橋梁底部與墩臺(tái)頂面高度的確定主要應(yīng)考慮支座未來(lái)更換時(shí)方便操作。為了分散受力和保證支座墊石不裂縫，在支座墊石內(nèi)部，還設(shè)置了鋼筋網(wǎng)，鋼筋網(wǎng)一般設(shè)置上下兩層，橋梁墩柱頂部設(shè)置有鋼筋深入至支座墊石內(nèi)部，如果未預(yù)留鋼筋，應(yīng)進(jìn)行植筋處理。支座墊石的混凝土強(qiáng)度應(yīng)在C30以上。支座墊石的施工是非常重要的一道工序，根據(jù)其功能，必須保證平整度高、強(qiáng)度高。規(guī)范要求，對(duì)于同一梁板，兩端的墊石以及同一橋梁墩臺(tái)上的墊石，應(yīng)必須在同一高程控制范圍內(nèi)。并且，相對(duì)高差應(yīng)保持在±1.5 mm內(nèi)，四角高差為0.5 mm以?xún)?nèi)。

為了規(guī)范施工，保證支座安裝位置準(zhǔn)確。S341省道指揮部要求，在墊石施工前以及支座安裝前，均應(yīng)進(jìn)行支座墊石放線和支座放線，支座放線時(shí)，不僅僅要放出中線，還需要放出支座的邊部切線，以利于在安裝調(diào)整時(shí)利于觀測(cè)。

在支座安裝時(shí)的任何工序，都必須確保支座不出現(xiàn)較大的剪切變形量。支座安裝不能脫空，并保證在二期荷載前，不允許車(chē)輛通行[5]。

S341省道別橋大橋墩臺(tái)設(shè)計(jì)時(shí)，綜合考慮了未來(lái)橋梁預(yù)后發(fā)展。因?yàn)椋绻麡蛄哼吰略O(shè)置過(guò)陡，或者更換支座的操作空間不足，就會(huì)產(chǎn)生質(zhì)量隱患，因此全線橋梁支座設(shè)計(jì)均考慮了邊坡坡度。另外，支座的并排安放也有規(guī)定，不用型號(hào)的支座不允許安裝在同一排，設(shè)計(jì)時(shí)遵循了這一點(diǎn)。

在S341省道施工時(shí)，支座錯(cuò)放和漏放也是經(jīng)常見(jiàn)到的現(xiàn)象，因此，在支座安裝就位以后，還需要技術(shù)人員做一次檢查，如四氟滑板支座是否錯(cuò)放，是否涂油，是否位置偏差過(guò)大等。

2.3 工地使用時(shí)易出現(xiàn)的問(wèn)題

通過(guò)對(duì)部分高速公路板式橡膠支座的實(shí)際使用情況進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)施工單位在支座的安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)較多問(wèn)題，S341省道在施工前期也出現(xiàn)了一些問(wèn)題。

S341省道新昌中橋梁底支座安裝位置平面與墩臺(tái)處支承墊石上表面夾角過(guò)大，造成支座單邊受力，因而支座局部變形嚴(yán)重。如果繼續(xù)增加恒載和汽車(chē)活載，梁體會(huì)繼續(xù)發(fā)生撓曲變形，這樣會(huì)加大梁底的傾角，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成板式橡膠支座單邊脫空。因此，在新昌中橋施工時(shí)，施工單位著重做了這方面的技術(shù)方案，確保安裝質(zhì)量。

另外，新昌中橋還存在梁體預(yù)制時(shí)，梁靴處的模板平整度不夠。

這樣，當(dāng)梁體制成以后，在支座安裝位置就會(huì)形成局部凹陷，支座安裝就位后，首先支座邊緣會(huì)受力，而中部后受力，這樣就會(huì)造成支座受力不均，同時(shí)邊緣局部變形過(guò)大，使板式橡膠支座的波紋狀凸凹現(xiàn)象更為明顯。

在S341省道施工初期，由于許多施工單位自己加工滑板支座的配套鋼板，通常達(dá)不到支座的設(shè)計(jì)要求，既不銹鋼板的表面光潔度和平面度達(dá)不到要求，這樣容易造成支座滑移時(shí)阻力增大，支座發(fā)生較大的剪切變形。

綜合以上原因，由于支座受力面平整度不夠，所以無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量支座的平均壓縮變形，只能測(cè)量支座的局部變形。

對(duì)于這些問(wèn)題的解決，可以通過(guò)墊石與支座關(guān)聯(lián)處平行要求，對(duì)梁體進(jìn)行調(diào)整，也可以通過(guò)對(duì)受力均勻性進(jìn)行觀測(cè)進(jìn)行調(diào)整，還可以通過(guò)接觸面環(huán)氧材料整平來(lái)達(dá)到預(yù)期效果。

2.4 支座的養(yǎng)護(hù)

S341省道施工完成后的運(yùn)營(yíng)期間，由于施工控制良好，未發(fā)生重大的支座問(wèn)題。但是在運(yùn)營(yíng)期間，支座的受力是非常大的，因此，必須進(jìn)行經(jīng)常性的檢查和維護(hù)，如果出現(xiàn)偏壓、剪切、破損、裂縫等，應(yīng)進(jìn)行更換。對(duì)于板式橡膠支座和F4支座應(yīng)檢查如內(nèi)容。

(1)支座是否出現(xiàn)滑移及脫空現(xiàn)象；

(2)支座的剪切位移是否過(guò)大(剪切角應(yīng)不大于35°)；

(3)支座是否產(chǎn)生過(guò)大的壓縮變形；

(4)外側(cè)橡膠層有沒(méi)有裂縫、強(qiáng)酸堿腐蝕等，及時(shí)做好記錄并拍攝照片。

(5)支座各層加勁鋼板之間的橡膠板外凸是否均勻和正常；

(6)聚四氟乙烯板非常容易與橡膠層剝離并出現(xiàn)破損，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)滑板支座的檢查，包括位置移動(dòng)。

清潔工作是一項(xiàng)支座保養(yǎng)的重點(diǎn)工作，對(duì)于支座附近的部位，需要進(jìn)行經(jīng)常性的清潔檢查。

支座偏壓會(huì)出現(xiàn)局部脫空，剪切變形過(guò)大，會(huì)造成耐久性降低，這些都是需要注意的事項(xiàng)。

3 結(jié) 語(yǔ)

橡膠支座作為橋梁重要的承力部位，從設(shè)計(jì)、施工到運(yùn)營(yíng)維護(hù)，都需要進(jìn)行質(zhì)量檢查和質(zhì)量控制，在溧陽(yáng)境內(nèi)的國(guó)省干線通過(guò)各個(gè)環(huán)節(jié)的有效把控，橋梁質(zhì)量服役良好，迄今未發(fā)現(xiàn)一例破損支座。