常用桥梁支座病害原因及更换方法 李佳颖，吴广文 （江西赣粤高速公路股份有限公司，江西南昌３３００００） 摘要：桥梁支座是连接桥梁上部和下部结构的重要构件，然而在其使用过程中由于荷载、施工 等原因会产生不同种类的病害。本文主要介绍了桥梁支座的分类方法，总结了球形钢支座、板式 橡胶支座等几种常见支座的病害类型和产生病害的原因，介绍了现有的支座更换方法和步骤，并 提出了一种更换支座前预先调整桥梁上部结构姿态的新理念，对实际工程中桥梁支座的更换具有 指导意义。 关键词：桥梁支座；病害；姿态调整；更换 Ｏ前言 座和固定支座：按支座的结构形式分为弧形支座、 摇轴支座、辊轴支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支 座、球形钢支座和钢支座。其中最为常用的是球形 钢支座、板式橡胶支座和盆式橡胶支座。 １．１球形钢支座 桥梁支座是连接桥梁上部和下部结构的重要 构件，对桥梁结构的安全性和正常使用有着不可忽 视的重要作用，包括将桥梁上部结构的竖向力和水 平力传递给下部结构，保证桥梁上部结构在荷载、 温度变化下的自由变形等ｌｌＪ。然而桥梁支座在使用 大跨度桥梁的发展对桥梁支座承载能力和转 动性能提出了更高的要求，为满足大跨度桥梁大位 移和大转角的要求，开始采用球形钢支座。球形钢 支座由上下座板、凸形中间钢板及两块不同形状的 过程中，由于汽车超载、施工质量不合格、养护不及 时等原因会产生不同种类的病害，使支座正常传递 结构受力受到阻碍．从而导致桥梁上部结构受力与 聚四氟乙烯板组成。球面与凸形中间钢板对应，中 间通过一块聚四氟乙烯板实现支座的转动，上座板 上的不锈钢板与中间钢板上的平面对应，中间是另 一设计值不符，从而引发桥梁结构其他病害，严重的 可能会威胁桥梁结构安全，因此，加强对桥梁支座 养护管理，及时发现病害，及时维修和更换支座对 四氟板，实现支座的滑动。球形钢支座具有承载 保障桥梁结构安全有重要作用。本文对几种常用支 座的类型、病害种类及原因等都进行了归纳总结， 对今后桥梁支座安装、使用和养护有指导作用，严 能力大、允许支座位移大、转动灵活等特点，对于转 角需求大的结构，其适用性较强，特别适用于宽桥、 曲线桥，且由于承压部件不使用橡胶件，不存在橡 胶低温脆性、老化等影响，特别适用于低温地区，最 低可用于一４００（２低温环境。鉴于球形钢支座各向允 格保障桥梁在使用过程中的安全闭。 １桥梁支座种类 随着桥梁的发展，其种类增加，而桥梁的支座 类型也越来越多，根据不同的分类形式有许多种类 的支座 按照支座变形的可能性可分为固定支座、 单向活动支座和多向活动支座；按支座所用材料分 许位移大且均匀的特点，在实际工程中根据工程具 体要求设计成双向滑动支座、单向滑动支座和固定 支座［３１。 近年来，球形钢支座在杭州萧山国际机场、唐 山火车站等各类大型空间钢结构中得到广泛应用， 在南京长江二桥、上海卢浦大桥、珠海横琴大桥等 为钢支座和橡胶支座；是否带滑动能力分为滑动支 作者简介：李佳颖（１９８１一），女，江西南昌人，江西省广播电视大学专科毕业，助理工程师，主要从事项目管理Ｔ作。 · ５ · 桥梁中早已投入使用。 １．２板式橡胶支座 板式橡胶支座由多层橡胶片和薄钢板组合而 成，各层橡胶与钢板之间经镶嵌、粘合、硫化牢固粘 结成一体，利用橡胶的不均匀弹性压缩实现转动， 利用其剪切变形实现水平位移。其竖向刚度大、能 承受较大的垂直荷载并可靠地传递给墩台，弹性 好，可适应梁端的转动；变形能力强，可以弹性吸收 上部结构各方向的变形。且具有构造简单、易于安 装更换、价格低廉、养护方便等特点。 板式橡胶支座在中小跨度桥梁中应用广泛，主 要分为普通板式橡胶支座和四氟板式橡胶支座。其 中，普通板式橡胶支座主要应用于跨度位移都较小 的桥梁，其平面形状可根据桥梁结构选择：而四氟 板式橡胶支座则主要应用于大跨度、大位移的桥梁 结构。 １．３盆式橡胶支座 盆式橡胶支座由钢构件与橡胶组合而成，其具 有承载能力大、水平位移大、高度小、重量轻、成本 低、转动灵活等优点，是适用于大跨度桥梁的理想 支座类型 相对于板式橡胶支座来说，一般的板式支座无 侧向压力、抗压强度低，在使用过程中其剪切变形 和水平位移与支座厚度相关，支座厚度越大则位移 越大。当板式橡胶支座不能满足位移和承载能力的 要求时，可采用盆式橡胶支座。 盆式橡胶支座与球形钢支座结构类似。区别在 于盆式橡胶支座的转动是通过钢盆中橡胶的转动 来实现的，其转动弯矩与橡胶的直径、厚度等特性 有关，由于橡胶的厚度存在一定的限制。因此盆式 橡胶支座的转角也不能超过限值。而球形钢支座的 转动是通过钢板或球面与聚四氟乙烯板之间的摩 擦实现的，只需要克服钢板或球面与聚四氟乙烯板 之间的摩擦力，可以实现较大的转动。 ２支座病害主要种类 桥梁在运营一段时间后由于支座选择不合理、 施工问题或养护维修不及时等原因会产生不同种 类的病害，下面对３种常用支座的病害种类进行介 绍。 ２．１球形钢支座主要病害 球形钢支座的病害主要有支座挡板螺栓被剪 ·６· 断、支座上板倾斜、支座聚四氟乙烯板窜出ｆ４ｊ。 ２．１．１支座挡板螺栓被剪断支承垫石处有积水会 导致支座处螺栓锈蚀，锈蚀后的螺栓受力面积变 小．相同荷载下应力增大，螺栓容易被剪断。而荷载 过大导致传递到支座处的水平力增大也是支座锚 栓折断的主要原因之一。在安装过程中由于预留孔 位置对不上，采用其他方法安装时也会导致螺栓收 到伤害，造成螺栓在运营过程中容易被剪断。支座 上表面与梁底或支座下表面与垫石之间存在空隙， 贴合不密实，也会导致支座受力不均，导致螺栓受 力不均，首先折断。 ２．１．２支座上板倾斜在施工过程中混凝土不密实 或垫石表面不平整会导致支座上板倾斜，支座受力 不均。 ２．１．３支座聚四氟乙烯板磨损或窜出支座聚四氟 乙烯板窜出有一只角窜出、两只角窜出和整条边沿 一个方向窜出。安装之前就已产生错位却未经过调 整，也可能是由于施工问题或支座挡板宽度不足所 致。聚四氟乙烯板磨损是指聚四氟乙烯板和不锈钢 之间滑动或转动引起的磨损，会直接影响支座的使 用寿命。 ２．２板式橡胶支座主要病害 板式橡胶支座的病害种类很多。常见的几种主要包 括支座脱空、支座剪切变形过大、橡胶老化开裂、钢 板外露、支座本身质量问题等等 ６］。 ２．２．１支座脱空支座上顶面与梁底面或支座下底 面与梁顶面之间出现较大缝隙时，即为支座脱空。 板式橡胶支座的支座脱空分为局部脱空和完全脱 空两种。当缝隙大于支座边长的２５％时，称为局部 脱空；当缝隙与支座边长相等时，称为完全脱空。支 座脱空是支座垫石不水平或表面不平整导致的。也 可能是垫石强度过低被压碎所致，在施工过程中支 座安装时温度不当．梁体发生较大变形也会导致支 座脱空，施工工艺不当也会导致支座出现脱空的病 害。 ２．２．２支座剪切变形过大支座本身的质量问题不 足导致支座的抗剪强度降低，在相同荷载下会产生 更大的剪切变形，降低结构安全性。若安装过程中 的温度过高或过低，桥梁在使用过程中随着温度的 变化，会产生徐变，支座在汽车制动力和因温度变 化产生力的综合作用下，产生较大的剪切变形。 ２．２．３橡胶老化开裂橡胶老化开裂是一种常见的 支座病害，会降低支座弹性，导致支座失去原有的 伸缩和转动的能力，其产生原因不仅是支座本身的 质量问题导致。还有可能是支座脱空等其他病害衍 生而成，荷载过大、施工问题也会导致橡胶支座出 现裂缝，支座开裂是支座病害中最常见的问题。 ２．２．４钢板外露钢板尺寸不合格、定位不准确等导 致钢板边界保护层厚度不足，容易出现裂缝。通过 的支座受力不均所造成的，对于此类原因，解决支 座病害应先调整上部结构姿态，否则更换后的新支 座也必然会出现与先前病害支座相同的病害状况， 因此在桥梁支座更换过程中应首先了解桥梁的姿 态状态，再进行支座更换。 ３．１桥梁姿态调整 了解桥梁上部结构实际姿态是否正常可通过 测量高程或实测支座反力来实现，该方法主要通过 测量支座反力来实现桥梁姿态测量。通过分油阀调 裂缝可以目测到橡胶支座中的薄钢板或采用钢尺 敲打时有明显金属撞击声，表明出现钢板外露的现 象。钢板外露在自然环境中容易引起锈蚀，影响支 座的使用性能。 ２．２．５支座本身质量问题支座质量问题可能是支 座制作工艺不成熟、材料缺陷，或支座在运输过程 中受到污染等原因。支座本身的质量问题会导致支 座产生各种异常的变形，可能会造成桥梁因变形产 生附加内力，降低桥梁结构的安全性能。 ２．３盆式橡胶支座主要病害 盆式橡胶支座由于橡胶在盆内受到侧向限制， 可承受相当大的压力，盆式橡胶支座常见的病害类 型有钢板锈蚀、锚栓松动、底盆开裂等［７１。 ２．３．１钢板锈蚀钢板锈蚀是盆式橡胶支座最普遍 的一种病害情况，可在钢板上喷涂涂料或镀锌以做 好防腐蚀工作，保证钢板正常使用。但钢板在运输、 使用过程中涂料不可避免的会剥落，剥落位置的钢 板仍会出现锈蚀，因此应加强后期对支座的养护工 作。 ２．３．２锚栓松动盆式橡胶支座的上座板通过螺栓 与梁底连接，下座板通过螺栓与支座垫石连接，支 座需要承受来自上部结构的水平和竖向力并传递 给下部结构，导致支座在使用过程中容易出现松 动。 ２．３．３底盆开裂底盆开裂病害是一种较为常见的 病害类型，设计、施工和底盆本身质量原因都会导 致底盆开裂。 支座病害受支座本身质量和施工影响很大，因 此为保证支座在使用过程中的质量，应严格把控支 座的质量关．严格控制支座的施工工艺和要求，保 证支座的正常工作。 ３支座更换办法 桥梁支座病害产生的原因，除去上述荷载和施 工等原因外，也可能是桥梁上部结构出现扭转导致 整各个千斤顶力大小，使桥梁支座反力与最初设计 值相符。流程图如图１。调整后的桥梁在更换新支座 后若存在空隙，则通过增插钢板来解决。并记录下 姿态调整过程中的顶升高度ｈ顶，并计算新支座在 设计反力下的弹性变形ｈ弹，旧支座变形后高度为 ｈ旧支座，新支座变形前高度为ｈ新支座，则钢板厚 度ｈ钢板为： ｈ钢板＝ 顶＋ 旧支座一ｈ新支座＋＾弹（１—１） 若相差不大，则不需要调整桥梁姿态。 通过实测桥梁支座反力与原设计反力对比，若 两者不符且差异较大，则说明桥梁上部结构姿态需 要调整．会影响桥梁支座的受力状态。 图１桥梁姿态调整流程图 ３．２支座更换 当桥梁支座病害可能会对桥梁结构的安全造 成影响，且不可修复时，就需要更换现有的桥梁支 座。现有的支座更换方法有很多，大多数都采取将 主梁顶起的施工方法，主要有局部顶升和多跨同步 顶升 ９１。 多跨同步顶升是指多个跨度主梁同时顶升，能 够最大可能的减小顶升对梁体的扰动，梁体内力分 配均匀，受干扰小。缺点在于对设备的要求高，且设 备布置繁琐、工作量大。局部顶升是只顶升需要更 换支座部分的桥台，该方法工作量小，但由于顶升 ·７ · 跨的梁体位移大，对桥梁内部的内力扰动大。在顶 升前要对结构的安全性进行验证。在保证结构安全 的前提下可行。支座更换主要分为如下９个步骤： （１）搭设支架、施工平台； （２）台帽、盖梁顶面清理。清理台帽和盖梁顶面 桥梁支座在使用过程中由于施工或荷载等原 因会产生病害，本文介绍了桥梁支座的不同分类方 法及球形钢支座、板式橡胶支座、盆式橡胶支座３ 种常用支座，总结了这３种常用支座的主要病害类 型及病害原因，指出支座病害受支座本身质量和施 工影响很大，为保证支座质量需要严格把控支座的 质量和施工工艺。提出支座病害可能是桥梁上部结 构出现扭转导致的支座受力不均所造成，应调整桥 梁上部结构姿态，从根本上解决问题后再进行支座 更换。否则新支座仍会出现相同病害。并分析了常 用的局部顶升和多跨同步顶升两种支座更换方法 的杂物，保证更换支座时作业面的干净； （３）支座调查与复检。确认和检查需要更换的 支座部位，复核支座型号，保证更换后的支座复核 设计要求： （４）千斤顶、百分表安放与设置。应有专人在顶 升构成中记录读数： （５）顶升系统调试。调试检查顶升系统是否存 在异常： 的优缺点，给出支座更换步骤。 参考文献： （６）试顶。首先检查千斤顶安装是否牢固，启动 顶升系统，并观察梁体受力状况，如有异常应立即 停止，试顶正常后平稳落梁： （７）梁体顶升。梁体顶升过程中应分级顶升，并 …１夏冬升，李承华．浅谈桥梁支座的分类 黑龙江交通科技， ２００９（１ ０）． ［２］张景堂．高速公路盆式橡胶支座病害分析与施工方法［ＪＪ． 交通标准化，２０１４，４２（１）：３９—４２． ［３】薛诗东．球型钢支座在建筑结构 程中的应用［ＪＪ．建筑施 ＿丁，２００５，２７（１１）：３１－３４． 在顶升过程中用位移传感器严格控制梁体顶升位 移情况，观测人员记录并反馈数据，顶升到位后将 梁体由千斤顶转移至临时支撑上： （８）支座更换。取出旧支座，清洗支座表面垫 石，放入新支座，检查新支座各项指标，保证满足规 范要求： ［４］肖明．球型支座常见病害及防治方法探讨【Ｊ］．国防交通工 程与技术，２０１６（Ｚ）：４６—４８． 【５】韩之江．桥梁板式橡胶支座病害原因分析及防治措施『Ｊ】 ＿山东交通科技，２００８（１）：５９—６１． ［６］张志金．桥梁板式橡胶支座病害分析及对策【Ｊ］＿城市道桥 与防洪，２０１０（５）：１３１－１３３． ［７］李红专，杨国梁．桥梁盆式橡胶支座的安装与更换【Ｊ］．铁道 建筑技术，２００９￣）：２３—２６． ［８］高冉，刘其伟．局部顶升在桥梁拼宽支座更换施 中的应 用Ⅲ．现代交通技术，２０１２，９（１）：５２—６７． （９）落梁。在梁体两侧加塞木块，开启同步顶升 系统，缓慢平稳降落梁体。 在实际桥梁顶升方案选择时，应先建立相应的 有限元模型，对两种情况下的变形和受力情况对 比，确定桥梁顶升位移限值，从结构受力和工作量 等各个方面选择合适的顶升方案。 ［９］杨艳丰．浅谈桥梁整体顶升技术 林业科技情报，２０１ １，４３ （２）：ｌ１３—１１４． ４结语 （上接第４页） 程施工质量存在的一些缺陷，及时提醒施工单位加 以修复或加固处理，为确保该隧道施工质量提供了 技术保障。 参考文献： ［１］梁缄鑫．地质雷达检测技术在隧道衬砌质量检测中的应用 ［ＪＪ．铁道建筑．２００５（１ １）：７２—７４． 程质量．２００７．（２１：１７—２２． 【３】陈培德．地质雷达检测技术在隧道衬砌质量检测中的应用 『ＪＩ．中外公路．２０１０（４）：１８２—１８５． 【４】秦强，左风春，尹建民，肖国强．锚杆声波反射法质量检测 的数值模拟分析【ＤＪ．长江科学院院报．２０１０（１２）：４７—５ １． 【５］吕康成．隧道工程试验检测技术【Ｍ］．北京：人民交通 版 社．２０００：９７—１ １ １． ［２１李沫，贾俊凤．地质雷达技术在隧道质量检测中的应用【Ｊ］． · ８ ·
