浅谈公路桥梁橡胶支座的常见病害成因
分析
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及对策
成联艾
云南省公路工程监理咨询公司
摘要:普通板式橡胶支座在使用过程中,由于材料质量以及老化、设计和施工的原因,经常出现相交老化开裂、钢板外露、不均匀鼓凸与脱胶、脱空、剪切超限和支座位置串动等病害;盆式橡胶支座缺陷类型包括钢件裂纹和变形、钢件脱焊、锈蚀、聚四氟乙烯滑板磨损、支座位移超限、支座转角超限和锚栓剪断等。这些病害除了材料质量问
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需要生产厂家进行改良,主要是施工单位在支座安装时未重视坡型支座的合成坡度方向,随意安装,导致支座偏压而产生不同变形;由于支承垫石标高不准,预制梁产生横向滑移而对支座产生剪切;未将支座按设计及规范要求稳固地粘贴在垫石上,致使吊梁时随意拖动支座,导致方向、位置不准而不能均匀受力;不熟悉盆式支座的安装方法、纵横限位概念模糊或施工管理不到位导致。需要认真熟悉规范,严格按施工规范和操作规程施工。
关键词:橡胶支座;病害;对策
一、桥梁支座在我国的发展
在20世纪60年代以前,我国的公路、铁路桥梁上常不设支座或仅设置钢支座,随着桥梁建设事业的发展,各种桥式大跨度桥梁不断涌现,因而对桥梁支座的承载能力、对支座的位移和转角能力的要求不断提高,从而促进了桥梁支座的发展。在20世纪60年代以来,我国先后在桥梁上推广应用了扳式橡胶支座、盆式橡胶支座和球形支座等新型支座,并取得了良好的经济技术效益。与此同时,结合工程需要开发了高度可调的板式橡胶支座、水平盆式橡胶支座、抗震盆式橡胶固定支座、盆式橡胶测力支坐及承载力达15000t的巨型支座等。
随着交通运输业的发展,各种斜桥越来越多,梁体魄度从1%~4%不等,有的特殊桥梁设计甚至达到8%左右。斜桥由于倾斜或桥面逐渐升高,就给支座的设计准则增添了更多的因素,一部分垂直于桥面的作用力作用于支座的剪切面上,如果设计未迎合这些力的需要,支座就会产生过大变形,影响其使用性能和
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寿命。以往对梁体纵坡1%
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面形成的龟裂裂纹。一般板式橡胶支座经一定使用年限后,均会出现表面的龟裂裂纹,但裂纹宽度和深度均不大。但是下图支座在使用一年后就出现大量的起鼓、开裂,支座本身质量问题占很大比例。
2、钢板外露是指由于橡胶龟裂或支座制作不佳使板式橡胶支座内部的钢板外露。
3、不均匀鼓凸与脱变发生在橡胶与钢板粘结破坏时。通常板式橡胶支座在荷载作用下,钢板之间的橡胶向外发生均匀的凸起属正常现象。当橡胶与支座内加劲钢板粘结不良,在荷载作用下发生钢板与橡胶脱胶,引起不均匀的鼓凸,严重时就会出现起鼓开裂甚至爆裂。
4、支座脱空:
脱空是指板式橡胶支座与桥梁底面及支承垫石顶面出现的缝隙大于相应边长的25%。通常板式橡胶支座使用时,应通过转台计算,使支座顶底面与桥梁全面积接触。局部脱空一方面造成支座压应力增加,另一方面支座脱空部位与外界空气接触,容易产生橡胶老化。
支座脱空是目前支座安装上存在最普通和严重的质量问题之一。主要是由于支座底部砂浆块开裂松散及墩台顶面不平造成的底面局部脱空,顶部完全脱空,局部脱空及支座的缺失。某个支座脱空将造成其他支座受力过大,影响支座的耐久性,此外,可能会使上部构造受力不均,对结构产生不利影响。支座脱空产生的主要原因是:
1)、墩台顶支座垫石标高控制不当
2)、梁体预制时梁端三角楔形块不平,尤其是斜交板梁较难控制
3)、垫石强度过低,受压后垫石破碎,引起脱空
4)、支座安装温度选择不当,安装时气温过高或过低,后期梁体伸缩过大导致支座出现难以恢复的纵向一侧较明显的半脱空。
5、支座变形过大
支座变形是指压缩变形和剪切变形,剪切超限是指板式橡胶支座在最高及最低温度条件下的最大恒载剪切变形tan >0.45.变形过大有支座本身质量和安装质量两方面原因。支座本身质量问题是指支座抗压弹模量大小主要影响支座在各级荷载下的竖向变形,而各种结构对竖向变形的适应性不同,过大的竖向变形可能对连续梁等上部构造产生极为不利的附加内力,有时与下部构造的竖向位移叠加后总位移可能超出设计控制范围。导致结构的破坏。支座安装时也会引起支座初始变形过大,从耐久性来说是不好的,剪切变形越大越不好,长时间过大变形将加速橡胶老化,会降低支座使用寿命。过大的变形产生原因主要有:
1)、由于同一梁体有的支座完全脱空导致个别支座手里过大而引起初试变形过大。
2)、安装湿度过高,过低,随环境温度变化,混凝土胀缩、徐变和汽车制动力的作用引起过大剪切变形。
3)、桥梁纵坡设计过大导致纵向剪切变形过大。
6、支座的串动是由于支承垫石不平,造成支座局部承压,引起支座位置串动,严重时可能会造成个别支座脱落。
7、支座偏位
支座偏位是面前支座安装上存在最普遍的问题,分为纵向偏位和横向偏位,严重的支座偏位将造成支座不均匀受力,梁体受力附加内里过大等病害。支座偏位产生的原因主要是支座或垫石放样不
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,应该在支座安装时进行校核。如垫石位置有较小偏差,可采用环氧砂浆进行调整,如偏差过大,应重新浇筑垫石。
二)、盆式橡胶支座
盆式橡胶支座缺陷类型包括钢件裂纹和变形、钢件脱焊、锈蚀、聚四氟乙烯滑板磨损、支座位移超限、支座转角超限和锚栓剪断等。盆式支座出现的问题主要是施工单位不熟悉安装方法、纵横限位概念模糊或施工管理不到位导致。
1)、钢件裂纹和变形是指盆式橡胶支座的钢件中出现肉眼可见的裂纹,以及支座钢板在荷载作用下发生翘曲。
2)、聚四氟乙烯板磨损指盆式橡胶支座中由于聚四乙烯和不锈板和不锈钢滑板之间平面滑动所产生的磨损。磨损程度用测量聚乙烯办的外露高度来表示。
3)、支座位移超限是由于设计及安装不当造成支座聚四氟乙烯板滑出不锈钢板板面范围。
4)、支座转角超现实由于设计及安装不当造成支座转角超过相应荷载作用下最大的预期设计转角。支座转角应由盆式橡胶支座顶
底板之间的最大和最小间隙求出。
5)、支座非正常约束:这与支座本身质量无关,主要是施工过程处理不当造成。
四、对策
由于这些病害除了材料质量问题需要生产厂家进行改良,主要是施工单位在支座安装时未重视坡型支座的合成坡度方向,随意安装,导致支座偏压而产生不同变形;由于支承垫石标高不准,预制梁产生横向滑移而对支座产生剪切;未将支座按设计及规范要求稳固地粘贴在垫石上,致使吊梁时随意拖动支座,导致方向、位置不准而不能均匀受力;不熟悉盆式支座的安装方法、纵横限位概念模糊或施工管理不到位导致。因此需要认真熟悉规范,严格按施工规范和操作规程施工。使用过程中出现这些病害,就需要逐一分析原因,并进行相应的处理,甚至更换。
一)、板式橡胶支座安装时,应注意下列事项:
1、橡胶支座在安装时,应检查产品合格证书中有关技术性能指标,如不符合设计要求时,不得使用。
2、支座下设置的支承垫石,混凝土强度应符合设计要求,顶面要求标高准确,表面平整,在平坡情况下同一片梁两端支承垫石水平面应尽量处于同一平面内,其相对误差不得超过3mm,避免支座发生偏歪、不均匀受力和脱空现象。
3、安装前应将墩、台支座垫石处清理干净,用于硬性水泥砂浆抹平,并使其顶面标高符合设计要求。
4、将设计图上标明的支座中心位置标在支承垫石及橡胶支座上,橡胶支座准确安放在支承垫石上,要求支座中心线同支承垫石中心线相重合。
5、当墩、台两端标高不同,顺桥向有纵坡时,支座安装方法应按设计规定处理。
6、吊装梁、板前,抹平的水泥砂浆必须干燥并保持清洁和粗糙。梁、板安放时,必须仔细,使梁、板就位准确且与支座密贴,就位不准时,或支座与梁板不密贴时,必须吊起,采取措施垫钢板和使支座位置限制在允许偏差内,不得用撬棍移动梁、板。
7、梁、板就位准确且与支座密贴后,应及时将纵横向相邻的梁、板进行联系固定,防止梁、板纵横向滑移,从而对支座产生剪切作用。
8、支座安装时必须考虑安装时的工作环境和温度影响,选择适宜的安装温度和湿度是必要的。
9、预制梁产生制作时,应严格按设计图纸的纵坡和横坡、正斜交角度计算准确设置梁底楔形块,同时必须考虑预应力预制梁张拉起拱对楔形块的影响。
10、若橡胶支座施工过程中出现支座开裂,需要视开裂的严重情况进行处理,轻微的开裂可以采用橡胶专用胶表面涂刷封闭,防止支座内钢板锈蚀。如果开裂严重,钢板外露,则需要制定专项施工
方案
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用顶升法将梁顶起,进行支座更换。
11、若出现偏压、起鼓、剪切变形等情况,病害轻微就不需要处理,病害严重则需要调整支座或者更换。
12、若支座出现局部脱空或全部脱空,可采用不锈钢板垫塞密实。
二)、盆式橡胶支座
支座规格和质量应符合设计要求,支座组装时其底面与顶面(埋置于墩顶和梁底面)的钢垫板,必须埋置密实。垫板与支座见平整密贴,支座四周不得有0.3mm以上的缝隙,严格保持清洁。活动支座的聚四氟乙烯板和不锈钢板不得有刮伤、撞伤。氯丁橡胶板块密封在钢盆内,要排除空气,保持紧密。
1、活动支座安装前用丙酮或酒精仔细擦洗各相对滑移面,擦净后在四氟滑板的储油槽内注满硅脂类润滑剂,并注意硅脂保洁;坡道桥注硅脂应注意防滑。
2、盆式橡胶支座的顶板和底板可用焊接或锚固螺栓时,其外露螺杆的高度不得大于螺母的厚度;现浇梁底部预埋的钢板或滑板,应根据浇筑时的温度、预应力张拉、混凝土收缩与徐变对梁长的影响,设置相对于设计支承中心的预偏值。
3、盆式橡胶支座在现场安装前严禁随意拆卸顶板和底板,安装时保证支座就位准确。盆式橡胶支座在桥梁恒载加载之前,不宜将支座固定铁片拆除。如现浇箱梁梁底的盆式橡胶支座在混凝土浇筑完成后,进行预应力张拉前或底板膜板拆卸前解除固定铁片。
4、支座安装时必须考虑安装时的工作环境和温度影响,选择适宜的安装温度和湿度是必要的。
5、盆式橡胶支座使用过程中发现锈蚀,需要对支支座外表涂刷防锈漆;钢件脱焊需要进行补焊,但是在补焊时必须做好防护措施,应防止烧坏盆内橡胶和四氟板。
6、若盆式橡胶支座使用过程中钢件裂纹和变形、聚四氟乙烯滑板磨损、支座位移超限、支座转角超限和锚栓剪断等病害则需要制定专项方案,对盆式橡胶支座予以更换。
五、结束语
有的设计中也存在一定问题:山区高速公路纵坡较大,路段联长过大,对支座受力不利。桥梁纵坡的影响,四氟板式橡胶支座应布设在上坡一侧联端,且尽量保证水平设置,主要是为了避免梁体向下坡一端爬行而对伸缩缝产生不利影
响。一些桥梁设计单位对桥梁支座选择形式并不了解、支座的布置方式不合理,支座边缘预留宽度不够,支座垫石混凝土标号偏低或垫石加强筋不足,固定用的螺栓、螺母强度不够等都会产生不同的病害。
参考资料
[1]公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)
[2]城市桥梁养护技术规范(CJJ 99-2003)
[3]桥梁工程养护与维修手册人民交通出版社
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