高速公路梁式桥支座问题分析研究

高速公路梁式桥支座问题分析研究

摘要 随着我国高速公路事业不断发展，高速公路桥梁的地位越发重要，而在高速公路桥梁当中，梁式桥的数量占了绝大部分，伴随着桥梁投入运营使用，同时也产生了许许多多的问题，支座病害成为了一个非常普遍且对桥梁影响较大的问题，但是普遍重视程度不够。通过对支座病害的有限元模拟，分析支座病害对桥梁的影响，通过对已建桥梁的支座病害调查分析，针对梁式桥梁的支座设计、施工、管养中存在的问题进行研究，同时提出一些防治措施，为以后的桥梁支座方面设计施工和管养提供借鉴。

关键词 梁式桥；支座病害；有限元

随着我国高速公路事业的迅猛发展，高速公路桥梁已成为高速公路不可分割的一部分，特别是在山区高速公路中，桥梁不论是数量、还是建设投入都占有很高的比例，而其中梁式桥梁占据着绝大多数，尤其是简支连续桥梁，其具有伸缩缝数量少、行车舒适、施工简便等优点，使其往往成为高速公路桥梁设计中的优先方案。在梁式桥梁的使用过程之中，出现了许多问题，其中支座病害成为一个比较突出的问题。但是在桥梁建设过程中对支座的重视程度不够，导致支座在设计、施工和管养方面都存在着一些问题。

桥梁支座是桥梁上部结构和下部结构质之间的连接构件，在桥梁使用过程中起到了举足轻重的作用：1)将荷载传至下部结构，并具有一定的支承作用；2）具有一定程度上的位移和抵抗变形的能力，在桥梁主梁使用过程中受到活载、温度力、收缩徐变产生的变形和位移时，起到缓冲作用；3）在车辆荷载作用下具有一定程度上的减震作用；4）有一定的抗震、抗风作用。但是在支座的设计、施工和管养中往往对支座的重视程度不够而导致的一系列病害和问题的产生。

1 梁式桥梁支座病害和模拟分析

1.1 支座常见病害

支座在施工和使用过程中往往容易出现病害，常见病害类型如下：

1）支座安装倾斜；

2）支座老化开裂外鼓；

3）支座变形及变位。包括支座纵向、横向的剪切变形，支座滑移等。

4）支座约束改变

包括支座被混凝土包裹、支座被杂物覆盖、支座安装时临时限位装置未拆以及支座安装错误等等。

1.2 支座病害模拟分析

以实际高速公路简支连续桥梁为依据，建立有限元模型，模型见图1。

图1 简支连续梁桥模型

对支座脱空以及支座形式改变进行模拟分析得出结果如下：

1）边墩支座脱空会导致：由于桥梁上部为整体性结构，脱空梁体应承受的弯矩通过横向连接系的作用向两边梁体传递，使其他梁体所受到的弯矩大大增加；

2）次边墩以及中墩支座脱空会导致：次边墩支座脱空时，支座失去本来的弯矩卸载作用，在脱空处，原本出现的负弯矩区被正弯矩代替，虽然通过桥梁横向连接系的整体受力重新分配，在支座负弯矩区的正弯矩也非常大，对桥梁纵向现浇连接段会造成严重影响。

对支座各种原因因导致的约束形式改变，即原本的活动支座变为固定支座，进行模拟得出结果如下：

活动支座在由于病害原因和施工原因变为固定支座时，支座在温度力、车辆荷载以及恒载的作用下对桥梁梁体的影响并不明显，但是在对桥梁使用状态的调查分析中我们可以看到，桥梁支座病害往往是许多种病害同时出现，在各种综合因素影响下对桥梁的影响可能较大，因此建议在对桥梁管养的过程中，对桥梁支座被混凝土包裹、施工错误导致的约束改变进行及时的维护，以保证支座的正常使用功能。

2 支座病害成因分析

支座病害是由多方面因素影响产生的，不单单只是施工过程中的问题，用过对高速公路梁式桥梁的调查分析，支座病害的产生也有设计以及管养上的因素。

1）支座老化开裂

支座老化开裂是较为普遍的病害之一，支座在使用过一定年限之后就会出现老化现象，通常表现为橡胶支座外鼓、开裂，钢板外露等。其产生的原因是由于橡胶支座在使用过程中的正常磨损；或支座施工时疏忽导致防尘罩脱落或者破损加速了支座的老化；另一方面是由于桥梁使用过程中交通量不断增大而导致的支座老化加剧。

2）支座变形及变位

支座变形及变位通常由于施工过程中的疏忽而导致支座安装倾斜，在恒载和车辆荷载作用下使得支座受到水平分力的作用，使得支座出现位移，严重的会导致支座滑移并锁死，并且可能导致墩柱同样受到水平力的作用而产生位移，从而产生危害更大的病害，导致桥梁使用状况较差。施工过程中，尤其是在支座安装完毕吊装主梁的时候，由于施工中或多或少的操作不当，在落梁时支座会产生一定的初始剪切变形。如果剪切变形较大应采取措施纠正，以免支座在使用过程中变形进一步加剧。

3）支座脱空

支座在施工时的调平程度对支座脱空影响较大，简支连续梁桥在设计时如果采用双支座形式，应对其作以特殊说明，对支座在施工中应采取的防止支座脱空措施进行说明和强调。施工过程中应对支座进行准确的调平，采取相应措施保证双支座安装质量。

桥梁在设计过程中，对支座的重视程度往往不够，部分设计往往只给出支座的样式供施工单位参考，对支座的布置、型号以及相关措施说明不够详细，加之施工单位往往凭借经验判断，没有针对桥梁的综合情况考虑，导致支座在桥梁建成时就有缺陷，从而容易产生支座类的病害。

桥梁在施工中，施工单位往往对桥梁上下部结构重视程度较高，对支座的认识以及重视程度远远不够，在施工过程中常常出现支座安装错误、安装缺陷、安装过程中的缺损等情况，是支座病害产生的较为直接的因素。

在今后的桥梁建设过程中应对支座持有足够的重视，设计时应综合考虑各方面因素，对支座设计更完善更详尽；施工时更加精细，安装过程应严格按照设计和规范进行，并采取相应措施保证施工质量，吊装过程中减小支座的初始变形，以减少支座初始的缺陷；在桥梁管养中应加强对支座的检查，对桥梁支座的使用状态做出详细的记录，以便于支座在危险状态下能够及时采取措施。

3 结论

本文对支座病害进行模拟，分析了支座病害对桥梁结构的影响，强调支座的重要程度，并引起设计、施工以及管养的重视，从设计、施工和管养的角度对支座病害进行了分析，对今后的桥梁设计、施工和管养中关于支座的部分提出了建议，对今后的建设和管养有一定借鉴意义。

参考文献

[1]张志金，赵张飞.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).

[2]邱乾洲.国道G105线中山市东凤至沙朗段桥梁病害浅析及维修方案介绍[J].建筑知识，2010(S2).

[3]陈书平,李传习.新建桥梁橡胶支座的常见病害分析[J].山西建筑，2009，35(4)：328-329.