一种特殊结构及大吨位支座设计

周孝林

摘 要：桥梁支座是连接梁上下结构的重要构件，能将桥梁上部结构的反力和变形（位移和转角）可靠地传递给桥梁下部结构。其力学性能及可靠性对桥梁的正常承载和安全性有重要的影响。本文主要对一种特殊设计支座进行设计计算。

关键词：一种特殊设计支座;设计计算;重要构件

1 概述

目前，铁路桥梁标准跨度和常用跨度桥梁支座通用安装图有以下三类：

（1）通桥（2007）8160客货共线铁路常用跨度简支T梁支座，竖向承载力（1 000～3 000）kN共5级;

（2）通桥（2007）8360客货共线铁路常用跨度简支梁支座，竖向承载力（1 000～7 000）kN共12级;

（3）通桥（2009）8361铁路常用跨度连续梁支座，竖向承载力（4 000～45 000）kN共15级。

若支座吨位超过上述使用范围，需要对支座的安装尺寸进行特殊设计，特殊设计原则满足行业标准和规范，并结合桥梁结构需求：

（1）支座必须具有较大吨位支座高承载、高耐磨等特点，以适应荷载相对较大的要求;

（2）根据最新颁布的铁道行业标准TB/T 3320-2013《铁路桥梁球型支座》要求，为了提高球面光洁度及耐腐蚀能力，球冠衬板凸球面拟采用球面包覆不锈钢板取代镀硬铬处理;

（3）为了确保支座外部防护结构耐久、可靠，拟采用“聚四氟乙烯涂覆玻璃布+不锈钢护罩”双层密封防护结构对支座进行保护;

（4）对于钢桁拱支座，其结构形式宜采用倒置布置（即球面向上布置）方案，目的是为了防止支座在发生位移后受力中心发生变化而产生的较大弯矩作用于梁体，对梁体产生不利影响。

2 主要设计内容

2.1 滑板材料的选择

大吨位球型钢支座主体结构由钢构件和高分子滑板材料组成，钢构件按照设计要求进行防腐处理和正常的养护完全能够满足使用寿命要求，大吨位球型钢支座的使用寿命关键在于高分子滑板材料的承载应力和磨耗性能是否满足设计要求[1]。

2.2 球面包覆不锈钢板结构设计

支座球冠衬板凸球面按照TB/T 3320要求采用球面包覆不锈钢板取代镀硬铬层，不仅提高了球面光洁度，减小了转动摩擦因素，而且还提高了支座的耐腐蚀能力，延长了支座的使用寿命。

2.3 双层密封防护结构设计

为了确保支座外部防护结构耐久、可靠，本方案采用了“聚四氟乙烯涂覆玻璃布+不锈钢护罩”双层密封防护结构对支座进行保护。

2.4 钢桁拱支座结构设计

由于钢桁拱上部结构支承重量大，结构型式复杂，结构支点受力的位移影响较大，支座需采用位移面下置的倒置结构设计（即球面向上布置），这样能防止支座在发生位移后受力中心发生变化而产生的较大弯矩作用于梁体，避免对梁体产生不利影响。同时考慮到钢桁下弦节点和支座接触处为钢结构件，为了分配钢结构和支座的受力，支座上设计有载荷分配板，为满足支座滑板材料的均匀受力，根据传力计算要求，按照45°角传递，上部载荷传递到滑板处，应该覆盖整个滑板，可以认为支座滑板受力均匀。

3 设计计算书

3.1 主要材料许用应力

3.1.1 改性超高分子量聚乙烯

改性超高分子量聚乙烯设计容许压应力为，考虑到支座受梁底及支座垫石混凝土局部承压强度的需要，实际取值为45 MPa，计算时不超过实际取值的5%[2]。

3.1.2 钢材

各种钢材容许应力按照TB 10002.3-2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》第7.2条的规定进行选取，实际计算时不得超过钢材容许应力的5%。

3.2 支座主要部件设计计算

3.2.1 改性超高分子量聚乙烯设计计算

另外改性超高分子量聚乙烯摩擦系数、滑板的厚度和外露凸缘高度、球面滑板载荷偏心以及圆心角等按照符合欧洲标准EN1337-2中相关规定进行设计，这里不作详细阐述。

3.2.2 钢构件计算校核

这里主要针对纵向活动支座以及锚固螺栓按照理论强度进行计算。

（1）上支座板挡块设计计算。计算内容包括纵向活动支座挡块弯剪组合应力计算。（2）梁底和墩顶螺栓水平剪力设计计算。锚固螺栓材料为40Cr，并进行调质处理，其强度等级要求达到8.8级。锚固螺栓主要受到剪切应力作用。

3.3 混凝土局部承压校核

在进行混凝土局部承压校核时，通常以混凝土标号墩台顶为C40、梁底为C50，钢件与混凝土的传力扩散角为45°进行计算校核。根据TB 10002.3-2005《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》第5.2.1条的规定，不大于3，混凝土的局部承压容许应力墩台顶为、梁底为。当β=≈2时，混凝土的局部承压容许应力墩台顶为21.6 MPa、梁底为26.8 MPa，再通过在梁体和墩台的支承部位设置钢筋网加劲，则完全满足混凝土局部承压的要求。

D——滑板材料按照45°传力扩散角通过钢件传递到支承垫石或梁底的直径范围（mm）。

4 结束语

桥梁支座作为桥梁工程上、下部结构的连接、传力部件，桥梁支座的优、劣直接影响桥梁的整体性能。因此铁路工程对桥梁支座产品的安全性、耐久性、承载能力、环境适应性等方面都提出了更高的要求。为了适应市场需要，本文主要介绍了一种特殊支座的结构设计、性能指标、材料选择、关键点控制、计算校核等内容。

参考文献：

[1]庄军生.桥梁支座[M].辽宁大学出版社，2015年11月第1版.

[2]TB/T 3320-20113，铁路桥梁球型支座[S].北京：中国铁道出版社，2013年7月第1版.