大跨度斜拉桥支座脱空分析及处理

大跨度斜拉桥支座脱空分析及处理

张伟山1周明明2

1.湖北交投智能检测股份有限公司湖北武汉430030；

2.武汉中交交通工程有限责任公司湖北武汉430030

摘要：本文介绍了国内桥梁支座的常见病害，以湖北省巴东长江公路大桥支座病害为实例，采用试验检测方法，分析支座病害产生的原因及处治方法，以期延长桥梁使用寿命，同时，为以后同类型桥梁支座检查提供依据。

关键词：支座；脱空；偏位；变形；拉压支座；

1引言

支座是桥梁结构的重要组成部分，直接影响桥梁的使用寿命和结构安全。其作用主要有三个方面：一是将上部构造恒载和活载可靠地传递给墩台，并同时承受由荷载引起的结构端部水平位移、转角等变形；二是适应由于温度、湿度等环境变化引起的结构胀缩变形；三是阻抗风力、地震等环境变化引起的结构平移，减轻震动对结构的不利影响。

2桥梁支座典型病害

桥梁支座是桥梁结构的重要组成部分，然而由于其在桥梁工程造价里所占的比重较小，工程技术人员因此对其往往不够重视，所以造成桥梁支座病害在工程中屡见不鲜。相关资料显示，桥梁支座的病害主要有以下几种。

2.1支座脱空

支座脱空是目前支座安装以及后期运营过程中存在最普遍和严重的质量问题之一，主要是由于施工质量控制不严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它支座受力过大，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。

2.2支座偏位

支座偏位是目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、梁体受力附加内力过大等病害。

2.3支座变形过大

支座变形是指压缩变形和剪切变形，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或抗剪弹模不符合质量要求，与支座生产质量有关。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。

2.4.其他病害

除前述三种常见病害外，其他病害主要有：

（1）限制移动装置、止滑装置损坏；

（2）包裹上下支座板的铁皮挤压变形或者开裂；

（3）固定螺栓或螺母松动、剪断、脱落；

（4）支座老化（锈蚀）。

（5）特殊支座如拉压支座竖向拉杆拉断，支座丧失抗拉功能，导致支座脱开。

3工程实例

3.1.工程概况

湖北省巴东长江公路大桥是国道209线在鄂西恩施自治州巴东县境内跨越长江的一座特大型桥梁，主桥结构形式为双塔双索面漂浮体系预应力混凝土斜拉桥，主桥跨径组合为40+130+388+130+40m，主梁采用肋板式结构，拉索采用平行钢丝体系。主塔采用A形索塔，南北两岸索塔承台以上塔高分别为212m和207m，见图1。全桥共设96对斜拉索，采用平行钢丝。桥面全宽22m；其中两侧拉索锚固区各宽1.5m，两侧人行道各宽1.5m，设四车道，桥面有效宽度为19m。

该桥支座设置：主桥在主梁两端底部、两辅助墩处设置两套拉压支座，在索塔处主梁每侧各设一套横向限位支座。

图1主桥立面布置图（单位：cm）

3.2.支座病害描述

检测人员于2015年7月23日上午9:30对巴东长江公路大桥支座进行全面检测，发现支座脱开现象明显，最大值达3cm，并于当日下午3:00再次观测时，发现支座已压实，未见明显脱开。在检测过程中，发现支座竖向拉杆均拉断，支座丧失抗拉功能。支座病害见下图所示。

图2支座脱空，竖向拉杆拉断

3.3.支座病害分析

根据上述病害情况，经分析，可能是由以下一种原因或多种原因共同作用引起的。

1）桥面车辆荷载；

2）温度影响；

3）其他原因。

3.3.1桥面车辆荷载

为查明原因，检测相关人员于荷载试验前在4#墩和9#墩上、下游侧支座处各布置一块百分表，分别对4#墩和9#墩支座处主梁位移进行了观测。测试工况如下：

工况1：5#墩顶处的主梁截面最大负弯矩工况；

工况2：6#塔边跨侧跨中截面最大正弯矩工况；

工况3：6#塔中跨侧1/4截面最大正弯矩工况；

工况4：主跨跨中截面最大正弯矩工况；

工况5：7#塔中跨侧1/4截面最大正弯矩工况；

工况6：7#塔边跨侧跨中截面最大正弯矩工况；

工况7：主跨跨中最大挠度工况；

工况8：主跨跨中最大索力工况。

表1各工况作用下4#墩、9#墩支座处主梁实测竖向位移及理论计算支座反力

备注：表中位移为正值表示支座处主梁竖向位移向上，支座脱开，位移为负值表示支座处主梁竖向位移向下，支座压实；表中支座反力为相应工况作用下支座产生附加支反力的理论值，支座受拉为正，支座受压为负。

由上表可知，当桥面活荷载较大时，会对过渡墩支座产生较大的附加拉力，可能导致支座拉杆断裂。

3.3.2温度影响

为了解温度变化对支座脱开的影响，检测人员对4#墩和9#墩上、下游支座处主梁竖向位移进行连续24小时监测，观察温度变化对支座脱开的影响。观测结果如下图所示。

符号规定：位移正值表示支座处主梁竖向位移向上，支座脱开；位移为负值表示主梁竖向位移向下，支座逐渐压实。

图49#墩支座处主梁竖向位移-时间变化

图54#墩、9#墩温度-时间变化曲线

由图3～图5可知,支座竖向位移随温度变化而逐渐变化。早上温度较低，支座脱开；到下午温度升高支座脱开值逐渐减小。另外，在同一时间段，上游测支座处主梁往下移动，下游侧支座处主梁往上移动，两侧变形不一致。由此可说明该桥主梁在运营过程中存在扭转。

根据以上分析，降温时，主梁有向上移动的趋势，并存在扭转的现象。

3.3.3其他原因

根据现场观察，9#墩下游侧支座下支座板螺母剪断，同时包裹上支座板的铁皮出现挤压破坏，从其破坏形态来看，支座可能受到了局部较大的拉剪应力。另外，过渡墩附近主梁配重不足也是其中原因之一。

4处治方法

经讨论研究提出了两种解决方案：

（1）增加配重。在主梁相应节段适当配重，增加过渡墩支座压力储备。

（2）更换支座。重新安装过渡墩支座，并对支座更换做专项设计。建议采用此方案。

5结语

支座在结构上属于附属设施，但其关系着上下部的受力状态，起着承上启下的重要作用，必须重视起来。产生支座脱空的原因并不是单一的，是多方面因素共同作用的结果。为避免支座脱空，设计与施工两方面应共同努力，从源头抓起，同时公路养护部门应加强对运营阶段的桥梁支座的监测、检测，确保桥梁运营安全。

参考文献

[1]刘永福，戴光荣，杜亚江板梁支座脱空分析及处理[J].公路，1996年第5期.

[2]夏娟，奚勇，刘洪涛桥梁支座典型病害分析及对策[J].华东公路，2008年第3期.

[3]李爱武.桥梁支座病害成因及防治[J]，山西建筑，2011年第13期.