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臺灣高速鐵路橋梁支座設計要求

高速鐵路橋梁支座設計要求

1、橡膠支座

橡膠支座，由于橡膠層與鋼板緊密粘結，薄鋼板能夠約束橡膠支座在垂直荷載下的橫向變形，因而具有較好的豎向性能。鉛芯橡膠隔震支座的構造特點，就是在分層橡膠支座中插入一個或若干個鉛芯，從而形成一個緊湊的隔震裝置。由于鉛芯具有良好的力學特性，能與分層橡膠支座較好地結合，所以成為一種比較合適的減隔震材料。由于在水平荷載下鋼板對橡膠層的約束是柔性的，橡膠支座的水平剛度較小，并且剪切剛度是隨著變形的變化而變化的，較小變形的情況下水平剛度較大，當變形達到中等時水平剛度最小，而隨著變形的進一步增大水平剛度又會隨之增加，從而起到保護的作用。橡膠支座在橋梁中的使用，如果受到小震作用，橋梁結構相當于連接在一個剛性基礎上，而如果受到強震作用，橡膠支座能夠吸收大量能量，并提供柔性滑動。這些特性使鉛芯橡膠支座具備提供地震下所需的耗能和正常使用荷載下所必須的屈服強度與剛度，因而滿足良好隔震系統的要求，是目前國內外橋梁隔震設計中應用最廣的一種隔震裝置。

2、擺式滑動摩擦支座

這類支座的減隔震原理主要是將滑動摩擦支座和鐘擺的概念相結合構成一種新的隔震裝置，利用鋼板和聚四氟乙烯板之間的摩擦制成摩擦型的減隔震支座，改型支座允許上部結構在滑動面上滑動，從而使得上部結構傳遞到橋墩的地震慣性力減小為支座的最大摩擦力，從而達到減隔震的目的。其滑動面是曲面，通過在曲面上滑動摩擦來消耗地震能量，結構自重提供所需要的自復位能力，利用一個簡單的鐘擺機理延長結構的自振周期。這種支座的平面尺寸受到地震位移大小和球面曲率半徑的控制，支座的平面尺寸通常較大。目前這種產品已在蘇通大橋引橋、上海長江大橋引橋上使用，根據隔震方向的不同又可分為球面、柱面兩類，前者用于水平雙向隔震，后者用于水平單向隔震。

3、鉸軸滑板鋼支座

鐵路大跨度鋼橋鑄鋼支座多采用輥軸或鉸軸支座，前者是通過平面和圓柱面滾動接觸實現轉動，后者則通過鉸接實現轉動。鉸軸支座的接觸應力較小;接觸疲勞壽命長，但傳統的鋼制鉸軸摩擦副常因磨損較嚴重而無法正常工作。為提高大噸位支座的耐久性，需在接觸面處通過特殊工藝和特殊材料實現摩擦副的高耐磨性，將傳統的鉸軸支座水平移動滾動摩擦副用PTFE滑板和不銹鋼板的平面摩擦副代替，形成了新型的鉸軸滑板鋼支座。

鉸軸滑板鋼支座主要由上擺、鉸軸、下擺、襯板、摩擦副、橫向限位塊、底座及錨固裝置等部分組成，如圖1所示。支座以上、下擺相當于鉸軸的轉動來實現轉角位移，以摩擦副之間的相對滑動來實現水平位移。支座上、下擺是主要傳力構件，采用鑄鋼件制造。鑄鋼件表面平順，加工完成后全面探傷，不允許有裂紋存在。上、下擺之間以鉸軸連接，鉸軸采用鍛鋼件，是重要的轉動構件，鍛造完成后進行全面探傷，表面加工圓順，不得修補。摩擦副是滑板式鉸軸支座的重要部件，由下擺底面鑲嵌的滑板及底座上安裝的鏡面不銹鋼板組成，摩擦副使豎向力的傳遞由點接觸或線接觸變成了面接觸，改善了結構的受力性能，支座的壽命也隨之提高。

武漢天興洲大橋主橋鋼桁梁支座采用特制的TXZ系列滑板式鉸軸支座，具有噸位大(6000t)、位移大(±500mm)、轉角大(±0.008rad)的特點，并具有良好的滑動性能。該支座摩擦副滑板采用了新型的改性超高分子量聚乙烯(XLIDE)材料，按歐洲標準EN1337―2對支座摩擦副滑板進行了磨耗試驗，試驗表明其磨耗率基本為零;同時滑板采用多個較大的圓形滑板陣列結構，滑板上布置有大量的儲脂坑，可以使摩擦副之間存儲更多的潤滑脂，滑動性能更好，也延長了摩擦副的保養時間。

4、特殊要求的橋梁支座

(1)抗震支座

抗震支座的產品系列非常多，如高阻尼盆式橡膠支座、抗震球型鋼支座、鉛芯支座等。抗震原理是利用減震器和側面摩擦板吸收墩臺傳來的部分水平位移，以減少梁的位移。

抗震盆式橡膠支座是在普通盆式橡膠支座的基礎上增加了消能和阻尼措施。當支座水平力超過支座設計承載力的一定程度后，消能板開始滑動，起到第1道隔震效果，然后阻尼圈發揮第2道阻尼抗震效果;當地震沖擊波超過一定極限時，則剛性抗震起到了第3道抗震效果。

抗震球型支座是由普通球型支座和阻尼器復合組成的。阻尼器一方面可以增加支座水平方向的剛度，另一方面則具有一定的耗能特性。根據耗能機制的不同，阻尼器可分為干摩擦阻尼器、流體阻尼器、材料阻尼器和滑移阻尼器。市場上的阻尼器主要有高阻尼橡膠阻尼器、多鋼板彈簧阻尼器及鉛芯擠壓阻尼器等。

(2)可調高支座

因橋梁基礎的不均勻沉降，影響著高速鐵路橋梁無砟軌道高平順性要求。目前軌道不平順的調整主要是依靠扣件留有一定的調整量，但其調高量有限，因此有必要采用可調高支座來調整工后沉降量。