橋梁支座質量管控思索

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梁式橋由上部構造梁、下部構造墩臺及中間構造支座組成，可見支座是梁橋不可缺少的組成部位。支座起著支撐主梁、連接主梁與墩臺、傳遞主梁以上各種水平及垂直作用力，因此支座雖小其作用不可輕視。主梁結構設計及墩臺結構設計均與其相關，支座的損壞會造成主梁和墩臺的損壞，支座的耐久性直接影響著整座橋梁的耐久性，所以對橋梁支座設計上歷來都是萬無一失。支座所用材料過去大都是鋼材，以后發展有的用鋼材與高強混凝土相結合，現時用鋼材、聚四氟乙烯、橡膠及不銹鋼等材料相組合制作支座。根據垂直作用力和變形位移量支座型式設計有平面、弧面、輥軸、擺軸（柱），現除平面仍應用外，輥軸、擺式已發展為盆式及球式支座。利用橡膠材料的特性，將原來剛性支座變成彈性支座，設計時能夠滿足支座本身的各向變形（位移）。因為橡膠類支座構造簡單，制作容易，成本較低，工作性能可靠，施工安裝方便，抗震性好，一般條件下，除橡膠老化損壞外，使用中不會損壞。但是，自板式橡膠支座應用二十余年以來，其損壞還是比較嚴重的，支座橡膠體開裂、整體變形、翹曲、支座底面脫空、老化過快等均有發生。為避免板式橡膠支座過早損壞，延長使用壽命仍需從支座設計、加工制造、施工安裝、質量檢驗試驗等方面加以改進，加強管理。

1公路橋梁板式橡膠支座設計

1.1板式橡膠支座的修改完善

公路橋梁板式橡膠支座在我國應用以來已經過多次修訂完善。交通部自1988年執行《公路橋梁板式橡膠支座規格系列》和《公路橋梁板式橡膠支座技術條件》之后，又于1990年了《公路橋梁板式橡膠支座成品力學性能檢驗規則》，以便確保橡膠支座產品質量。隨著公路橋梁建設的高速發展，橡膠支座應用更加廣泛。經過試驗研究，交通部于1993年再次《公路橋梁板式橡膠支座》行業標準，用以指導廣大公路橋梁設計、施工及制作橡膠支座人員正確選擇使用。為消除板式橡膠支座應用中發現的問題，提高板式橡膠支座的標準水平，使之與國際接軌，交通部集中各方力量，對以前一系列標準、規則進行了總結，參照外國標準，根據新的公路橋梁設計規范對原行業標準進行修訂，于2004年6月1日實施了新的《公路橋梁板式橡膠支座》行業標準JT/T4-2004。隨后又根據這個行業標準及《公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范》（JTGD62-2004）和《公路橋涵設計通用規范》（JTGD60-2004）的規定，對橋梁板式橡膠支座進行設計和計算，頒布實施了《公路橋梁板式橡膠支座規格系列》(JT/T663-2006)中華人民共和國交通行業標準。這套04標準、04規范及06規格系列標準，對橋梁板式橡膠支座設計的基本數據、計算方法及強度、穩定性做出詳細規定；對所用全部材料要求、支座力學指標、平面與厚度尺寸偏差、外觀質量及內在質量均提出了明確規定；同時提出了對材料和成品支座的試驗檢測方法；對支座施工安裝工藝、質量也提出了要求；這套標準中還通過設計計算編列出《板式橡膠支座規格系列選用參數表》。這樣設計者只要計算出相應支座反力、各種作用（力）產生的支座剪切變形及各種因素引起的支座頂面傾角，便可輕而易舉地設計出板式橡膠支座或驗算按《板式橡膠支座規格系列選用參數表》所選用的支座。生產橡膠支座廠家按照現行公路橋梁板式橡膠支座04及06標準要求完全可以制作出耐久性很高的產品。下述可證明這一點。

1.2板式橡膠支座設計規范標準的安全性分析

這里將橋涵設計規范JTGD62-2004、橡膠支座標準JT/T4-2004和橡膠支座規格系列標準JT/T663-2006中主要設計規定數據、設計結果及檢驗指標加以分析，來說明設計規定的安全性。①設計規范規定支座使用階段平均壓應力極限值σc為10MPa，支座規格系列選用參數表中最大承壓力RCK除以支座有效承壓面積Ae（σc=RCK/Ae）后，所得壓應力σc均不大于10MPa，而支座力學性能要求表中支座極限抗壓強度Ru大于等于70MPa，可見保證系數之大。②設計規范中規定支座橡膠層總厚度大于等于2倍或1.43倍的ΔL/tanα，tanα是支座剪切角正切值的限值，不計制動力時為0.5，計入制動力時為0.7，其倒數即為2或1.43。支座規格系列選用參數表中橡膠層總厚度te均按此規定計算后另加上下鋼板的保護層各2.5mm而得到總厚，這里保護層的5mm作為安全儲備，橡膠層總厚度越小儲備值比例就越大，最多可達20%，最小也有4%。最小橡膠層總厚度是為滿足支座剪切角而確定，剪切角的計算沒有考慮加勁鋼板加入后的支座總厚度，如按支座總厚度來計算剪切角及其正切值，遠遠小于設計值，查規格系列參數表算得剪切角減少30%~40%，在剪切角試驗計算時應引以注意。③支座壓縮變形轉角正切值，標準中規定tanθ≤0.0033，由規格系列選用參數表可見tanθ均大于此值。設計規范規定θ≤2σcte(1/Ee+1/Eb)/lα，因為式中σc及te均有很大安全儲備，所以θ定會滿足要求。θ比較式及表中取得的tanθ值均由規范支座豎向壓縮變形公式σc,m=RCKte/AeEe+RCKte/AeEb及θlα/2=σc,m兩式導得。只要將式中抗壓彈性模量Ee用剪變模量Ge代換，即θ≤2σcte(1/5.4GeS2+1/Eb)/lα，即可算得參數表中tanθ值。表中因θ值很小，所以tanθ等于θ。④支座加勁鋼板厚度計算及其與橡膠單層厚度關系，由公式ts=KpRCK(tes,u+tes,l)/Aeσs=Kpσc(tes,u+tes,l)/σs，可看出鋼板厚度與橡膠層厚度存在比例關系，假定最上層或最下層鋼板保護層不計，只有其下或上部橡膠層，這樣上式變為ts=Kpσctes/σs，根據規范及標準σc為10MPa，σs為152.75MPa（0.65fsk=0.65×235），故ts=1.3×10tes/152.75=0.0851tes，這說明鋼板層厚度為橡膠層厚度的0.0851倍，即橡膠層厚度為鋼板厚度的23.5倍。規范規定鋼板最小厚度為2mm，此時橡膠層厚度應為47mm，如果橡膠層是最上或最下層也不過23.5mm。支座規格系列標準選用表中按支座不同最大承壓力列出有2~5mm鋼板厚度及對應的5mm、8mm、11mm、15mm及18mm橡膠層厚度。如果按推導出的比例關系2~5mm厚度鋼板對應的橡膠層厚度分別為23.5mm、32.5mm、47.00mm、58.75mm及58.75mm即可，相比系列表中橡膠層厚度較計算厚度減少2.3～3.7倍，可見設計儲備系數很大。⑤橋涵設計規范及支座行業標準中均明確規定，當梁底縱坡大于1%時，必須設楔塊進行調平處理，而梁底縱坡小于等于1%時，設計支座時應將縱坡影響所增加的厚度計入。現根據公路橋涵設計規范JTGD62-2004，第8.4.22條及條文說明，歸結出支座因縱坡增加厚度計算公式為：t''''e=2teRSinα''''/AGGe，式中R為支座反力，α''''為縱坡坡度角。以此供設計者參考。

1.3板式橡膠支座設計圖紙問題

①設計人員要按設計規范規定與計算方法，根據實算的橋梁參數，支座豎向承壓力、縱向剪切變形及豎向變形傾角等已知條件計算設計支座平面尺寸、橡膠層總厚度、加勁鋼板厚度、單層橡膠厚度及支座總厚度等，并驗算支座受壓穩定性及抗滑穩定性。也可以根據支座所承受的最大承壓力，選擇支座規格系列表中型號，再進行各項驗算。②設計圖如圖1所示，圖中要將尺寸全部標明，支座較少時標出尺寸數字。支座型號、數量較多時，尺寸用符號代替，同時列出支座規格尺寸表，寫明型號及圖示中各符號所代表的數據。無論橡膠支座和四氟滑板橡膠支座及附件均要列全，以便于施工及檢驗使用。不可用指出標準規范或廠家提供產品代替設計。③設計圖紙中要加入詳細說明。說明支座主要技術要求，所選用材料指標，制作主要工藝控制，檢驗重點項目內容，支座安裝工藝要求及支座成品與安裝后的驗收。以便于施工人員及監理人員有所遵循。

2板式橡膠支座加工制作

板式橡膠支座的產品質量主要是依靠生產廠家來保證，因為生產廠家多而雜，用戶及質量監理人員沒能入廠監督檢查，僅憑肉眼無法知道支座真實質量，所以這里對板式橡膠支座制作提出幾個問題。

2.1生產廠家要嚴格按照《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2004）行業標準和工程項目設計圖紙進行生產制作，產品必須滿足設計圖紙和行業標準中的規定與要求。

2.2板式橡膠支座所用材料必須經檢驗符合標準或設計文件要求，尤其是橡膠材料必須滿足不同溫度使用要求，寒冷地區必須用天然橡膠（NR），常溫地區必須使用氯丁橡膠（CR），二者不可互換，也不可摻混，最小含膠量不得低于重量的55%，聚四氟乙烯板及不銹鋼板等質量指標及厚度必須達到標準規定。

2.3橡膠支座制作要嚴格控制工藝工序質量，從選材、配料、下料裁料、入模填充、保護層設置、加溫、加壓、硫化時間及排氣等全部工藝流程都要嚴格控制，認真檢查，消除一切質量隱患。

2.4橡膠支座出廠質量檢驗，標準JT/T4-2004中明確規定：每批產品交貨前由工廠質檢部門進行檢驗，確認合格后方可出廠，并附有產品質量合格證明文件，寫明支座規格、膠種、單層橡膠及鋼板厚度、鋼板的平面尺寸、鋼板層數、橡膠層總厚度等，以便使用單位驗收和抽檢。對此要求有些產品并無附件，甚者有的廠家明確告知用戶哪些是送檢品，哪些是安裝實用品，這種做法應予堅決制止。

2.5板式橡膠支座和四氟滑板橡膠支座出廠檢驗還應按標準規定進行：對外形尺寸的寬度、長度及厚度，外觀檢驗名稱內容，內在檢驗名稱內容及力學性能的抗壓、抗剪模量，極限抗壓強度，抗剪粘結性與抗剪老化，轉角正切值，水平剪切角，豎向壓縮值及摩擦系數都應重點檢驗。應對力學性能檢驗結果與設計圖紙要求或規格系列選用參數加以比較，如不滿足要求，應為不合格產品，不能供應用戶。對產品的力學性能檢驗包含了對材料性能和工藝性能的綜合檢驗，正確揭示支座的承載能力和水平變形與豎向變形的適應能力，即極限抗壓強度、轉角正切值、水平剪切角等。這些指標不是眼觀可以得到的，所以必須檢驗。

3板式橡膠支座施工安裝

板式橡膠支座安裝非常簡單，但事故很多，有長短邊安錯的、有位置安錯的、有安翻的，即四氟滑板放在下面；板梁下的支座安裝后有的可被抽出來；有固定支座與活動支座互相錯放的；有的不合格產品照常安裝。真是差錯百出，應從以下方面控制支座安裝質量。

3.1施工安裝支座人員要對板式橡膠支座的作用及重要性加強認識，嚴格按設計圖紙和各規范標準要求安裝。

3.2施工支座安裝人員要認真學習運用《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T4-2004標準、《公路橋梁板式橡膠支座規格系列》JT/T663-2006標準、《公路工程質量檢驗評定標準》及《公路橋涵施工技術規范》中規定，進行板式橡膠支座的質量檢驗及安裝。

3.3板式橡膠支座安裝時必須有工程技術質檢人員和監理人員跟蹤檢驗，不合要求隨時返工。這里就有關規范標準要點歸納如下。①支座產品入場質量檢驗，應當由施工單位主動去做。所用支座應在安裝前15～20天進場，立即送樣檢驗，根據用量每種應隨機抽取一至三組，每組3塊或3對檢驗件。主要檢驗項目內容有力學性能：包括極限抗壓強度、抗壓彈性模量、抗剪彈性模量、豎直轉角正切值、水平最大剪切位移值（水平剪切角）、抗滑最小承壓力及摩擦系數等七項；內在質量：包括橡膠層總厚度、加勁鋼板單片厚度、鋼板平面尺寸、橡膠板單層厚度、鋼板與橡膠層粘結情況及橡膠層剝離后的技術性能等六項。更詳細內容見檢驗部分。檢驗結果判定：一組檢驗件中若有兩塊（或兩對）不能滿足要求，則該批支座不合格。若有一塊（或一對）支座不滿足要求時，則從該批支座中隨機再抽取雙倍數量對不合格項目進行復檢，若仍有一項不合格，則判定本批支座不合格。②對與支座安裝質量相關的橋梁墩臺帽、墊石頂面或預埋鋼板頂面及橋梁底面支座位置在澆筑時要做到平整、清潔、強度不低于設計或C30以上。支座位置標高要求準確無誤，在平坡情況下，同一片梁兩端各支座下的標高應處于同一平面內。不同支座或同一支座各點高差允許值按標準規范執行。③墩臺帽或梁板上設有的楔型墊塊要與主體混凝土同時澆筑，避免二次補做，形狀尺寸、標高要達到設計要求，不得隨意制作或取消。④支座安裝要避免出現偏壓受力，過大初始剪切變形，梁板、墩臺與支座間脫空、接觸不緊密及偏歪等現象。具體按以下做法施工。a若墩臺帽或墊石頂面不平應墊砂漿找平，砂漿為干硬性，越薄越好，均勻平整，最好在梁板安裝前做完，使形成較高強度。b支座縱橫中線要與墩臺帽（墊石）所放的位置縱橫中線對齊，與梁板的支承線、位置中心線對應，因此均要提前放出各構件處位置中心線。c如梁板兩端均為橡膠支座，安放時兩端支座外的梁板長度應相等。如梁板一端為板式橡膠支座另端為四氟滑板支座時，則先安放橡膠支座端，并按支承線控制位置。而后安放四氟滑板支座。d梁板準確就位后，支座上下應與梁板及墩臺帽（墊石）密貼，不密貼應重新吊起墊調后，重新放落，不得撬移梁板，避免支座變形或破壞。e、支座安裝后要立即檢查，出現問題馬上研究處理。包括支座是否漏放，方向是否正確，橡膠支座和四氟滑座型式是否放錯，四氟板是否注油；檢查橡膠支座水平剪切位移是否大于35°(=0.7)；高度壓縮值是否滿足設計要求；四氟板及不銹鋼板有否損壞污染；支座外觀有否開裂及加勁鋼板間橡膠層外凸是否均勻一致；不銹鋼板是否滑出了規定范圍。

4板式橡膠支座質量檢驗試驗

4.1板式橡膠支座檢驗是其質量控制的關鍵，包括材料、生產過程、成品、安裝等。檢驗由始至終都應有監理人員參與。因此，監理人員要具有橡膠支座方面的技術水平，熟練掌握《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2004）和《公路橋梁板式橡膠支座規格系列》（JT/T663-2006）的要求，恰當運用于工程檢驗中，合理監督生產廠家、施工單位及工程管理單位相關人員嚴格并科學地執行標準規范，將板式橡膠支座質量問題解決在各環節中。

4.2監理人員需要了解或檢驗支座的全部技術質量指標。①材料檢驗由生產廠家在供應支座時，提供出所用材料的檢驗報告，監理人員可根據檢驗報告情況，對某種材料取樣檢驗，主要有橡膠技術指標、聚四氟乙烯板各項指標、不銹鋼板等。②如果管理人員或監理人員對橡膠支座生產廠家的管理能力、技術力量、工藝水平、生產設備或自檢手段產生質疑時，可組織相關人員赴供貨廠家進行工藝設備等檢查或對某種產品現場抽樣檢驗。③交竣工資料中應有施工單位與監理共同抽檢的板式橡膠支座和四氟滑板支座的檢驗資料，具體內容如下表。④支座安裝后質量檢查按《公路工程質量檢驗評定標準》及標準JT/T4-2004規定及本文所述內容進行。

5結語

5.1板式橡膠支座設計規范中要寫明中間橡膠層厚度的計算方法，支座總厚度的計算方法，橡膠彈性體體積模量的檢驗試驗方法。為改善板梁支座受力條件，可研究試驗兩片板梁共用一塊支座板。

5.2為了更好地執行應用《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4-2004）和《公路橋梁板式橡膠支座規格系列》(JT/T663-2006)交通行業標準，提高板式橡膠支座的質量水平，這兩個標準的適用范圍可廣泛用于公路橋梁板式橡膠支座的設計、生產制作、施工安裝、質量檢驗及養護管理中，避免標準單一為支座生產制作所用。

5.3設計規范與設計圖紙及板式橡膠支座規格系列選用表中的某些技術指標，在板式橡膠支座標準中及公路工程質量檢驗評定標準與公路橋涵施工技術規范中沒有規定，本文對此做以補充，期望能對板式橡膠支座的質量提高起到一定作用。這些項目有支座橡膠層總厚、加勁鋼板單層厚度、支座水平剪變位移量、支座抗滑最小承壓力及橡膠體體積模量。

5.4目前對梁板橋的板式橡膠支座安裝方法，規范沒有詳細做出，本文所述幾點以供試用，還有是否可先將支座在墩臺（墊石）上提前按標準安好，然后在安裝梁板。

5.5橋梁板式橡膠支座只要從設計、制造、安裝及檢驗形成質量控制一體化，設計技術質量指標明確，制造材料及出廠質量符合標準要求，安裝方法得當，質量滿足設計要求，產品及安裝經檢查、檢驗、試驗都符合要求，質量必然得以保證，支座的使用壽命一定會延長。