《橋梁支座計(jì)算》課件

橋梁支座計(jì)算高級(jí)橋梁工程設(shè)計(jì)系列課程2025年4月編制適用于土木工程專業(yè)高年級(jí)學(xué)生及工程師課程概述支座基本概念掌握支座作用與功能定位支座類型范圍了解各類支座適用條件設(shè)計(jì)計(jì)算方法掌握支座力學(xué)計(jì)算原理案例與應(yīng)用實(shí)際工程案例分析第一部分：橋梁支座基礎(chǔ)知識(shí)支座功能連接橋上下部結(jié)構(gòu)重要性保障結(jié)構(gòu)安全運(yùn)行失效后果可能導(dǎo)致橋梁嚴(yán)重?fù)p傷支座的基本功能傳遞荷載上部結(jié)構(gòu)荷載傳至下部允許變形適應(yīng)結(jié)構(gòu)各種變形需求限制位移控制特定方向的位移量減震抗震吸收部分地震能量支座受力分析豎向壓力承受橋面全部垂直荷載水平力傳遞制動(dòng)力與風(fēng)荷載旋轉(zhuǎn)變形適應(yīng)梁端彎曲轉(zhuǎn)角溫度適應(yīng)調(diào)節(jié)溫度引起的伸縮支座分類方法按材料分類橡膠支座、鋼支座等按功能分類固定、活動(dòng)、單向活動(dòng)按受力特點(diǎn)承壓型、剪切型、彎曲型按變形能力大變形、中變形、小變形常見(jiàn)支座類型一覽常見(jiàn)支座類型包括板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球形支座、鋼支座及特殊支座板式橡膠支座結(jié)構(gòu)組成橡膠與鋼板交替疊層上下封板固定連接可帶滑板增加位移能力板式橡膠支座由多層橡膠與鋼板組成盆式橡膠支座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)鋼盆內(nèi)密閉橡膠墊適用范圍大荷載中等跨徑橋梁力學(xué)性能豎向剛度大水平柔性好產(chǎn)品規(guī)格GPZ系列國(guó)標(biāo)規(guī)格齊全球形支座結(jié)構(gòu)組成球面鋼凹凸面配合PTFE滑板降低摩擦精密球面加工配合適用范圍特大跨徑橋梁轉(zhuǎn)角需求大的結(jié)構(gòu)高精度變形控制場(chǎng)合性能參數(shù)豎向承載力極大轉(zhuǎn)角性能優(yōu)異全方位旋轉(zhuǎn)能力第二部分：支座設(shè)計(jì)基本原理設(shè)計(jì)依據(jù)各類技術(shù)規(guī)范要求設(shè)計(jì)步驟系統(tǒng)性設(shè)計(jì)流程方法參數(shù)選取荷載變形參數(shù)確定支座設(shè)計(jì)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范名稱適用范圍主要內(nèi)容JT/T391-2009公路橋梁設(shè)計(jì)計(jì)算方法TB/T2331-2004鐵路橋梁產(chǎn)品要求與試驗(yàn)GB/T17955-2009通用橡膠支座材料與性能指標(biāo)AASHTO/Eurocode國(guó)際規(guī)范設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)比借鑒支座設(shè)計(jì)基本流程確定支座形式根據(jù)橋型荷載特點(diǎn)選擇計(jì)算支座荷載分析各種工況組合荷載確定支座尺寸根據(jù)荷載初步定型驗(yàn)算支座性能強(qiáng)度穩(wěn)定變形全面核查制作安裝要求確定工廠制作安裝標(biāo)準(zhǔn)支座荷載分析永久荷載結(jié)構(gòu)自重、附屬設(shè)施可變荷載車輛荷載、人群荷載溫度荷載均勻溫度、梯度溫度地震作用多遇地震、罕遇地震支座變形分析橋梁支座需綜合考慮各類變形因素第三部分：板式橡膠支座計(jì)算計(jì)算理論基礎(chǔ)橡膠復(fù)合材料力學(xué)層合結(jié)構(gòu)力學(xué)模型非線性大變形理論關(guān)鍵計(jì)算參數(shù)形狀系數(shù)S與影響疊層影響系數(shù)材料特性參數(shù)板式橡膠支座承載力計(jì)算15MPa豎向設(shè)計(jì)應(yīng)力常規(guī)橡膠支座最大容許壓應(yīng)力0.7MPa剪切強(qiáng)度橡膠剪切模量標(biāo)準(zhǔn)值5形狀系數(shù)提高承載力的關(guān)鍵指標(biāo)板式橡膠支座變形計(jì)算豎向變形壓縮量εv≤0.15te水平變形剪切角γ≤0.7旋轉(zhuǎn)變形轉(zhuǎn)角α≤0.01rad疊層效應(yīng)增加層數(shù)提高變形能力板式橡膠支座穩(wěn)定性驗(yàn)算1壓剪穩(wěn)定性避免支座發(fā)生傾覆2抗滑移驗(yàn)算確保摩擦力滿足要求3抗傾覆驗(yàn)算驗(yàn)證水平位移與高度比4疲勞性能長(zhǎng)期重復(fù)荷載下性能板式橡膠支座設(shè)計(jì)實(shí)例工程概況30m跨徑T梁橋計(jì)算過(guò)程永久荷載800kN變形量25mm設(shè)計(jì)結(jié)果GJZ板式橡膠支座尺寸400×300×78mm第四部分：盆式橡膠支座計(jì)算1計(jì)算理論靜液壓力學(xué)原理2參數(shù)選取橡膠體積模量關(guān)鍵3計(jì)算公式應(yīng)力變形專用公式4驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)規(guī)范嚴(yán)格要求盆式橡膠支座承載力計(jì)算豎向承載力橡膠體積模量決定水平承載力滑板摩擦系數(shù)影響盆體強(qiáng)度鋼材抗彎性能關(guān)鍵橡膠壓應(yīng)力控制在35MPa以內(nèi)盆式橡膠支座變形計(jì)算橡膠壓縮變形體積模量K決定壓縮量δv=P·h/(K·A)圓形盆內(nèi)最大壓縮率0.15水平滑移量PTFE摩擦系數(shù)μ=0.03~0.05滑板摩擦阻力F=μ·N最大水平位移±50mm盆式橡膠支座構(gòu)件設(shè)計(jì)25mm鋼盆壁厚保證足夠的強(qiáng)度剛度30mm活塞厚度承受巨大的橡膠反力20mm橡膠墊厚提供足夠的旋轉(zhuǎn)能力5mmPTFE板厚耐久性滑動(dòng)性能保證盆式橡膠支座設(shè)計(jì)實(shí)例某大跨徑連續(xù)梁橋GPZ(J)盆式支座設(shè)計(jì)第五部分：球形支座計(jì)算球面接觸力學(xué)赫茲接觸理論應(yīng)用關(guān)鍵參數(shù)球面半徑與材料特性設(shè)計(jì)公式應(yīng)力與變形專用計(jì)算4驗(yàn)算標(biāo)準(zhǔn)各項(xiàng)性能嚴(yán)格校核球形支座承載力計(jì)算豎向承載力接觸應(yīng)力是關(guān)鍵面積小應(yīng)力集中大材料強(qiáng)度決定能力水平承載力由摩擦系數(shù)決定需配合抗剪裝置防止滑移失效接觸應(yīng)力球面接觸計(jì)算復(fù)雜應(yīng)力分布非均勻耐磨性是關(guān)鍵球形支座變形計(jì)算豎向壓縮材料彈性變形微小1水平滑移PTFE滑板提供滑動(dòng)2轉(zhuǎn)角容許球面幾何形狀決定3組合變形多方向復(fù)雜變形適應(yīng)4球形支座關(guān)鍵構(gòu)件設(shè)計(jì)80mm球冠半徑轉(zhuǎn)角能力的決定因素50mm上鋼板厚保證足夠的整體剛度60mm下鋼板厚支撐巨大集中應(yīng)力8mmPTFE厚度耐久性與摩擦性能球形支座設(shè)計(jì)實(shí)例工程概況跨徑200m斜拉橋設(shè)計(jì)荷載豎向荷載20000kN水平力5000kN設(shè)計(jì)結(jié)果QZ20000型球形支座直徑1200mm第六部分：鋼支座計(jì)算鋼支座類型滑動(dòng)、滾動(dòng)、搖擺計(jì)算理論材料力學(xué)與結(jié)構(gòu)力學(xué)構(gòu)件設(shè)計(jì)精確加工配合要求高適用限制逐漸被新型支座替代鋼支座承載力計(jì)算承壓強(qiáng)度鋼材接觸應(yīng)力檢驗(yàn)剪切強(qiáng)度銷釘與栓釘剪切計(jì)算彎曲強(qiáng)度支座板件彎曲驗(yàn)算局部穩(wěn)定薄壁構(gòu)件屈曲驗(yàn)算鋼支座變形計(jì)算彈性變形鋼材彈性模量決定δ=PL/(EA)變形量較小可控滾動(dòng)變形滾輪幾何直徑?jīng)Q定變形與位移線性關(guān)系摩擦影響較小擺動(dòng)變形擺臂長(zhǎng)度決定變形圓弧軌跡運(yùn)動(dòng)特性自復(fù)位功能優(yōu)勢(shì)鋼支座典型構(gòu)造設(shè)計(jì)鋼支座構(gòu)造類型多樣，可根據(jù)需求定制特殊功能支座鋼支座設(shè)計(jì)實(shí)例某鋼桁架橋支座設(shè)計(jì)案例，采用組合式鋼支座方案第七部分：特殊支座設(shè)計(jì)抗震支座提高結(jié)構(gòu)抗震性能減隔震支座降低地震輸入能量智能支座實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)功能超大荷載特殊工程專用支座抗震支座設(shè)計(jì)計(jì)算力學(xué)響應(yīng)地震下加速度反應(yīng)選型原則滿足抗震設(shè)防烈度承載力考慮動(dòng)力放大效應(yīng)變形驗(yàn)算罕遇地震位移控制減隔震支座設(shè)計(jì)計(jì)算鉛芯橡膠支座利用鉛芯耗能減震高阻尼橡膠支座特殊橡膠配方耗能摩擦擺支座摩擦+重力復(fù)位原理智能支座設(shè)計(jì)考量監(jiān)測(cè)系統(tǒng)力傳感器布置位移監(jiān)測(cè)裝置數(shù)據(jù)采集傳輸可調(diào)節(jié)功能主動(dòng)控制執(zhí)行器半主動(dòng)阻尼系統(tǒng)液壓調(diào)節(jié)裝置傳感布置關(guān)鍵部位監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)信號(hào)處理方法超大荷載支座設(shè)計(jì)選型要點(diǎn)球形支座是首選鋼結(jié)構(gòu)支撐必不可少特殊材料應(yīng)用廣泛計(jì)算方法非線性有限元分析接觸應(yīng)力特殊處理疲勞分析尤為重要組合設(shè)計(jì)多個(gè)支座協(xié)同工作荷載分配精確控制共同變形協(xié)調(diào)性好第八部分：支座安裝與維護(hù)安裝技術(shù)科學(xué)安裝工藝流程檢測(cè)評(píng)估定期檢查性能狀態(tài)維護(hù)更換預(yù)防性維護(hù)與更新問(wèn)題解決常見(jiàn)故障應(yīng)對(duì)措施支座安裝技術(shù)規(guī)范預(yù)埋件設(shè)計(jì)滿足錨固與調(diào)整要求安裝精度水平度誤差≤0.1%臨時(shí)固定防止混凝土澆筑移位質(zhì)量檢驗(yàn)全方位檢測(cè)驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)支座檢測(cè)與狀態(tài)評(píng)估外觀檢測(cè)裂縫與變形觀察防塵罩完好性檢查銹蝕與老化跡象功能檢測(cè)位移與轉(zhuǎn)角測(cè)量支座反力監(jiān)測(cè)溫度變形相關(guān)性支座維護(hù)與更換技術(shù)日常維護(hù)清潔除塵潤(rùn)滑保養(yǎng)損壞評(píng)估老化程度與承載影響更換工藝頂升系統(tǒng)與施工保障質(zhì)量控制更換過(guò)程安全監(jiān)測(cè)支座常見(jiàn)問(wèn)題分析橡膠老化龜裂變硬失去彈性位移異?；瞥藁蚩ㄋ罉?gòu)件損壞鋼板開(kāi)裂橡膠脫落第九部分：工程案例分析通過(guò)實(shí)際工程案例學(xué)習(xí)支座設(shè)計(jì)、問(wèn)題處理和創(chuàng)新應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)大跨徑懸索橋支座設(shè)計(jì)案例工程概況主跨1000米懸索橋復(fù)雜氣象環(huán)境條件抗風(fēng)抗震高要求支座選型特大型球形支座多向變位性能要求抗疲勞性能優(yōu)先特殊工況臺(tái)風(fēng)工況專項(xiàng)分析地震響應(yīng)計(jì)算溫度梯度效應(yīng)高速鐵路橋梁支座設(shè)計(jì)案例工程要求高速列車