《桥梁支座计算》课件

桥梁支座计算高级桥梁工程设计系列课程2025年4月编制适用于土木工程专业高年级学生及工程师课程概述支座基本概念支座类型范围掌握支座作用与功能定位了解各类支座适用条件设计计算方法案例与应用掌握支座力学计算原理实际工程案例分析第一部分桥梁支座基础知识支座功能连接桥上下部结构重要性保障结构安全运行失效后果可能导致桥梁严重损伤支座的基本功能传递荷载上部结构荷载传至下部允许变形适应结构各种变形需求限制位移控制特定方向的位移量减震抗震吸收部分地震能量支座受力分析竖向压力承受桥面全部垂直荷载水平力传递制动力与风荷载旋转变形适应梁端弯曲转角温度适应调节温度引起的伸缩支座分类方法按材料分类按功能分类橡胶支座、钢支座等固定、活动、单向活动按变形能力按受力特点大变形、中变形、小变形承压型、剪切型、弯曲型常见支座类型一览常见支座类型包括板式橡胶支座、盆式橡胶支座、球形支座、钢支座及特殊支座板式橡胶支座结构组成橡胶与钢板交替叠层上下封板固定连接可带滑板增加位移能力板式橡胶支座由多层橡胶与钢板组成盆式橡胶支座结构特点适用范围力学性能钢盆内密闭橡胶垫大荷载中等跨径桥竖向刚度大水平柔梁性好产品规格GPZ系列国标规格齐全球形支座结构组成适用范围球面钢凹凸面配合特大跨径桥梁PTFE滑板降低摩擦转角需求大的结构精密球面加工配合高精度变形控制场合性能参数竖向承载力极大转角性能优异全方位旋转能力第二部分支座设计基本原理设计依据各类技术规范要求设计步骤系统性设计流程方法参数选取荷载变形参数确定支座设计规范及标准规范名称适用范围主要内容JT/T391-2009公路桥梁设计计算方法TB/T2331-2004铁路桥梁产品要求与试验GB/T17955-2009通用橡胶支座材料与性能指标AASHTO/Eurocode国际规范设计参数对比借鉴支座设计基本流程确定支座形式根据桥型荷载特点选择计算支座荷载分析各种工况组合荷载确定支座尺寸根据荷载初步定型验算支座性能强度稳定变形全面核查制作安装要求确定工厂制作安装标准支座荷载分析永久荷载可变荷载温度荷载结构自重、附属设施车辆荷载、人群荷载均匀温度、梯度温度地震作用多遇地震、罕遇地震支座变形分析第三部分板式橡胶支座计算计算理论基础关键计算参数橡胶复合材料力学形状系数S与影响层合结构力学模型叠层影响系数非线性大变形理论材料特性参数板式橡胶支座承载力计算15MPa

0.7MPa竖向设计应力剪切强度常规橡胶支座最大容许压应力橡胶剪切模量标准值5形状系数提高承载力的关键指标板式橡胶支座变形计算竖向变形水平变形压缩量εv≤

0.15te剪切角γ≤

0.7叠层效应旋转变形增加层数提高变形能力转角α≤

0.01rad板式橡胶支座稳定性验算压剪稳定性1避免支座发生倾覆抗滑移验算2确保摩擦力满足要求抗倾覆验算3验证水平位移与高度比疲劳性能4长期重复荷载下性能板式橡胶支座设计实例工程概况计算过程设计结果30m跨径T梁桥永久荷载800kN GJZ板式橡胶支座变形量25mm尺寸400×300×78mm第四部分盆式橡胶支座计算计算理论1静液压力学原理参数选取2橡胶体积模量关键计算公式3应力变形专用公式验算标准4设计规范严格要求盆式橡胶支座承载力计算竖向承载力橡胶体积模量决定水平承载力滑板摩擦系数影响盆体强度钢材抗弯性能关键橡胶压应力控制在35MPa以内盆式橡胶支座变形计算橡胶压缩变形水平滑移量体积模量K决定压缩量PTFE摩擦系数μ=

0.03~

0.05δv=P·h/K·A滑板摩擦阻力F=μ·N圆形盆内最大压缩率

0.15最大水平位移±50mm盆式橡胶支座构件设计25mm钢盆壁厚保证足够的强度刚度30mm活塞厚度承受巨大的橡胶反力20mm橡胶垫厚提供足够的旋转能力5mm板厚PTFE耐久性滑动性能保证盆式橡胶支座设计实例第五部分球形支座计算球面接触力学赫兹接触理论应用关键参数球面半径与材料特性设计公式应力与变形专用计算验算标准4各项性能严格校核球形支座承载力计算竖向承载力水平承载力接触应力接触应力是关键由摩擦系数决定球面接触计算复杂面积小应力集中大需配合抗剪装置应力分布非均匀材料强度决定能力防止滑移失效耐磨性是关键球形支座变形计算竖向压缩水平滑移1材料弹性变形微小PTFE滑板提供滑动2组合变形转角容许43多方向复杂变形适应球面几何形状决定球形支座关键构件设计80mm50mm球冠半径上钢板厚转角能力的决定因素保证足够的整体刚度60mm8mm下钢板厚厚度PTFE支撑巨大集中应力耐久性与摩擦性能球形支座设计实例工程概况设计荷载设计结果跨径200m斜拉桥竖向荷载20000kN QZ20000型球形支座水平力5000kN直径1200mm第六部分钢支座计算钢支座类型滑动、滚动、摇摆计算理论材料力学与结构力学构件设计精确加工配合要求高适用限制逐渐被新型支座替代钢支座承载力计算承压强度钢材接触应力检验剪切强度销钉与栓钉剪切计算弯曲强度支座板件弯曲验算局部稳定薄壁构件屈曲验算钢支座变形计算弹性变形滚动变形摆动变形钢材弹性模量决定滚轮几何直径决定摆臂长度决定变形δ=PL/EA变形与位移线性关系圆弧轨迹运动特性变形量较小可控摩擦影响较小自复位功能优势钢支座典型构造设计钢支座构造类型多样，可根据需求定制特殊功能支座钢支座设计实例第七部分特殊支座设计抗震支座减隔震支座智能支座提高结构抗震性能降低地震输入能量实时监测调节功能超大荷载特殊工程专用支座抗震支座设计计算力学响应选型原则地震下加速度反应满足抗震设防烈度变形验算承载力罕遇地震位移控制考虑动力放大效应减隔震支座设计计算铅芯橡胶支座高阻尼橡胶支座摩擦摆支座利用铅芯耗能减震特殊橡胶配方耗能摩擦+重力复位原理智能支座设计考量监测系统可调节功能力传感器布置主动控制执行器位移监测装置半主动阻尼系统数据采集传输液压调节装置传感布置关键部位监测点数据传输网络信号处理方法超大荷载支座设计选型要点计算方法组合设计球形支座是首选非线性有限元分析多个支座协同工作钢结构支撑必不可少接触应力特殊处理荷载分配精确控制特殊材料应用广泛疲劳分析尤为重要共同变形协调性好第八部分支座安装与维护安装技术科学安装工艺流程检测评估定期检查性能状态维护更换预防性维护与更新问题解决常见故障应对措施支座安装技术规范预埋件设计满足锚固与调整要求安装精度水平度误差≤

0.1%临时固定防止混凝土浇筑移位质量检验全方位检测验收标准支座检测与状态评估外观检测功能检测裂缝与变形观察位移与转角测量防尘罩完好性检查支座反力监测锈蚀与老化迹象温度变形相关性支座维护与更换技术日常维护清洁除尘润滑保养损坏评估老化程度与承载影响更换工艺顶升系统与施工保障质量控制更换过程安全监测支座常见问题分析橡胶老化位移异常构件损坏龟裂变硬失去弹性滑移超限或卡死钢板开裂橡胶脱落第九部分工程案例分析通过实际工程案例学习支座设计、问题处理和创新应用的经验教训大跨径悬索桥支座设计案例工程概况支座选型主跨1000米悬索桥特大型球形支座复杂气象环境条件多向变位性能要求抗风抗震高要求抗疲劳性能优先特殊工况台风工况专项分析地震响应计算温度梯度效应高速铁路桥梁支座设计案例工程要求高速列车动力荷载支座选型特殊减振盆式支座疲劳分析上亿次荷载循环监测数据位移与应力长期监测支座失效案例分析失效现象原因分析支座橡胶破裂变形设计计算参数偏小改进措施破坏机理4更换大型高性能支座疲劳损伤累积效应总结与展望计算要点力学模型与参数选取发展趋势高性能新材料应用研究热点智能监测与主动控制内容总结支座计算全流程掌握。