大中型橋梁盆式橡膠支座的典型事故案例分析與防治
2011-09-13 來(lái)源：衡水中特制品網(wǎng)
1、大中型公路、鐵路橋梁盆式橡膠支座應(yīng)用概述：
盆式橡膠支座在我國(guó)公路與鐵路橋梁上應(yīng)用已有近30年歷史，最早在上世紀(jì)70年代京包和京唐鐵路的鐵路大橋上應(yīng)用；90年代在京鐵路上推廣應(yīng)用抗震盆式支座；1998年在南京長(zhǎng)江二橋的北汊橋5跨連續(xù)箱梁（90m+3×165m+90m）上應(yīng)用大噸位盆式支座，最大設(shè)計(jì)承載力達(dá)到6500噸，是當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)承載力最大的盆式支座。由于盆式支座具有承載力大，其橡膠層在鋼盆內(nèi)不易老化，維護(hù)保養(yǎng)簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)，特別適用于大跨度橋梁等突出優(yōu)點(diǎn)，所以近十多年來(lái)，在全國(guó)高速公路上的橋梁、鐵路橋梁和城市市政橋梁中得以大量推廣應(yīng)用。在長(zhǎng)江、黃河、珠江、黃浦江等所建成的跨江特大橋上使用的幾乎都是盆式支座。為了規(guī)范使用，上世紀(jì)90年代初和90年代末，鐵道部和交通部相繼出臺(tái)了“盆式橡膠支座產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)”，這對(duì)盆式支座的推廣應(yīng)用起了有力的促進(jìn)作用。
盆式橡膠支座與板式橡膠支座相比，具有承載力大，橡膠層在鋼盆內(nèi)不易老化，使用壽命長(zhǎng)等突出優(yōu)點(diǎn)，而在大跨度公路和鐵路橋以及市政橋梁中得以廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際橋梁中發(fā)現(xiàn)應(yīng)用不當(dāng)，也經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)病害和質(zhì)量事故。本文通過(guò)實(shí)際工程中的盆式支座病害和事故案例分析，提出了相應(yīng)的防治措施。
然而隨著盆式支座的大量推廣應(yīng)用，近幾年也相繼出現(xiàn)了不少盆式支座安裝質(zhì)量事故和產(chǎn)品質(zhì)量事故。通過(guò)事故案例分析，其事故原因有支座設(shè)計(jì)布置和選用不當(dāng)、施工安裝技術(shù)不到位和產(chǎn)品質(zhì)量存在缺陷等多種因素所致，這些事故案例已引起專家們的密切關(guān)注。
2、對(duì)于一些典型橋梁盆式橡膠支座的事故案例與分析
案例一、2008年青島某市政橋梁，在建設(shè)中發(fā)現(xiàn)箱梁安裝后盆式支座的鋼盆豎向開(kāi)裂，出現(xiàn)鋼盆開(kāi)裂事故并不是個(gè)別現(xiàn)象，橋梁養(yǎng)護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)已通車(chē)的橋梁中也不少。
案例分析：鋼盆鑄造質(zhì)量低劣，盆壁內(nèi)部有缺陷；使用材料不當(dāng)，應(yīng)該是鑄鋼，而有的廠家采用的是鑄鐵，鑄鐵容易開(kāi)裂；橡膠支座的墊石不平整和梁底支承接觸面不平整，導(dǎo)致受力不均勻，局部應(yīng)力集中，而使鋼盆豎向開(kāi)裂.2010年某現(xiàn)澆七跨50m預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，采用移動(dòng)支架施工，第一聯(lián)跨落梁時(shí)，箱梁在活動(dòng)盆式支座上出現(xiàn)滑移，1小時(shí)后最大橫向滑移量達(dá)46cm，導(dǎo)致嚴(yán)重事故。
案例二：1、對(duì)于一些盆式橡膠支座的安裝與設(shè)計(jì)原因：
①盆式橡膠支座布置不合理，七跨50m現(xiàn)澆預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁橋的兩端設(shè)計(jì)有伸縮縫，緊靠伸縮縫位置的第一聯(lián)跨布置的4個(gè)支座都是多向活動(dòng)支座是不合理的。由于采用移動(dòng)支架施工時(shí)，其施工順序是從伸縮縫處的第一聯(lián)跨開(kāi)始，依次向跨中推進(jìn)施工，當(dāng)?shù)谝宦?lián)跨箱梁落梁時(shí)，落在4個(gè)多向活動(dòng)支座上，由于未設(shè)臨時(shí)支座等于一根簡(jiǎn)支梁落在4個(gè)球上面，使箱梁成懸浮狀態(tài)。此時(shí)支座已不以承受豎向力控制，而是由支座接觸面水平摩擦力來(lái)控制。由于活動(dòng)支座的摩擦系數(shù)很小，實(shí)測(cè)為0.005。50m跨箱梁的理論自重為1600噸，平均每個(gè)支座反力為400噸。而每個(gè)支座的摩擦力為400×0.005=2噸，4個(gè)支座合起來(lái)為8噸，靠8噸的摩擦力支承1600噸的箱梁是不可能的。如果落架時(shí)高程有先后，就有可能產(chǎn)生水平推力，促使梁體在支座上發(fā)生滑移。
②設(shè)計(jì)選用的盆式座的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角小于實(shí)際橋梁對(duì)支座產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角很多，也是梁體滑移的重要原因。GPZ（Ⅱ）型支座的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角為0.02rad，由于該橋梁的設(shè)計(jì)縱向坡度為3%，橫面坡度為2%，由縱坡和橫坡所造成的支座轉(zhuǎn)角已達(dá)到，再加上箱梁落架后的自重產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角，4個(gè)多向活動(dòng)支座上實(shí)際產(chǎn)生的轉(zhuǎn)角有可能達(dá)到0.04rad，已超過(guò)支座設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角的2倍，這對(duì)支座是很不利的。因?yàn)橹ё脑O(shè)計(jì)轉(zhuǎn)角0.02rad，主要是考慮梁體恒載和活載作用下的轉(zhuǎn)角，并未考慮梁體設(shè)置縱、橫坡所產(chǎn)生的永久轉(zhuǎn)角0.036rad。由于轉(zhuǎn)角過(guò)大安裝支座時(shí)未加楔塊調(diào)整，這是導(dǎo)致梁體在支座上發(fā)生滑移的第二個(gè)因素。安裝布置活動(dòng)支座就是要求梁體在正常使用時(shí)能自由滑動(dòng)，不滑動(dòng)就不正常了。由于上述兩個(gè)因素，所以落梁后就開(kāi)始滑動(dòng)，1個(gè)小時(shí)橫向滑移量為46cm，將支座內(nèi)的橡膠體大部分?jǐn)D出。
2、施工原因：由設(shè)計(jì)圖可知第一聯(lián)跨箱梁下面布置的是4個(gè)多向活動(dòng)支座，制定施工方案時(shí)未考慮落梁時(shí)活動(dòng)支座會(huì)產(chǎn)生滑移的防滑措施，未加設(shè)臨時(shí)支座，施工方案考慮不周。另外落梁時(shí)不同步，有高程先后，反應(yīng)在梁體向縱坡上方向滑移，充分說(shuō)明梁體上坡方向先落，下坡方向后落，造成高差使梁體產(chǎn)生向上坡方向的水平推力，導(dǎo)致梁體向上坡方向滑移。
3案例三、2005年某鄉(xiāng)村公路跨河大橋，為主跨36m的三跨變截面箱梁橋、雙向二車(chē)道。采用的是盆式橡膠支座，支座布置如圖4所示。箱梁合攏后受力體系轉(zhuǎn)換為支座受力時(shí)，由于盆式支座的安裝連接板未拆除，而導(dǎo)致活動(dòng)支座不能自由滑動(dòng)，使盆式支座嚴(yán)重?fù)p壞，喪失支座使用功能，三跨變截面箱梁盆式支座布置 。
案例分析：對(duì)大跨度變截面箱梁采用掛籃懸挑施工，在施工階段箱梁為懸臂受力狀態(tài)與合擾后體系轉(zhuǎn)換為成橋，受力狀態(tài)是完全不同的。施工階段支座受力很小，成橋后橋梁的自重完全由支座承擔(dān)，所以在箱梁合攏后體系轉(zhuǎn)換階段必須將支座的安裝連接板全部拆除，解除約束，使支座按設(shè)計(jì)受力狀態(tài)發(fā)揮支座功能。該工程未將連接板拆除，活動(dòng)支座發(fā)揮滑移功能時(shí)受到約束，在成橋后的自重作用下將連接板的連接螺栓和連接板推斷，活動(dòng)支座的上滑板在約束力作用下被壓彎，使支座的作用功能喪失。
4案例四、2005年某特大型橋梁在交工驗(yàn)收檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)南北引橋的盆式支座安裝連接板大部分未拆除，見(jiàn)圖6所示。盆式支座類似安裝病害是普遍現(xiàn)象，許多橋梁在通車(chē)后，正常養(yǎng)護(hù)檢查時(shí)才發(fā)現(xiàn)多數(shù)盆式支座的安裝連接板未拆除，支座上壓板被壓彎，連接板被拉彎或拉斷。
案例分析：盆式支座出現(xiàn)上述病害，是由于安裝連接板未拆除，導(dǎo)致成橋后支座不能自由滑動(dòng)所致。
5案例五、SH-PZ盆式橡膠支座的橡膠體安裝在鋼盆內(nèi)，一般檢測(cè)時(shí)，不檢測(cè)內(nèi)部橡膠層，只是檢測(cè)鋼盆的豎向和徑向變形以及活動(dòng)支座的滑板水平摩擦系數(shù)。養(yǎng)護(hù)檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，不少橋梁的盆式支座由于橡膠體的豎向壓縮變形大，支座的上壓板完全作用在鋼盆壁上，而失去橡膠支座的功能和作用，對(duì)梁體受力十分不利。所以近幾年，發(fā)現(xiàn)梁體普遍出現(xiàn)裂縫病害，與支座病害也有密切關(guān)系。
