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香港公路橡膠支座的要求和橋梁隔震的設計

    橋梁隔震設計可以加強橋梁抗震性能，但在進行隔震設計時應當遵守以下幾個基本原則，只有認真遵守這些原則，才能有效地、切實地提高橋梁抗震效能。
    一、橋梁隔震設計的基本原則
    1、首先應當考察橋梁是否適宜采用隔震設計，考察應當以其周期增長后系統能否有效地提高地震時能量的吸收，且以這個為判斷的判據。對于不適合進行抗震結構的橋梁地段，不能盲目地進行施工。
    2、隔震裝置在橋梁設計中若被采用，則它的上部結構在地震后會產生相對的位移，這將對橋梁的后期使用和功能產生影響，因此在地震后，應當加強對隔震裝置的修補和完善。
    3、若在橋梁設計時采用了相關的隔震措施，那么應當保證橋梁的抗震性能不低于那些采用普通抗震設計所起到的抗震性能的大小。
    4、應當對采用隔震措施橋梁附近的地質環境以及橋梁地基進行科學地研究和勘測，隔震橋梁附近應當具有較為堅實的地質條件。
    5、在采用隔震裝置時，應當盡可能地選擇和采用那些結構簡單且同時符合所需隔震性能的裝置，且應當保證在其力學性能的范圍內科學地采用。
    二、隔震裝置的設計
    橋梁隔震設計的兩個主要方面分別為隔震裝置的設計和結構其它構件的設計。其中隔震裝置的設計是隔震設計的中心。目前，橋梁隔震設計中較為普遍采用的方法是彈性反應譜法，這種方法被大部分國家采用，但有不同的規范，主要有美國的、日本的和歐洲的規范，它們之間區別不大，主要在于計算公式的不同，這些計算公式是指隔震裝置等效剛度的計算和和等效阻尼的計算，與之相對比，那些復雜性強或較為不規則的橋梁，較為常用的方法是時程方法。
    彈性反應譜方法之所以得到普遍采用，一方面是因為施工時計算的相對簡單，另一方面是因為它和現有的規范計算方法很接近，這樣便易于接受，最后應當引起注意的是眾所周知隔震裝置的等效剛度和等效阻尼的計算是與隔震裝置在地震中的最大變形程度有關的，繼而隔震裝置的變形又與整個橋梁的地震響應程度有關系，所以客觀上要求我們對于采用彈性反應譜方法進行的隔震設計應當是一個不斷完善和變化的過程。
    由于在具體的計算中，對于目標的實現和達到沒有直接的公式可采用，因此這就要求設計人員對橋梁結構地震響應的程度有較好的掌握和預估，地震發生后，較為熟練的工程師可以依據其長期工作的經驗初步地制定設計方案，方案完成后，再用一系列的時程來分析和驗證其設計是否合理。
    三、細部構造的設計
    橋梁的附屬結構在橋梁的隔震設計中同樣發揮著巨大的作用，這些附屬結構和構件主要包括限位裝置、伸縮縫、防落梁裝置等，通過對諸多震害調查的分析和動力時程分析我們發現這些細部構造是影響橋梁結構動力響應和隔震效果的重要方面。但當前普遍存在的問題是大多數的設計人員會忽略細部構造的設計、將其置于次要地位，另外一方面這也是由于在地震響應的計算時附屬結構的計算方法較為復雜造成的。在細部構件的設計時應當具有良好的連續性。

公路橋梁支座的作用和要求
    1、橋梁支座的作用和要求
    位置：橋梁支座設置于橋梁的上部結構與墩臺之間。
    作用：是把上部結構的各種荷載傳遞到墩臺上，并能夠適應活載、溫度變化、混凝士收縮與徐變等因素所產生的變位（位移和轉角），使上下部結構的實際受力情況符合設計的計算圖式。
    分類：橋梁支座按其變位的可能性分為固定支座和活動支座。其中固定支座傳遞豎向力和水平力，上部結構在支座處能自由轉動但不能水平移動；活動支座則只傳遞豎向力，上部結構在支座處既能自由轉動又能水平移動。活動支座又可分為單向活動支座（僅提供縱向的自由移動）和雙向活動支座（縱向、橫向均可自由移動）。
    我國目前常用橋梁支座型式多樣，可分為簡易支座、鋼支座、鋼筋混凝土支座、橡膠支座以及特種支座（如減震支座、拉力支座等）。選用橋梁支座時，要考慮的因素包括橋梁跨徑、支點反力、對建筑高度的要求、適應單向和多向位移及其位移量的需要，以及防震、減震的需要。
    橋梁支座的布置方式：主要根據橋梁的結構型式及橋梁的寬度確定。簡支梁橋一端沒固定支座，另一端設活動支座。鐵路橋梁由于橋寬較小，支座橫向變位很小，一般只需設置單向（縱向）活動支座。公路T形梁橋由于橋面較寬，需要在固定墩上設置一個固定支座，相鄰的支座設置為橫向可動、縱向固定的單向活動支座，而在活動墩上設置一個縱向活動支座（與固定支座相對應），其余均設置雙向活動支座。連續梁橋每聯（由兩伸縮縫之間的若干跨組成）只設一個固定支座。曲線連續梁橋的支座布置會直接影響到梁的內力分布，同時，支座的布置應使其能充分適應曲梁的縱、橫向自由轉動和移動的可能性。
   正確地確定支座所承受的荷載和活動支座的位移量是支座設計的基礎。位移量的計算要考慮各種可能出現的上況，對溫度產生的位移，要有足夠的估計。
    2、支座的類型與構造
    簡易支座：簡易支座是指在梁底和墩臺頂面之間設置墊層來支承上部結構。墊層可用油毛氈、石棉板或鉛板等做成。簡易支座僅適于跨度10m以下的公路橋和4m以下的鐵路板橋。    鋼支座：鋼支座是靠鋼部件的滾動、搖動和滑動來實現支座的位移和轉動功能的。特點：承載能力強，能適應橋梁的位移和轉動的需要，目前仍應用于鐵路橋梁。常見類型包括鑄鋼支座和新型鋼支座。目前公路橋梁已較少采用鑄鋼支座，鐵路橋梁也開始使用其他類型支座，如盆式橡膠支座。    鋼筋混凝土支座：包括擺柱式支座、混凝土鉸。鋼筋混凝士擺柱式支座可用于跨徑大于或等于20m的公路梁橋，或跨徑大于13m的公路懸臂梁橋的掛孔。它的水平位移量較大，承載力為5500kN左右，摩阻系數為0.05。混凝土鉸是最簡單、最廉價的中心可轉動的支座。混凝土鉸有各種類型，橋梁上常用弗萊西奈鉸。混凝土鉸曾在橋梁中有所應用，支承反力可達10000kN。它的優點是支座高度小，構造簡單，用鋼量少；缺點是不能抵抗拉力，不能調整高度，轉動量少，不便于更換和修理。
    橡膠支座：包括板式橡膠支座、盆式橡膠支座。普通板式橡膠支座是僅用一塊矩形（或圓形，或帶球冠圓形，或坡形）橡膠板做成的適用于中、小跨度橋梁的一種簡單橡膠支座。矩形構造最為簡單。圓形和球冠圓形在平面上各向同性，圓形板上的球冠可調節受力狀況，既適用于一般橋梁，也適用于各種變位較復雜的立交橋及高架橋。坡形的頂面呈斜面，適宜于縱橫坡較大的公路橋。盆式橡膠支座是在板式橡膠支座的基礎上，將鋼部件與橡膠部件組合而成的一種橡膠支座。其基本構造是將一塊素橡膠圓板置于半封閉鋼制盆腔內，橡膠在受壓后的變形由于受到鋼盆的約束，處于三向受壓狀態，只要鋼盆不破壞，橡膠就永遠不會喪失承載力。于是，橡膠的抗壓強度可以大幅度提高。工作原理是：利用橡膠塊在三向受力狀態下具有流體的性質（適度不均勻壓縮）來實現轉動；依靠聚四氟乙烯板與不銹鋼板之間的低摩擦系數來實現水平位移。
    橡膠支座與金屬剛性支座相比，具有構造簡單、加工方便、節省鋼材、造價低、結構高度小、安裝方便等一系列優點。此外，橡膠支座能方便地適應任意方向的變形，故對于寬橋、曲線橋和斜橋均具有較好的適應性。橡膠的彈性還能消減上下部結構所受的動力作用，這對于抗震也十分有利。
    除上述常規橡膠支座外，還有一些適合于特殊用途的支座，如拉力支座、鉛芯橡膠支座、測力及調高支座等。拉力支座除可正常轉動和滑動外，還可承受垂直方向的拉力（負反力）。鉛芯橡膠支座是在普通板式橡膠支座中設置圓柱形鉛芯，以改善支座的阻尼特性，減小地震對橋梁墩臺的作用。