一、桥梁支座的主要作用
1、荷载传递
支座是桥梁上部结构荷载向下部结构传递的“咽喉”。它将梁体自重、桥面铺装、车辆荷载、人群荷载等竖向荷载,以及风荷载、地震荷载、车辆制动力、温度力等水平荷载,可靠地传递给桥墩和桥台。支座的设计需确保在各种荷载组合下,荷载传递路径清晰、均匀,避免应力集中。
2、适应位移与转动
桥梁在运营过程中,梁体会因温度变化(热胀冷缩)、混凝土收缩徐变、车辆荷载作用等产生水平位移和梁端转动。支座需具备相应的位移和转动能力,以适应这些变形,避免梁体产生过大的约束应力。例如,板式橡胶支座通过橡胶的剪切变形适应位移,盆式支座通过滑动副适应位移。
3、缓冲与减震
支座中的橡胶层或聚四氟乙烯板具有一定的弹性,可以吸收和缓冲车辆荷载、风荷载、地震荷载等产生的冲击和振动,减少对墩台和基础的冲击,提高桥梁的舒适性和安全性。对于地震区桥梁,支座还需具备一定的耗能能力,以消耗地震能量。
二、支座失效带来的结构风险
1、梁体应力异常
当支座失效(如脱空、卡死、滑动面失效)时,梁体的约束条件发生变化,导致梁体产生附加应力。例如,支座卡死会使梁体无法自由伸缩,温度变化时梁体内部产生巨大的温度应力,可能导致混凝土开裂或预应力筋断裂。支座脱空会使梁体局部悬空,产生弯矩和剪力,导致梁体开裂。
2、墩台受力异常
支座失效会导致墩台承受的荷载分布不均,产生偏心或过大的水平力。例如,支座滑动面失效会使梁体的水平力无法有效释放,直接传递给墩台,导致墩台产生倾斜、开裂或基础沉降。对于高墩或柔性墩,这种风险更为突出。
3、梁体位移失控
支座失效会导致梁体在水平方向或竖向的位移失控。例如,支座滑动面磨损或卡死,会使梁体无法正常伸缩,导致伸缩缝挤压损坏或梁体之间发生碰撞。支座脱空或失效,可能导致梁体在竖向产生过大位移,甚至引发落梁事故。
4、整体结构失稳
在极端情况下,如地震或船撞导致支座完全失效,梁体可能从墩台上滑落,引发桥梁整体倒塌。历史上多起桥梁倒塌事故都与支座失效有关。因此,支座是桥梁结构安全的关键环节,需定期检查和维护。