陸酉

摘要：南京長江大橋公路正橋的維修改造，將原有的陶?；炷列熊嚨腊搴凸蜂摽v梁拆除，更換為整體鋼結(jié)構(gòu)正交異性板，為適應(yīng)板桁間荷載傳遞及板桁溫差作用，板桁之間設(shè)置大量拉壓鋼支座。本文根據(jù)工程特點(diǎn)，從支座性能要求出發(fā)，重點(diǎn)針對拉壓鋼支座的構(gòu)造形式、材料、性能檢定幾個(gè)方面進(jìn)行研究，以獲得滿足本工程需要的拉壓鋼支座型式。

關(guān)鍵詞：南京長江大橋;正交異性板;抗拉鋼支座;材料;性能檢定

1 工程背景

南京長江大橋?yàn)槲覈谝蛔灾鹘ㄔ炜缭介L江的特大橋梁，正橋共10孔，采用（128+160×3+160×3+160×3）m連續(xù)鋼桁梁結(jié)構(gòu)形式，鐵路在下、公路在上。大橋于1968年12月全線通車，運(yùn)營近50年后，因公路橋面存在部分病害危及鐵路運(yùn)營安全，于2016年10月實(shí)行公路橋全封閉維修改造^[1]。

公路正橋的維修改造主要將既有陶粒混凝土行車道板和公路鋼縱梁拆除，更換為整體鋼結(jié)構(gòu)正交異性板，在原公路橫梁頂面支撐位置，設(shè)置拉壓鋼支座，順橋向每8米一排;不增加公路橋恒載，不改變原公路面布置形式。

公路正橋改造后，正交異性板的設(shè)置與主桁分聯(lián)長度位置保持一致，橋面伸縮縫由原50道伸縮縫改為5道大伸縮縫。在每聯(lián)中部設(shè)置一排縱向限位支座，橋軸線設(shè)置一列橫向限位支座，每聯(lián)中部與橋軸線交叉位置設(shè)置固定限位支座，其余均為雙向活動(dòng)支座。

本工程拉壓鋼支座數(shù)量龐大、性能要求高、類型多樣、維修養(yǎng)護(hù)難度大，針對上述特點(diǎn)本文從支座構(gòu)造形式、材料等方面對其型式進(jìn)行研究，以獲得適用于本工程要求的支座。

2 支座性能要求

2.1 滿足整體受力要求

公路正橋更換為整體鋼橋面板后，在鐵路活載作用下，支座產(chǎn)生拉力，因此鋼支座除具備抗壓功能外，還應(yīng)具備抗拉功能。

2.2 適應(yīng)正交異性板的變形要求

因板、桁溫差，針對不同部位的支座，滿足順橋向和橫橋向變形的需要。

2.3 適應(yīng)正交異性板轉(zhuǎn)動(dòng)的要求

正交異性板支承于鋼桁梁上為連續(xù)板結(jié)構(gòu)體系，支座應(yīng)具備轉(zhuǎn)動(dòng)功能。

2.4連接構(gòu)造的合理性

除保障支座本身的力學(xué)性能外，其與鋼橋面板、公路橫梁的連接應(yīng)滿足傳力的需要，并盡可能減少對既有結(jié)構(gòu)的局部受力影響。

2.5 長期使用性能和耐久性能要求

鋼支座位于公路與鐵路之間，運(yùn)營中的維修養(yǎng)護(hù)必須在鐵路封鎖點(diǎn)內(nèi)進(jìn)行，操作難度大、功效低，為減少后期維養(yǎng)工作量，降低鐵路運(yùn)營安全風(fēng)險(xiǎn)，鋼支座在材料的耐久性和支座壽命方面應(yīng)予以重點(diǎn)考慮。

3 支座構(gòu)造形式的研究

3.1 支座結(jié)構(gòu)、類型

支座主要由上支座板、耐磨板、球冠、活塞、下支座板、抗拉軸等組成。根據(jù)支座安裝位置，分為固定支座，單向活動(dòng)支座雙向和活動(dòng)支座^[2]。

固定支座上支座板與活塞采用類似高壓鍋蓋連接形式，旋轉(zhuǎn)扣緊，不易脫開，結(jié)構(gòu)對稱，受力均勻。

單向活動(dòng)支座和雙向活動(dòng)支座上支座板與活塞采用抽屜連接形式。其中單向活動(dòng)，支座橫向限位，縱向允許活動(dòng)，或者支座縱向限位，橫向允許活動(dòng);雙向活動(dòng)支座橫向預(yù)留一定間隙，橫向允許小位移活動(dòng)，縱向允許大位移活動(dòng)。結(jié)構(gòu)緊湊，安全。

3.2 支座功能特點(diǎn)

（1）抗拉結(jié)構(gòu)：通過抗拉軸、活塞連接上、下支座板，實(shí)現(xiàn)150kN抗拉功能。

（2）轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)：通過活塞、球冠、球面耐磨板實(shí)現(xiàn)支座的轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)角0.01rad。

（3）水平抗力結(jié)構(gòu)：通過耐磨條使上、下支座板接觸，承受400kN（固定）/80kN（活動(dòng)）水平載荷力^[3]。

（4）臨時(shí)鎖定結(jié)構(gòu)：通過連接板鎖定上、下支座板，調(diào)平支座，同時(shí)抵抗安裝過程中產(chǎn)生的水平載荷^[5]。

3.3 支座結(jié)構(gòu)可靠性

支座上支座板采用整體結(jié)構(gòu)，不需螺栓連接，在正常使用過程中，不會(huì)因?yàn)槠谡駝?dòng)造成螺栓松動(dòng)問題。

活塞與球冠、活塞與下支座板接觸面均為球面耐磨板，支座轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上下結(jié)構(gòu)同心，除了耐磨板極小摩擦阻力（摩擦系數(shù)0.03），無其他阻力。支座轉(zhuǎn)動(dòng)順暢，不會(huì)造成既有結(jié)構(gòu)局部受力或梁體內(nèi)應(yīng)力。

抗拉軸與下支座板采用螺紋連接，由于存在彈性體，無法施加足夠的預(yù)緊力，在受壓、受拉、轉(zhuǎn)動(dòng)和振動(dòng)時(shí)，會(huì)出現(xiàn)松動(dòng)情況，為了防止松脫，使用騎縫螺釘，既防松，又不會(huì)破壞螺紋強(qiáng)度。

4 支座材料的研究

支座本體鋼件采用鑄鋼ZG270～500^[7]，鑄造性能良好，有一定的韌性和塑性，強(qiáng)度和硬度高，屈服強(qiáng)度270MPa，極限抗拉強(qiáng)度500MPa。用于支座中，承載力強(qiáng)，安全系數(shù)高。滿足本地區(qū)的大氣狀況^[4]。

支座的豎向承壓滑板及導(dǎo)向滑板采用改性超高分子量聚乙烯，性能優(yōu)良，耐磨性能是鋼材的8～9倍，耐沖擊性能是聚碳酸酯的2倍，摩擦系數(shù)低、承載力大、耐化學(xué)性等。加工簡單，滑板用新鮮粉料模壓而成，滑板表面儲(chǔ)硅脂坑模壓成型，在硅脂潤滑條件下豎向承壓滑板與不銹鋼板對磨時(shí)（常溫條件下23±2℃）線磨耗率≤5μm/km。使用壽命長，耐?久可靠。

抗拉軸承受交變載荷，抗疲勞、抗沖擊。采用高強(qiáng)度合金鋼42CrMo，屈服強(qiáng)度650MPa。具有高強(qiáng)度和韌性，淬透性也較好，無明顯的回火脆性，調(diào)質(zhì)處理后有較高的疲勞極限和抗多次沖擊能力，低溫沖擊韌性良好^[6]。

支座與橫梁采用大六角頭鋼結(jié)構(gòu)連接螺栓，螺栓材質(zhì)為20MnTiB，等級(jí)為10.9S級(jí)。具有良好的力學(xué)性能和工藝性能，熱處理后的疲勞強(qiáng)度、變形量及滲碳后在彎曲負(fù)荷下的缺口敏感性均不亞于20CrMnTi，滲碳后可以降溫淬火。且安裝時(shí)，螺栓施加預(yù)緊力，有效防止松動(dòng)^[8]。

5 支座性能的檢定

支座性能檢驗(yàn)按《鐵路橋梁球型支座》TB/T3320-2013、《橋梁球型支座》GB/T17955-2009及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定執(zhí)行，包含：支座豎向承載力試驗(yàn)，支座摩擦系數(shù)試驗(yàn)，支座轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)，支座水平力承載力試驗(yàn)，支座抗拉拔試驗(yàn)。

普通試驗(yàn)采用YES-5000液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)（J003），動(dòng)靜態(tài)液壓伺服試驗(yàn)系統(tǒng)（工作測力儀）（J090）?？估卧囼?yàn)采用拉力試驗(yàn)機(jī)。

（1）豎向承載力試驗(yàn)：豎向變形1.17mm，≤2mm，豎向變形/支座總高度0.66%≤1.0%，豎向承載力滿足要求，試驗(yàn)合格。

（2）摩擦系數(shù)試驗(yàn)：實(shí)測第二次至第五次滑動(dòng)摩擦系數(shù)的平均值，作為支座的實(shí)測摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)0.007≤0.03，試驗(yàn)合格。

（3）轉(zhuǎn)動(dòng)試驗(yàn)：支座實(shí)測轉(zhuǎn)動(dòng)力矩，取其3次的試驗(yàn)平均值，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩1562Nm，≤4680Nm，試驗(yàn)合格。

（4）水平承載力試驗(yàn)：水平力100.22KN，≥96KN，支座水平承載力試驗(yàn)，在拆除裝置后，支座變形恢復(fù)。試驗(yàn)合格。

（5）抗拉拔試驗(yàn)：豎向拉力181.29KN，≥180KN?？估S、上支座板、下支座板、活塞無永久變形，螺紋無損壞，試驗(yàn)合格。

經(jīng)過試驗(yàn)，支座各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求。支座設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、選材合理。

6 結(jié)論與建議

6.1 結(jié)論

拉壓鋼支座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，既能承受豎向壓力，又能承受豎向拉力，且能適應(yīng)橋梁縱向活動(dòng)、橫向活動(dòng)和轉(zhuǎn)角要求，不會(huì)對橋梁局部應(yīng)力造成影響。經(jīng)過試驗(yàn)驗(yàn)證，支座性能符合設(shè)計(jì)及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。

根據(jù)支座使用工況，鋼件、耐磨板、抗拉軸、連接螺栓選用合理，承載力強(qiáng)，安全系數(shù)高，摩擦系數(shù)低，抗疲勞、抗沖擊，且有振動(dòng)防松措施。

支座承受豎向壓力、豎向拉力載荷，對安裝空間要求高，為了使支座板與鋼梁密貼，安裝時(shí)使用2mm，4mm，6mm，8mm，10mm等厚度調(diào)高墊板。

6.2為了保證支座順利安裝，有以下注意事項(xiàng)：

（1）安裝過程針對臨時(shí)鎖定支座旋松連接板的上螺栓和中間螺栓，使間隙達(dá)到2-3mm，即2個(gè)絲扣;

（2）安裝時(shí)應(yīng)在設(shè)計(jì)平衡溫度下控制支座橫向位移誤差;

（3）安裝時(shí)應(yīng)控制支座縱向位移匹配;

6.3后期維養(yǎng)建議：

（1）工程建設(shè)完工并運(yùn)營后三個(gè)月內(nèi)，應(yīng)及時(shí)對支座進(jìn)行檢查;

（2）使用一年內(nèi)應(yīng)再次對支座進(jìn)行檢查;

（3）第二年和第三年應(yīng)每年定期對支座檢查一次;

（4）三年后，支座基本處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，以后可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行檢查。

參考文獻(xiàn)

[1] 中鐵大橋勘測設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司.南京長江大橋公路橋維修改造工程施工圖[Z].2016.11.

[2] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路橋梁球型支座（TB/T 3320—2013）.北京：中國鐵道出版社，2013.

[3] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).橋梁球型支座（GB/T17955—2009）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[4] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鐵路橋梁鋼支座（TB/T1853-2006）.北京：中國鐵道出版社，2006.

[5] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).優(yōu)質(zhì)碳素結(jié)構(gòu)鋼（GB/T699-1999）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，1999.

[6] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).合金結(jié)構(gòu)鋼（GB/T 3077-2015）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015.

[7] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).一般工程用鑄造碳鋼件（GB/T 11352-2009）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2009.

[8] 中華人民共和國行業(yè)標(biāo)準(zhǔn).鋼結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)度大六角頭螺栓、大六角螺母、墊圈技術(shù)條件（GBT 1231-2006）.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.