绵阳QZ球形支座防水防腐蚀可应用到朝天门大桥

朝天门大桥位于重庆市中央商务区，长江和嘉陵江交汇口下游，距朝天门约1.7km。该桥全长4.881km，由正桥、江北桥头互通立交、弹子石3层互通8字形立交和黄桷湾3层互通式立交等组成。正桥为双层公轨两用桥，分为上下层，上层桥面为双向6车道，桥面宽31m，下层桥面设2车道和双向轻轨交通。主桥跨度为552m，在同类桥型结构中为世界第一。根据所处地理环境和设计需要，该桥所用绵阳QZ球形支座需满足以下5个方面的要求：

(1)上部钢结构为3跨连续的桁架拱桥，所有荷载采用支座支撑，支座承载力巨大，为145MN，其外形尺寸超宽，重量超重。所以支座在结构设计、制造、组装、运输和现场安装时应采取措施，确保在整体起吊和大件运输过程中的安全性。

(2)根据桥梁结构设计要求，支座需采用倒置结构设计，即支座纵向位移滑动面下置，并且固定支座和活动支座横桥向需考虑士6mm位移量。

(3)活动支座纵桥向需设置1800mm临时加长位移装置，以满足梁体施工过程中产生的临时附加位移需要。

(4)固定QZ球形支座纵向设计对应考虑限位约束发生屈服或破坏消能后，具有保证不落梁的结构措施。

(5)重庆为重工业城市，朝天门大桥地处酸雨大气腐蚀环境，要求支座能抵抗氯化物、硫化物、氟化物及含尘空气的腐蚀影响。

综上所述，由于国内外目前尚无满足该桥实际需要的定型产品，所以需要根据有关支座标准的设计规定，并结合国内外支座的实际制作和使用经验进行特殊设计。

l45MN大吨位QZ球形支座设计

2.1结构方案

QZ球形支座主要由上支座板、球冠衬板、下支座板(含不锈钢板)、平面四氟滑板、球面四氟滑板以及导向块(含SF-l滑板)等组成，同时还包括锚固联接结构，内部弹性密封和外部防尘防水结构等配套构件。该支座的水平力主要通过上支座板、导向块和下支座板进行传递，特别是当支座在立面和平面内发生转动时，导向块结构能有效避免线接触和卡死现象。

2.2摩擦副

平面、球面摩擦副采用欧洲标准规定的大规格支座摩擦副构造和用材，以便于按标准进行摩擦副受力分析计算。其中平面四氟板与不锈钢板组成的平面摩擦副分别经过了5132m和10242m的长期测试，摩擦系数和磨耗率满足标准规定值，摩擦副受力可靠，摩擦阻力小，磨耗寿命能满足实际工程需要。本技术方案采用的平面摩擦副为带储脂坑的PTFE与不锈钢偶对；球面摩擦副为带储脂坑的PTFE与硬铬偶对；侧向摩擦副为CMl与不锈钢偶对。充分保证了各摩擦面的摩擦系数和磨耗性能既满足标准规定值，又满足实际工程需要。

2.3弹性密封装置

通过采用内部弹性预压缩密封装置对平面和球面摩擦副实行全封闭密封，保证QZ球形支座关键摩擦副构造可用于氯化物、硫化物及氟化物的酸雨大气腐蚀环境，并能抵抗含尘空气的污染。另外，在支座外部采用了可周期检查和方便更换并浸渍有防腐液的聚脂布进行周向防尘防水。一方面可保护内部弹性预压缩密封装置，延长密封装置使用寿命；另一方面可对支座整体进行防尘防水和防紫外线等保护。

2.4限位约束机构

固定QZ球形支座采用了水平力极限设计方法，即正常使用条件下，固定支座水平承载力为15％倍竖向设计荷载；当地震等惯性力大于15％倍支座竖向承载力时，限位约束装置发生屈服或破坏消能，同时在支座外围设置有防落梁挡块。

(1)实施方式

下支座板和限位挡块采用组装式的分体结构，限位挡块靠内侧用～排预紧螺栓群连接在下支座板上，并承受弯矩效应，靠外侧设置一排过盈配合的抗剪销承受水平剪切推力。

(2)优点和有益效果

由于采用了下支座板和限位挡块组装式的分体结构，用一排预紧螺栓承受弯矩效应，另一排过盈配合的抗剪销承受水平剪切推力，避免了因间隙问题造成部分螺栓的受载不均和局部失效，保证了无间隙抗剪销的均匀受载，从而保证了侧向力控制结构受力明确和计算的准确性。同时有效地控制了侧向水平力极限荷载，以保护桥墩和梁体免遭地震等突发荷载的破坏。

2.5导向结构

普通支座导向结构为上支座板上的三层自润滑复合滑板与下支座板上的侧向不锈钢滑板匹配。在支座发生转动后，三层自润滑复合滑板(或SFB-2聚四氟乙稀滑板)与侧向不锈钢滑板之间产生一定夹角，接触面变为线接触或局部面接触。另外，由于制造和安装误差影响，上下支座板纵向不可能完全平行，会产生一定夹角。这些情况极易造成复合材料或四氟滑板工作面的局部冲击破坏，影响支座的正常使用寿命。

根据重庆朝天门大桥拟采用的大吨位QZ球形支座技术要求，由于承载能力巨大，转动角度较大，加之加大横向位移造成横向间隙较大。因此，在上支座板和下支座板之间增加了导向块结构，避免了线接触或局部面接触所造成的局部冲击破坏，保证了侧向传力均匀、平稳。由于导向块套在上支座板上，其接触面为弧形面接触，导向块与下支座板之间为平面接触，所以支座处于极限转角时，导向块上的三层自润滑复合滑板与下支座板上的侧向不锈钢滑板之间始终平行；另外，即使上下支座板纵向不平行，由于导向块内圆套在上支座板凸台外圆上，导向块可绕垂直轴转动，保证导向块两侧与下支座板接触滑道始终平行，从而保证了侧向传力均匀、平稳。

支座是桥梁结构的关键设备，与普通球型支座相比，重庆朝天门大桥大吨位QZ球形支座具有超大承载力，其受力及使用条件更为复杂。通过比例模型试验，证明其性能指标完全满足重庆朝天门大桥的使用要求。支座的弹性密封装置能有效地防水、防尘及大气腐蚀；支座的限位约束机构能准确地控制支座极限水平力，以保护桥墩和梁体免遭地震等突发荷载的破坏；支座的导向块结构改善了支座的水平受力，同时避免了转动卡死现象。目前l45MN大吨位QZ球形支座已成功应用于重庆朝天门大桥。