橋樑支座選型，這幾招兒解決橋樑設計師的苦惱
橋樑作用如何選定
橋樑支座的主要功能是將上部結構反力可靠地傳遞給墩臺，並同時完成梁體結構受力所需的變形（水平位移及轉角）。與其它型別的橋樑支座相比較，橡膠支座具有構造簡單、加工容易、用鋼量少、造價低、安裝方便、吸震效果好、工作效能可靠等諸多優點。中小跨徑公路橋樑一般採用板式橡膠支座，板式橡膠支座製作材料不同、規格多樣、功能各異，給橋樑設計者選型帶來一定的難度。
板式支座
常規型板式阻尼橡膠支座適用於抗震設防烈度為 6 度及以下地區的橋樑，抗震型板式阻尼橡膠支座適用於抗震設防烈度為 7 度地區的橋樑；根據位移功能分為固定型、滑動型兩種結構，滑動型通常設定在邊墩或橋臺上。
調坡型板式阻尼橡膠支座適用於匝道、彎道及坡度較大的橋樑，要求該橋樑的所有支座均為調坡型。
橋樑設計者如果選型不當，將會帶來諸多問題，如支座承載力不夠或富餘太多、支座太厚或太薄導致變形量太大或不足、選材不當引起橡膠過早老化等。這些問題將直接導致各種橋樑病害的發生，使支座過早破壞而不得不提前更換，其帶來的高額維修費用和不良社會影響不言而喻。所以，從數以千計的規格型號中選擇合適的橋樑板式橡膠支座是設計支座的關鍵。
支座佈置原則
支座的佈置合理與否將直接影響到支座的受力狀況，通常本系列支座的佈置應考慮以下基本原則：
支座必須能可靠地傳遞梁體的垂直和水平反力，又要使由於梁體變形所產生的縱、橫向位移及縱、橫向轉角（或平面轉動）不受約束；
簡支梁所有支座均採用固定型支座；
多跨連續梁中墩設定固定型支座、邊墩或橋臺設定滑動型支座，對於聯長較大的可將距橋樑中心較遠的中墩設定滑動型支座；
大坡度橋樑設定自調坡型支座，要求同一橋樑支座均為自調坡型支座，不得與其它型別支座混合使用；
瞭解各種橡膠材料特性
常用的橡膠材料有：天然橡膠（NR）、氯丁橡膠（CR）和三元乙丙橡膠。三種材料各有優缺點和適用範圍。
天然橡膠：具有較高的拉伸強度、優異的彈性、良好的耐磨耗性和耐低溫性等多項優良效能，是綜合性能較好的膠種。但它的耐老化效能，特別是耐臭氧老化及抗紫外線老化效能較差。
氯丁橡膠：具有優良的耐天候老化和良好的耐臭氧老化性（抗臭氧老化效能比天然橡膠高12倍以上），拉伸強度較高，彈性良好，抗腐蝕性良好，並且具有一定的耐油性。是國內外橋樑橡膠支座普遍採用的主體材料，但其耐低溫效能較差，這限制了其在北方寒冷地區的使用。
三元乙丙橡膠：是一種高分子材料，具有優異的耐老化及耐高、低溫效能，在-55℃下仍有屈撓性，在100℃下能長期工作。此外，其抗衝擊性好，吸水性小，耐酸鹼化學腐蝕性好。主要缺點是與金屬粘結效能較低，但這一缺點正在逐步得到改善。
結合上述三種橡膠材料的主要優缺點，選用橡膠支座材料時，主要應考慮橋位所在地區的氣溫條件。一般來說，氣溫在-25~+60℃地區可選用氯丁橡膠支座，我國長江以南廣大地區普遍適合這種情況；-40~+60℃地區可選用三元乙丙橡膠支座或天然橡膠支座。此外，對於高緯度、高海拔地區，如當地紫外線輻射強烈或空氣中臭氧含量較高時，應避免選用天然橡膠支座。
選定支座外觀形狀
橋樑板式橡膠支座按形狀可分為矩形板式橡膠支座、圓形板式橡膠支座、球冠圓板式橡膠支座、坡形橡膠支座等。由於圓形橡膠支座機械效能在平面上的各向同性，更適用於彎、坡、斜、寬橋樑及其它多向變位的橋樑；矩形橡膠支座長短邊抗剪剛度的大小差別決定其更適用於以縱橋向變位為主的單向變位橋樑，此時，應將支座短邊順橋向擺放，以儘量減小支座對橋樑縱向變位的約束，將梁體變位對墩臺產生的水平力減至最小。
球冠圓板橡膠支座是在圓形板式橡膠支座的基礎上變化而成，其中間層橡膠和鋼板佈置與圓形板式橡膠支座完全相同，而在支座頂面用純橡膠製成球形表面，球面中心橡膠最大厚度為4－13mm，球面邊緣15mm，以適應3％到5％縱橫坡下，梁與支座接觸面的中心趨於圓形板式橡膠支座的中心。梁端反力透過球面表面橡膠逐漸擴散傳至下面幾層鋼板和橡膠層。實際採用時，也可根據不同坡度需要調整球冠半徑。由於其能適應較大的橋樑坡度，不用專門設定梁靴，極大地方便了設計和施工，一度被認為是圓形板式橡膠支座的成功改進，在各種佈置複雜、縱橫坡較大的立交橋及高架橋上多有采用。
與圓形板式支座到球冠圓板式橡膠支座的改進嘗試一樣，矩形板式橡膠支座也作了許多改進嘗試，以期能適應各種橋樑縱坡的情形，坡形板式橡膠支座就是在這種情形下產生的。其斜坡的角度依據橋樑的縱橫坡而製造，安裝時無須準備楔塊或對梁底做相應處理，方便了橋樑的設計與施工。
但是，隨著球冠及坡形支座越來越多地被採用，其在實用中暴露出來的缺陷也日益明顯。新橋樑通用規範中明確指出，‘公路橋涵中不宜使用帶球冠的板式橡膠支座或坡形的板式橡膠支座’。所以，在設計中對這兩種支座應慎用。《公路橋涵板式橡膠支座》中還規定，‘支座的四氟滑板不得設定在支座底面，與四氟滑板接確的不鏽鋼板也不能設定在橋樑墩、臺墊石上’，這也就徹底否定了聚四氟乙稀球冠板式橡膠支座的設計理念。
合理安排各墩臺橡膠支座厚度
對於多跨連續梁橋，為簡化設計和施工，各墩臺可選用相等厚度的支座。當一聯中跨數較多時，上述作法並不可取。因為一聯橋長較長時，所選支座必然較厚。橋樑上部結構在承受汽車制動力時，支座越厚，則產生的縱橋向變形量也會越大，這就使梁體的下滑變位趨勢更加明顯，尤其當橋樑縱坡較大時，加上汽車衝擊震動的影響，梁體變位可能會超出橡膠支座允許的變形量，造成支座被剪壞。如支座老化較嚴重，這種大的梁體變位還可能造成支座永久性塑性變形，致使支座變形功能失效。大的梁體變位還會對橋樑伸縮縫產生更大的壓力。
為避免上述情形發生，可在一聯中居中的若干橋跨內選用較薄的橡膠支座，形成支座不等厚設計。這樣雖然會增加設計和施工的麻煩，但中跨薄支座相對起到了固定支座的作用，能有效地減少梁體下滑變位作用。對於高墩或大縱坡的梁式橋，最好能有2~3個墩與梁固結，以避免連續梁體下滑（實橋觀測表明，上述情形下不採取切實措施，梁體下滑不可避免）。
當然，在特殊情形下，還可以利用上述分析，有意加厚或減薄某些墩、臺上橡膠支座的厚度，以控制墩、臺水平力分配。
例項分析：
某特大橋的引橋，上部結構為4-30米先簡支後連續預應力鋼筋砼小箱梁，採用薄壁墩，肋臺，鑽孔灌注樁基礎，引橋自成一聯，橋型圖如圖所示。汽車荷載採用公路I級，按最大升溫25°，最大降溫+砼收縮及徐變合計40°計算溫度力。一車道制動力Fk=165kn。採用彈性基礎-m法求得墩臺及基礎的抗彎剛度後，按墩臺與支座組合剛度進行水平力分配，結果如下表所示：
需要說明的是，由於3#墩和7#臺承受的溫度力大於最大支座摩阻力，四氟滑板支座將發生滑動，故汽車制動力將進行重分配，造成制動力全部由4、5、6#墩承擔，3#墩和7#臺分配到的制動力均為0。
從計算結果可以看出，作為中間墩的5#墩，承受的溫度力幾為0，如減薄5#墩上的支座厚度，可增大其組合剛度，從而分配到更多的制動力，為其它墩減負，使得各墩承擔的水平力更加均衡。故在任何橋長情況下，採用各墩臺支座不等厚設計均是經濟、合理的作法。
橡膠支座計算中應注意問題
1．支座有效承壓面積Ae
計算支座壓應力時，應採用支座有效承壓面積（即承壓加勁鋼板面積）。同樣，計算支座形狀係數時，亦應採用加勁鋼板尺寸進行計算。老橋規是以支座外觀尺寸代入計算的，應注意調整我們的計算習慣。
2．剪變模量Ge
常溫下橡膠支座的剪變模量Ge=1。0MPa。實際設計時，Ge值應注意按橋位所在地區氣溫條件進行調整。當累年最冷月平均溫度的平均值為0~-10℃時，Ge值應增大20%；當低於-10℃時，Ge值應增大50%；當低於-25℃時，Ge值採用2。0MPa。
3．支座橡膠層總厚度te
進行橡膠支座厚度計算時，容易將te誤認為是支座的總厚度t，實際上te應為支座橡膠層總厚度，即te=t-nt0。其中n為支座中加勁鋼板的層數；t0為每層加勁鋼板的厚度。
在一些支座參考資料（特別是一些老的參考資料）中，並沒有直接列出每種規格支座的te值，設計選型時多有不便。這時就需要根據支座形狀係數S（資料中均會給出）的計算公式
4．形狀係數S取值
在實際選型時會發現，同種平面尺寸的橡膠支座一般會有幾種支座形狀係數可供選擇。這是因為同種平面尺寸支座一般會採用幾種不同的中間單層橡膠片厚度t1來生產，實際上這是不同型號的支座，其加勁鋼板的層數往往會相差1~3層。S值小則t1相對較厚，其允許轉角正切值相應較大，比較適合大跨徑橋樑或梁端撓曲變形較大的情形，設計時可根據實際情況選用。
還有，新橋規規定支座形狀係數應在5≤S≤12範圍內取用，這就使得一些按老的《公路橋涵板式橡膠支座》規範製造的橡膠支座S值可能會超出這一範圍。選用時應注意核實，避免選用到不合要求的支座型號，造成日後變更設計。及時更新手頭的橡膠支座參考資料能有效避免上述情形發生。
5．四氟滑板支座尺寸及厚度計算
橋規中僅對四氟滑板支座的摩擦力提出了要求，並未直接說明該如何確定四氟滑板支座的平面尺寸和橡膠層厚度。很多時候，設計人員會將四氟滑板支座的平面尺寸和厚度取得與相鄰墩的普通板式橡膠支座等厚或乾脆偏大取值，這都是不嚴謹的做法。實際上，透過逐一分析普通板式橡膠支座的計算公式，就能發現除摩擦力要求外，四氟滑板支座還需要驗算以下專案：
①支座有效承壓面積計算公式
該式可用於確定滑板支座的橡膠層總厚度te。
除此以外，“從滿足剪下變形考慮，應符合的條件”不符合四氟滑板支座的變形原理，故無需驗算。“從保證受壓穩定考慮，應符合的條件”和“加勁鋼板厚度要求”也無需驗算，因為所有合格出廠的橡膠支座都能滿足這兩個條件（當然板式橡膠支座也無需驗算這兩條）。
6．橡膠支座承載力取值
選用板式橡膠支座時，支座的最大承載力應與橋樑支點反力相吻合，其容許偏差範圍宜為±10%左右。所選支座承載力太小固然不行，但承載力過大也不可取。支座承載力越大，其平面面積也越大，相應的剪下變形強度也越大。就是說，同一座橋樑，採用的橡膠支座越大，上部結構變形對下部結構產生的水平力也越大，這對下部結構是不利的。當橡膠支座足夠大時，支座與梁體間或支座與墊石間還會出現滑移現象，導致抗滑穩定性破壞。
支座承載力非但不宜取大，還應略小為好，即應控制在計算需要的承載力的-10%的範圍內。原因有三：①廠家給出的支座承壓力有富餘；②設計荷載出現的機率總是很小，大量時間支座的承壓力大有富餘；③實際中幾乎沒有被“壓壞”的橡膠支座。
對於順梁底縱坡直接傾斜安裝的支座，為滿足橋規相關驗算要求，支座壓應力在限值範圍內宜取高，同樣平面承壓面積下短邊宜取小，支座厚度在限值範圍內宜取大。橫向傾斜安裝的支座可不考慮其影響。
例項分析：
對於前述特大橋的引橋，僅改變其4-6#墩上的支座大小（不考慮其實際中的合理性），該變化對墩臺水平力的影響列表如下：
分析上表計算結果可知，全橋橋墩整體支座大小變化對汽車制動的分配結果影響不大（最大1。2%），但對由溫度變化產生的水平力的影響不可怱視。支座增大或減小，各墩承受的溫度力也隨之增大或減小。按表中所示支座承載力增減幅度，對溫度力的影響幅度約為8。3%。3#墩和7#臺的支座型號沒有變化，故水平力分配值基本不變，僅受全聯變溫臨界點的些許變動影響而稍有變化。
所以，合理確定支座承載力取值，不圖省事憑經驗保守取值，不僅能節約支座購置費用，還能減小墩臺水平力，節約下部結構建設成本，經濟效益和社會效益較為可觀。
7．對於橋面連續的簡支結構體系，也應和整體結構連續的橋樑一樣，按全聯進行結構變形量的計算及分配。不可認為其屬簡支結構體系而按單跨計算變形量，這將造成計算結構變形量與實際嚴重不符。
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