徐国彬——“关于支座研发的若干问题”

言：工程中使用的支座是主体结构（上部结构、下部结构、支座）的一部分，所谓主体结构，就是它的失效，将导致结构整体失效。以前认为，支座价格仅为总造价的1%以下，不重要。但它的失效，将导致结构整体失效，如支座选用不当，或设计不合理，其后果将在上部或下部结构中反映出来。往往上部或下部结构先破坏。因此，支座设计存在以下难点：

1、结构的计算是按照它的力学模型进行的，目前广泛使用的有限元计算不分刚体还是变形体。但事先假定的理想铰与实际支座饺不同。一个物体不可能同时绕两个心转动。如何使两个转动中心协调？如不协调则转不动。这是设计师必须考虑的问题。

2、理想铰和实际支座饺有差异，误差。（前者只是想象中的理想饺，无尺寸，后者是有尺寸的实际铰链。）如何消除这种理论和设计中的差别？实际铰链必须协调不同转动中心，才能使实际铰链转动灵活。利用EULER-BROUWER定理——(见“拓扑学”、“分析力学”和“接触力学“）。

3、需满足不同工程的不同要求。如承受压力、拔力、X、Y方向不同组合的剪力、位移量、转角量、精度、自动升降、各种恶劣环境（高、低温，冻土地带、水下、盐雾地区、高烈度区、地壳活动区、腐蚀环境、大吨位、双向大位移）等。需要单独设计，而不是一种支座可放之四海而皆能用。

4、支座功能

1）将上部结构的荷载通过支座集中传递给下部结构。（受力大而集中）。

2）放弯矩，支座只传递集中力，不会将弯矩传递给下部结构。利用其转动

3）必要时释放水平剪力。以免在墩底（柱底）产生过大弯矩。

4)地震时避免落梁落架。避免产生严重的次生的生命、财产损失。

5)制造、安装一定会产生与设计间的误差（标高、尺寸、角度、平整度的误差），这些误差全靠支座补偿。

6)结构计算模型是完全的理想铰连接，实际支座不可能是理想铰，且几种力学分析（刚体力学、变形体力学、柔性体力学）混用，其误差较大，甚至矛盾。支座设计应补偿这些误差。使力学建模的结构计算结果误差为最小。

7)实际支座应使理想铰中心与结构瞬时转动中心协调。（围绕二者均可同时转动）

8）减震支座设计时，必须考虑结构间和支座与结构间的的碰撞问题。给出合适的设计参数。

9）能够抵消和补偿结构制造、安装所有误差，因机械制造、浇筑混凝土、钢结构制造、起吊 装均不可避免的产生误差。几种相应的验收规范精度相差数千倍，只能靠支座来补偿这些误差。

鉴于支座是主体结构的一部分，其功能极为重要，不可替代。支座受力极为复杂。支座种类（包括与其相连的杆件）繁多，内力又千变万化，且从时间上考虑，支座内力随荷载变化而变化，支座必须适应各种复杂工况）还要满足运动学的要求，它不是结构件，而是机械部件，不但需满足强度、刚度、稳定性的要求，还要能够做复杂运动（饶多轴的转动和沿多轴的移动）。既有理论力学、材料力学、结构力学、弹性理论问题又有机学原理、机械零件和铸造、机加工等问题。计算和制造工艺复杂，必需编制计算机程序来完成计算。才能使支座满足各种结构功能要求。而不是试着来，拿实际工程作盲目试验。或因此而浪费大量材料，还没有把握支座一定不会出问题。结构节点、支座的计算是世界性问题，没有解决。均按构造处理。目前还处于“在混沌中探索”阶段。本所经多年理论研究（解析分析和数值分析）、系列模型和实体试验、大量（多于6000个支座）的工程实践。已得到节点和支座的理论解和编制了计算机分析计算程序《bjsjdcx1-北交所节点程序1 》。

对支座的看法：以前认为支座只是一个小构件，并不重要。经对100多个工程事故分析，几乎60%以上工程事故均因支座选用、设计不当引起。而且支座设计、制造有许多与结构设计完全不同的思路和原则。上部结构、下部结构、以及连接他们的支座均应是主体结构。

二、支座类型

1、混凝土支座：因混凝土承压强度低、脆性破坏，现已基本不用。

2、橡胶支座：起用于50年代，至今60年左右，其各项性能、耐久性、化学稳定性己积累大量资料和经验，对橡胶支座已有较深认识。橡胶支座的优、缺点已掌握。其优点为：构造简单、价格便宜、已有许多原橡胶厂都在生产橡胶支座，已形成产业化生产。

缺点为：

1）、橡胶支座为一层钢板、一层橡胶所构成。钢板增加了支座的竖向承载力。但支座的水平刚度仅为橡胶的水平刚度。故极低，在较小水平力作用下，变形很大，堆刹车力较大的火车，刹车时，桥面系将产生难以复位的位移，对火车运营时极大的安全隐患。

2）、橡胶支座可作微小转动，但不能释放弯矩，不能完成支座主要功能。

3）橡胶支座十几年即老化，其主要物理力学性能改变。老化是内、外部许多因素造成的。以内因为主。且不可逆。理论上可以更换，但封在钢盆内，无法观察、确定是否应该更换。且不可操作。更换的价格远远高于支座本身。南京长江大桥更换两个支座，用了300人天、5000万元。还未计入封线停止运营的损失。

4）更换时需将所承上部结构顶起，结构周边将出现裂缝。

5）、橡胶支座不能抗拔力。抗拔时需附加许多附件，结构复杂、造价高昂。

6）、橡胶原材料价格不断上涨，但支座价格因无序、恶性竞争，价格下降，其中不乏偷工减料，加大再生胶的用量，故质量堪忧。

详情见橡胶支座与钢支座对比表。

3、橡胶支座的类型：

①  板式橡胶支座。 

②  盆式橡胶支座。 

③  消能铅芯橡胶支座（日本称之为免震支座——译为中文是隔震支座）。

此种支座有个误解：日本声称此类支座可消除地震动态能量的40%，此处并未说明什么地震能量，是大楼吸收的还是支座吸收的动态能量？还是实验室支座吸收的，本人到日本开会时曾询问日本权威专家，他说不清楚，然而中国的厂家、随声附和也说40%，经不起质疑。根据分析、判断，充其量是实验时支座吸收的能量。其他能量均不可能。实验时顶多加上振动台能承受的重量。不同振动台是不一样的。因此试验也不是万能的，实验条件与实际工程，大不一样。不要认为是实验结果就确信不疑！风洞试验也容易引起误导。

总之，结构支座的研究、开发不比结构研发简单，他所涉及的专业领域更广，问题更复杂。静力学、运动学、动力学和接触力学等核心问题都有涉及。

关于消能铅芯橡胶支座的图形和说明，请见下面日本支座介绍。

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