城市桥梁支座病害诊断与更换技术研究

引言​

城市桥梁作为交通网络的重要组成部分，其安全运营关乎民生与经济发展。支座作为桥梁上部结构与下部结构之间的连接部件，承担着传递荷载、适应变形的重要功能。然而，在长期使用中，支座易因环境、荷载、人为等因素产生病害，若不及时诊断与处理，可能引发桥梁结构损伤，甚至导致安全事故。开展城市桥梁支座病害诊断与更换技术研究，具有重要的理论与实践意义。

一、城市桥梁支座类型及病害理论基础

1.1 城市桥梁支座类型

城市桥梁支座按材质与结构可分为三大类：板式橡胶支座由多层橡胶与钢板硫化而成，具备良好的弹性变形能力，适用于中小跨径梁桥，能通过橡胶剪切适应水平位移，同时传递竖向荷载；盆式橡胶支座以钢盆为外壳、橡胶板为内核，承载能力强且位移控制精准，多用于大跨径桥梁，可通过聚四氟乙烯板与不锈钢板的滑动实现多向位移。球形钢支座借助球面转动副适应转角，钢材本体确保高强度承载，适用于宽桥、曲线桥等复杂工况。

1.2 支座病害类型

橡胶类支座的典型病害包括：老化开裂长期暴露于紫外线、臭氧环境，橡胶分子链断裂、剪切变形超限车辆制动荷载反复作用或安装偏位导致、脱空梁体不均匀沉降使支座局部受力失效及钢板外露橡胶层磨损或冻融破坏引发。钢支座主要病害表现为：防腐涂层破损后雨水侵入，尤其在潮湿或酸雨地区、转动、滑动异响摩擦面润滑失效或异物卡阻、连接松动螺栓长期振动导致预紧力损失。

1.3 支座病害对桥梁结构的影响

支座病害会打破桥梁原有的受力平衡：剪切变形超限或脱空会导致梁体支点反力分布不均，使局部梁段产生附加弯矩，可能引发腹板开裂；锈蚀的钢支座承载能力下降，在重荷载作用下可能出现突发性变形，导致梁体倾斜。转动功能失效会限制梁体自由伸缩，使墩台承受额外水平力，长期可能引发墩身开裂或基础不均匀沉降。

二、城市桥梁支座病害诊断方法研究

2.1 病害诊断指标体系构建

需要有诊断指标种类包含外观、功能及环境运行 3 方面的指标。外观指标主要涉及支座外表状况与形貌，其中裂缝裂隙、变形及胀出、锈蚀及连接部位的平整稳固等情况，可通过外观表现的情况反映支座的表面状态。功能指标主要涉及支座功能的实现，其中包括支座的竖向承压、侧向位移、转动与减震功能，体现支座的功能实现状况和设计中对其的不符程度。环境运行指标主要涉及外部作用状况，其中利用时间和交通作用与周围介质如温度湿度及腐蚀介质状况，用来描述和分析影响支座发展和病害的作用机理。

2.2 常规诊断方法

传统检测手段主要是依靠人工和专业设备开展。人工检查主要是观察检查支座的外观形态发生的变化，对裂纹、倾斜、锈蚀等肉眼能直观发现的病害进行观察，对一些不正常的声音和松动进行感知，进而判断是否是支座病害以及病害程度如何。专业设备检查主要是借助一些基本的专业设备来获取数据，如通过对支座量尺测量数据从而了解其变形、承载能力等，通过力学检测仪，判断承载力数据及变化情况，通过物理性能仪判断劣化指标等数据变化情况。

2.3 先进诊断技术应用

高技术诊断手段依靠无损检测与监测技术提高诊断效率。无损检测技术能够通过物质场的物理特性探测出内部损伤，以雷达波反射性质诊断出支座内部空腔或者分层，以红外热像对比诊断出材料不均的现象，以声波传播诊断出隐蔽裂缝。监测系统可以将传感器对所采集数据进行监测，通过对受力的应变传感器采集数据，采用位移传感器采集变形过程，通过环境传感器采集温湿度影响因素。高技术诊断手段可以做到非接触的测量高精度的诊断，可以以连续的方式及时取得动态数据，更加全面地给出诊断依据。

2.4 综合诊断模型构建

集成诊断模型将多种数据进行融合诊断，给出病害诊断结果。首先构建指标权重模型，依照病害诊断指标的重要程度赋予每个指标权重，强调关键性指标的影响；其次设计数据融合方法，将病害诊断数据中出现的外观、性能及环境运营数据依据相关分析模型转化为诊断评价的统一标准，减缓不同形态数据的干扰程度；再次构建病害诊断等级标准，结合指标等级的阈值及权重计算出综合评分，再依据评分给出相应的病害等级及处置建议。

三、城市桥梁支座更换技术研究

3.1 更换方案设计原则与流程

该类方案的更改应考虑安全性、经济性和最小干扰性。其中，安全性是指方案的实施过程不影响桥梁的整体结构安全，并对现有结构增加破坏，主要是支座病害进行更换之后的荷载没有提高，以及在方案实施过程中不出现其他可能导致支座发生变形破坏等问题；经济性是指在进行方案调整的时候应考虑技术投入和经济效益，如减少不必要的改造以选择应用的技术、合理应用材料等。最小干扰性是指减小方案调整对交通状况和环境的影响，尽量压缩方案调整时间。这一类方案设计的过程是首先评估支座病害程度以及病害影响范围，在判断方案调整的必要性以及紧迫性之后再进行支座的种类选择。根据桥梁本身的结构形式、荷载条件以及环境条件，选择桥梁的支座种类。支座选型完成之后便是方案设计，在桥下顶升的形式、施工过程的拆除工序与安装工序、施工设施中机械设备的选择。3.2 关键更换技术

关键更换技术涵盖同步顶升、旧支座拆除、新支座安装及体系转换四个环节。同步顶升通过统一控制多点位顶升设备，实现梁体平稳抬升，避免因受力不均产生附加内力。旧支座拆除需根据支座类型与连接方式选择合适工艺，确保不损伤梁体与墩台表面。新支座安装注重定位精度，保证其中心线与设计位置一致，同时控制安装高程符合要求。体系转换则通过逐步调整支座受力状态，使新支座均匀承载，恢复桥梁原有受力体系。各技术环节需协同配合，顶升精度控制为后续拆除与安装提供基础，安装质量直接影响体系转换效果，体系转换的稳定性决定更换后的结构安全性。

3.3 施工过程质量与安全控制

施工过程质量控制聚焦支座安装精度与结构状态监测。安装精度控制包括平面位置偏差、高程误差及平整度检查，通过专用测量工具实时校验。结构状态监测贯穿施工全程，跟踪梁体位移、转角及应力变化，确保其处于允许范围。安全控制涉及施工区域管理与结构保护。施工区域需设置围挡与警示标识，分隔作业空间与通行区域，防止无关人员进入。结构保护措施包括在梁体与顶升设备接触部位设置缓冲垫层，避免局部受压过大。拆除旧支座时采用防护装置，防止碎片坠落损伤结构。

3.4 更换技术优化方向

更换技术优化可向智能化、模块化与绿色化方向发展。智能化通过引入自动控制系统实现顶升过程的精准调控，结合传感器数据实时调整操作参数，提升施工精度与效率。模块化将支座拆除、安装等工序整合为标准化模块，减少现场作业时间，提高施工规范性。绿色化强调采用环保型材料与低噪音设备，降低施工对周边环境的污染，同时加强废弃物回收利用，减少资源消耗。

结语

本文研究城市桥梁支座病害诊断与更换技术，构建了诊断指标体系与综合模型，分析了更换方案及关键技术，提出质量安全控制措施与优化方向。研究完善了支座养护理论，但先进技术适用性及个性化方案需深化。未来可结合智能监测技术，提升诊断精准度与更换效率，为桥梁安全运营提供更有力支撑。

参考文献

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[2] 叶伟 , 王知乐 , 肖冲 . 城市混凝土桥梁病害诊断与防治 [J]. 江苏建材 ,2018,(02):38-40.