从本质上讲，支座垫片充当结构中的关键界面，旨在安全地将来自梁或桁架的巨大垂直荷载传递到其支撑元件上，同时允许微小、受控的移动。这些垫片可以防止破坏性应力的积聚，否则这些应力会损坏结构。
支座垫片的核心功能是解决结构工程中的一个基本悖论：允许巨大、看似刚性的结构安全地移动、弯曲和相对于环境力发生位移，而不会损害其强度或完整性。
静态结构的迷思
要理解支座垫片的作用，我们必须首先接受桥梁和建筑物等大型土木结构不是静态的。它们处于持续的微小运动状态，并且必须管理这些运动。
热胀冷缩
材料受热时膨胀，冷却时收缩。在长桥梁桁架的跨度上，环境温度的变化可能导致其长度变化几英寸。
如果没有支座垫片，这种膨胀和收缩就会受到限制，从而产生巨大的内部应力，可能导致混凝土开裂或钢材屈曲。
转动位移
当水平梁承受载荷（如桥上的交通）时，它会在中间发生轻微的挠度或下垂。这种下垂会导致梁的两端以非常小的角度旋转。
刚性连接会抵抗这种旋转，在支撑点产生高应力集中。支座垫片弯曲以适应这种旋转。
其他动态力
结构还受到活荷载（交通）、风、混凝土随时间收缩和地震活动引起的位移的影响。支座垫片有助于吸收和缓冲这些力的能量。
支座垫片如何完成其任务
支座垫片是一种工程解决方案，可同时执行两个看似矛盾的功能：提供牢固的支撑，同时允许灵活性。
安全地传递垂直荷载
垫片的主要工作是承受上部结构（桥面或楼板）的巨大重量。它将这种集中荷载分布到下部结构（桥墩或柱子）的更宽区域上，以防止压碎混凝土。
允许平移（滑动）
为了适应热胀冷缩，支座垫片提供了一个低摩擦的表面。这使得梁可以在水平方向上来回滑动而不会产生应力积聚。一些垫片使用弹性体和钢的层，而其他垫片则使用 PTFE（特氟龙）等材料来实现此目的。
适应转动（弯曲）
垫片通常由弹性体材料（一种橡胶）制成，可以变形和压缩。当梁端旋转时，垫片的一侧比另一侧轻微压缩更多，从而使结构在不损坏的情况下弯曲。
了解权衡和风险
尽管至关重要，但支座垫片并非“安装后即忘”的解决方案。它们的选型和安装对整个结构的健康至关重要。
材料选择至关重要
必须根据预期的荷载和位移仔细选择特定类型的支座垫片——从简单的弹性体垫片到复杂的机械盆式支座。使用不正确的垫片类型可能导致垫片过早失效或损坏其旨在保护的结构。
安装和维护挑战
安装不当，例如将垫片放置在不平坦的表面上，可能会产生意外的应力点并阻止其正常工作。此外，弹性体垫片会随着时间的推移因暴露于紫外线和环境污染物而降解，需要定期检查和最终更换。
这对结构设计的意义
支座垫片的选择和实施直接关系到结构设计的主要目标。
- 如果您的首要重点是结构的使用寿命： 支座垫片对于防止导致裂缝和退化的疲劳和应力集中至关重要，从而显着延长结构的使用寿命。
- 如果您的首要重点是安全性和弹性： 在地震活跃地区，专业的支座垫片充当隔震器，吸收地震能量，防止桥墩和柱子发生灾难性失效。
最终，这个小小的、通常看不见的部件是确保大型结构能够承受其环境动态力的最重要的部件之一。
摘要表：
| 功能 | 益处 |
|---|---|
| 传递垂直荷载 | 分布巨大重量，防止支撑件被压碎。 |
| 允许水平移动 | 适应热胀冷缩，防止应力积聚。 |
| 适应转动 | 弯曲以允许梁端在荷载下旋转而不损坏。 |
| 阻尼动态力 | 吸收来自交通、风和地震活动的能量。 |
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