劉 詩(shī) 瑗

(山西路橋第一有限責(zé)任公司，山西 太原 030006)

板式橡膠支座的檢測(cè)

劉 詩(shī) 瑗

(山西路橋第一有限責(zé)任公司，山西 太原 030006)

介紹了板式橡膠支座的結(jié)構(gòu)及適用范圍，重點(diǎn)對(duì)其各項(xiàng)性能指標(biāo)的檢測(cè)方法及檢測(cè)過(guò)程中的質(zhì)量控制方法進(jìn)行了論述，指出支座作為連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，必須嚴(yán)格控制支座的質(zhì)量及性能。

板式橡膠支座，檢測(cè)，試驗(yàn)，質(zhì)量

在20世紀(jì)60年代，我國(guó)的公路鐵路橋梁上常不設(shè)支座或僅設(shè)置鋼支座，隨著橋梁建設(shè)事業(yè)的發(fā)展，各種橋式大跨徑橋梁不斷涌現(xiàn)，因而對(duì)橋梁支座的承載能力，對(duì)支座的位移和轉(zhuǎn)角能力的要求不斷提高，從而促進(jìn)了橋梁支座的發(fā)展。20世紀(jì)60年代以來(lái)，我國(guó)先后在橋梁推廣應(yīng)用了板式橡膠支座、盆式橡膠支座和球式橡膠支座等新型支座，并取得了良好的經(jīng)濟(jì)技術(shù)效益，與此同時(shí)，結(jié)合工程需要開發(fā)了高度可調(diào)的板式橡膠支座，水平盆式橡膠支座，抗震型盆式橡膠固定支座，盆式橡膠測(cè)力支座及承載力達(dá)15 000 t的巨型支座等，所以橡膠支座的檢測(cè)也變得很重要。本文主要對(duì)板式橡膠支座的檢測(cè)進(jìn)行了論述。

1 板式橡膠支座的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造及適用范圍

1.1 普通板式橡膠支座

1)普通板式橡膠支座的結(jié)構(gòu)與構(gòu)造。板式橡膠支座通常由多層橡膠與薄鋼板鑲嵌粘合，硫化而成，支座在豎直荷載作用下，嵌入橡膠板之間的鋼板，而支座的水平位移僅與支座橡膠的凈厚有關(guān)，為防止薄鋼板的銹蝕，在板式橡膠支座的上、下面及四周均有橡膠保護(hù)層，板式橡膠支座具有構(gòu)造簡(jiǎn)單，安全方便，節(jié)省鋼材，價(jià)格低廉，養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單，易于更換等特點(diǎn)。板式橡膠支座有足夠的豎向剛度以承受豎直荷載且能將上部結(jié)構(gòu)的壓力可靠地傳遞給墩臺(tái)，有良好的彈性以適應(yīng)梁端的轉(zhuǎn)動(dòng)，有較大的剪切變形以滿足上部結(jié)構(gòu)的水平位移，有良好的防震作用，可減少動(dòng)載對(duì)橋跨結(jié)構(gòu)與墩臺(tái)的沖擊作用。

2)普通板式橡膠支座的適用范圍。板式橡膠支座適用于中小跨徑的公路，城市和鐵路橋梁，我國(guó)公路橋梁設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)跨徑20 m以內(nèi)的梁和板橋，一般可采用板式橡膠支座，但在實(shí)際應(yīng)用中往往超越上列跨徑界限，只有嚴(yán)格按設(shè)計(jì)原則考慮，均能取得滿意結(jié)果。

圓形板式橡膠支座主要適用于圓形墩柱的立交橋和其他同樣橋墩型式的橋梁。

氯丁橡膠支座，在-25 ℃～60 ℃溫度下適用。

天然橡膠支座，在-35 ℃～60 ℃溫度下適用。

三元乙丙橡膠支座，在-40 ℃～60 ℃溫度下適用。

3)支座的外形尺寸、外觀質(zhì)量、解剖檢測(cè)。支座外形尺寸應(yīng)用鋼直尺量測(cè)，厚度應(yīng)用游標(biāo)卡尺或量規(guī)量測(cè)，對(duì)矩形支座除應(yīng)用在四邊上量測(cè)長(zhǎng)短邊尺寸外，還應(yīng)量測(cè)平面與側(cè)面對(duì)角尺寸，厚度應(yīng)在四邊中心及對(duì)角線中心處量測(cè)；對(duì)圓形支座其直徑、厚度應(yīng)至少量測(cè)四次，測(cè)點(diǎn)應(yīng)垂直交叉，并量測(cè)圓心處厚度，外形尺寸和厚度取其實(shí)測(cè)值的平均值。當(dāng)施工單位或其他單位送來(lái)檢測(cè)時(shí)，這是檢測(cè)支座合格的第一步。

某單位送來(lái)了兩種型號(hào)的板式支座GYZ 250×25，GYZ 300×54(公路橋梁圓形橡膠支座直徑為300 mm，厚為54 mm)，每個(gè)型號(hào)的支座按規(guī)定送檢六塊(一般要求單位送六塊橡膠支座，以便做各個(gè)力學(xué)性能試驗(yàn)時(shí)不用重復(fù)使用，保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，也有的單位為了減少造價(jià)，只送了三塊橡膠支座，在來(lái)回使用后，該支座的某項(xiàng)力學(xué)性能的強(qiáng)度可能就達(dá)不到要求的強(qiáng)度)，首先我們按規(guī)定進(jìn)行了量測(cè)，對(duì)支座的尺寸、外觀質(zhì)量進(jìn)行了逐塊檢查，發(fā)現(xiàn)型號(hào)為GYZ 250×25的支座上有氣泡，但氣泡的面積沒(méi)有超過(guò)規(guī)范中所規(guī)定的：氣泡、雜質(zhì)總面積不得超過(guò)支座面積的0.1%，且每一處氣泡面積不能大于50 mm2，最大深度不超過(guò)2 mm的要求，所以我們便對(duì)支座進(jìn)行了下一步的檢測(cè)。

當(dāng)各項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)完畢后，我們對(duì)支座進(jìn)行了解剖，用切割機(jī)對(duì)準(zhǔn)支座的一個(gè)角切，然后量測(cè)，中間層膠片厚度為11 mm，單層鋼板3 mm，共有5層，總厚度15 mm，橡膠層總厚度為49 mm。各項(xiàng)指標(biāo)合格。

1.2 四氟滑板橡膠支座

四氟滑板橡膠支座的適用范圍：聚四乙烯滑板式橡膠支座能滿足支座反力為90 kN～3 600 kN，但水平位移較大的橋梁需要，這種支座不僅適用于較大跨徑的簡(jiǎn)支梁橋，而且適用于橋面連續(xù)的橋梁和連續(xù)橋梁等。

2 板式橡膠支座的力學(xué)性能檢測(cè)方法

2.1 抗壓彈性模量試驗(yàn)

壓縮試驗(yàn)設(shè)備圖見(jiàn)圖1。

1)試驗(yàn)步驟：首先將試樣放在試驗(yàn)機(jī)的承載板上，對(duì)準(zhǔn)中心，慢慢施加壓力，加載至壓應(yīng)力1.0 MPa，穩(wěn)壓后，調(diào)整承載板四角平行放置的位移傳感器，然后開始預(yù)壓。

首先將壓應(yīng)力以0.03 MPa/s～0.04 MPa/s速率連續(xù)地增至平均壓應(yīng)力σ=10 MPa 保持2 min左右，然后均勻的將壓應(yīng)力連續(xù)卸載到1.0 MPa。保持5 min左右，記錄數(shù)據(jù)，繪制應(yīng)力應(yīng)變圖。這樣進(jìn)行三次后，進(jìn)行正式加載：每一次加載循環(huán)從1.0 MPa開始，勻速加載到4 MPa。保持2 min后，記錄支座變形值，然后以同樣速度以每2 MPa為一項(xiàng)逐級(jí)加荷，每一級(jí)都保持2 min左右，記錄支座變形數(shù)據(jù)到平均壓應(yīng)力10 MPa，然后勻速卸載到壓應(yīng)力是1.0 MPa，加載過(guò)程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行三次。

以位移傳感器測(cè)得的變化值的平均值，作為各級(jí)荷載下的累計(jì)豎向壓縮變形Δc，按試樣橡膠層的總厚度te,求出在各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下試樣的累計(jì)壓縮應(yīng)變?chǔ)舏=Δei/te。

2)試樣實(shí)測(cè)抗壓彈性模量應(yīng)按公式計(jì)算為：

其中，E1為試樣實(shí)測(cè)的抗壓彈性模量計(jì)算值，精確至1MPa；σ4，ε4分別為第4MPa級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的壓應(yīng)力和累計(jì)壓縮應(yīng)變值；σ10，ε10分別為第10MPa級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的壓應(yīng)力和累計(jì)壓縮應(yīng)變值。

3)結(jié)果：通過(guò)對(duì)支座進(jìn)行了抗壓彈性模量的檢測(cè)，了解到每一塊支座試樣的抗壓彈性模量是進(jìn)行了三次加荷過(guò)程所得出的三個(gè)實(shí)測(cè)結(jié)果的算術(shù)平均值，如果其中一次得的結(jié)果和算術(shù)平均值之間的偏差大于3%，須重新試驗(yàn)一次，如果仍超過(guò)3%，則判定支座試樣不合格，需重新送試樣進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 抗老化試驗(yàn)

首先將支座試樣放入溫度是70 ℃±2 ℃的老化箱內(nèi)，待72h后取出，然后將試樣在標(biāo)準(zhǔn)溫度23 ℃±5 ℃下停放48h，再將支座試樣放在試驗(yàn)機(jī)的承載板上，壓應(yīng)力勻速地增至平均壓應(yīng)力σ，調(diào)整試驗(yàn)機(jī)的剪切試驗(yàn)機(jī)構(gòu)，使水平油缸，負(fù)荷傳感器的軸線和中間鋼拉板的對(duì)稱軸重合。然后預(yù)加水平力，將應(yīng)力連續(xù)施加水平剪力至剪應(yīng)力τ=1.0MPa，保持5min后以連續(xù)均勻的速度卸載到剪應(yīng)力為0.1MPa，持荷5min，記錄數(shù)據(jù)，這樣預(yù)載三次。接下來(lái)就正式加載了，每一加載循環(huán)自4MPa。每一加載循環(huán)自τ=1.0MPa開始，每級(jí)剪應(yīng)力增加0.1MPa，持荷1min，采集支座變形數(shù)據(jù)，至τ=1.0MPa為止，繪制的應(yīng)力應(yīng)變圖應(yīng)呈線性關(guān)系，然后以連續(xù)均勻的速度卸載至剪應(yīng)力為0.1MPa，10min后進(jìn)行下一加荷循環(huán)，加載過(guò)程應(yīng)連續(xù)進(jìn)行三次。

結(jié)果：試樣的抗老化試驗(yàn)結(jié)果為三次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。

2.3 摩擦系數(shù)試驗(yàn)

摩擦系數(shù)試驗(yàn)設(shè)備圖見(jiàn)圖2。

1)步驟:將四氟滑板支座與不銹鋼板試樣按規(guī)定擺放，對(duì)準(zhǔn)試驗(yàn)機(jī)承載板中心位置。

首先將壓應(yīng)力以0.03MPa/s～0.04MPa/s的速率勻速地增至平均壓應(yīng)力σ，預(yù)壓時(shí)間為1h。然后再以0.002MPa/s～0.003MPa/s的速率勻速施加水平力，直到不銹鋼板與四氟滑板試樣接觸面間發(fā)生滑動(dòng)為止，記錄此時(shí)的水平剪應(yīng)力作為初始值，試驗(yàn)過(guò)程應(yīng)進(jìn)行三次。

2)摩擦系數(shù)按下列公式計(jì)算:

其中，μf為四氟滑板與不銹鋼板表面的摩擦系數(shù)，精確至0.01；τ為接觸面發(fā)生滑動(dòng)時(shí)的水平剪應(yīng)力，MPa；σ為支座的平均壓應(yīng)力，MPa；H為支座承受的最大水平力，kN；R為支座最大承壓力，kN；A0為支座有效承壓面積，mm2。

3)結(jié)果：試樣的摩擦系數(shù)為三次試驗(yàn)結(jié)果的算術(shù)平均值。

3 橡膠支座試驗(yàn)檢測(cè)中遇到的問(wèn)題及其注意事項(xiàng)

有時(shí)候支座數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確，不全是支座本身的問(wèn)題，可能是試樣放置位置的問(wèn)題，也可能是傳感器安置的問(wèn)題和人員操作及儀器誤差的原因而造成的。

1)由于人為原因造成試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。在對(duì)衡水光明公司送來(lái)的GYZ250×25mm的支座檢測(cè)時(shí)，首先檢測(cè)了抗壓彈性模量，在試驗(yàn)機(jī)的承載板上抹上少量滑石粉，將支座放入試驗(yàn)機(jī)，安裝兩個(gè)位移傳感器(百分表)，然后開始試驗(yàn)，按規(guī)范預(yù)壓三次，然后加載，加載前先將百分表調(diào)零，以2MPa為一級(jí)逐級(jí)加載，為一循環(huán)，每級(jí)持荷2min后繼續(xù)加載，待完成一個(gè)循環(huán)后，發(fā)現(xiàn)一邊的數(shù)據(jù)明顯小于另一邊的數(shù)值，數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差。分析可能出現(xiàn)的原因后開始逐項(xiàng)檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)原來(lái)是支座沒(méi)有放置在中心位置，所以導(dǎo)致受力不一樣，結(jié)果也就發(fā)生了變化，所以在每次放置試樣時(shí)要檢查試樣是否放置到位。

2)由于加荷速度控制不當(dāng)造成的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確。試驗(yàn)時(shí)試驗(yàn)機(jī)的加荷速率完全影響試驗(yàn)數(shù)值，速度越快得到的數(shù)值就過(guò)大，所以一定要連續(xù)均勻加載，同支座有個(gè)從輕到重的接受過(guò)程。

4 結(jié)語(yǔ)

支座作為連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件，承擔(dān)著將上部結(jié)構(gòu)承受的各種荷載給墩臺(tái)，并能適應(yīng)上部結(jié)構(gòu)由于荷載、溫度變化、混凝土收縮等產(chǎn)生的變形，使上部結(jié)構(gòu)的實(shí)際受力情況符合設(shè)計(jì)要求的作用。所以支座的質(zhì)量檢測(cè)尤為重要，必須通過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臋z測(cè)，嚴(yán)格控制支座的質(zhì)量及性能，從而提高橋梁的使用壽命。

[1] 劉自明.橋梁工程養(yǎng)護(hù)與維修手冊(cè)[M].北京：人民交通出版社，2004.

[2] 馮郁芬，郭臨義.橋梁附屬結(jié)構(gòu)與制作[M].北京：人民交通出版社，1999.

[3] JT/T 4-2004，板式橡膠支座[S].

[4] 王建華，孫勝江.橋涵工程試驗(yàn)檢測(cè)技術(shù)[M].北京：人民交通出版社，2004.

Detection of laminated rubber bearing

LIU Shi-yuan

(ShanxiHighway&Bridge1stEngineeringCo.,Ltd,Taiyuan030006,China)

The thesis introduces the structure and application scope of laminated rubber bearing, mainly discusses quality control methods of the detection methods and detection process of various performance index, and finally points out that: as the significant part of connecting bridge upper structure to lower structure, the bearing quality and performance must be strictly controlled.

laminated rubber bearing, detection, test, quality

1009-6825(2014)11-0211-02

2014-02-02

劉詩(shī)瑗(1988- )，女，助理工程師

U443.361

A