橋梁板式橡膠支座試驗檢測影響分析

劉鋼

摘 要：本文主要對橋梁板式橡膠支座試驗檢測的原理以及試驗檢測影響進行了分析探討，首先對板式橡膠支座試驗檢測環(huán)境溫度，儀器設備等影響及試驗原理進行分析;其次分析了板式橡膠支座本身的材料對試驗檢測的影響分析;最后對它的檢測參數(shù)--抗壓彈性模量和抗剪彈性模量兩者關系進行了探討;希望分析探討之后可以給廣大試驗檢測人員提供幫助。

關鍵詞：板式橡膠支座;試驗檢測;抗壓、抗剪、變形;影響分析

0 前言

橋梁支座作為銜接橋梁上部結構和下部結構的構件，承接著承上啟下的作用。其中橋梁板式橡膠支座應用最為廣泛，具有構造簡單，加工制造容易，成本低廉，安裝方便等優(yōu)點。對橋梁板式橡膠支座試驗檢測影響分析，總結出試驗過程中影響因素，對提升橋梁支座的應用有積極作用。

1 試驗環(huán)境溫度對抗壓彈性模量，對抗剪彈性模量檢測的影響分析

1.1 溫度差異的產(chǎn)生

（1）樣品調(diào)節(jié)溫度。交通部標準《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T 4-2019規(guī)定樣品要在試驗室停放24小時以后進行試驗。如果支座規(guī)格比較小，在二十四小時環(huán)境溫度下調(diào)節(jié)，內(nèi)外溫度可以達到一致，檢測數(shù)據(jù)相對比較穩(wěn)定，不會有太大的偏差;如果支座規(guī)格比較大，即使是二十四小時環(huán)境溫度調(diào)節(jié)，支座內(nèi)外溫度不一致，檢測數(shù)據(jù)會有較大偏差。例如GBZY 200×42的支座和GBZY 450×84的支座，同時在相同環(huán)境下調(diào)節(jié)，因為橡膠是溫度的不良導體，小支座可以充分平衡內(nèi)外溫度，而大支座內(nèi)外溫度可能會不一致;從而也影響試驗檢測數(shù)據(jù)。

（2）試驗場地溫度。標準《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T 4-2019規(guī)定，橋梁板式橡膠支座的試驗溫度在23±5℃，即18℃～28℃;特殊情況下控制在23±2℃。試驗環(huán)境可以在21℃～25℃或者18℃～28℃之間;因為這種差異，在試驗室條件下，板式橡膠支座試驗檢測的數(shù)據(jù)會有一定的偏差。

1.2 橡膠變形原理

（1）橡膠的特點就是具有較高的彈性。在一定的溫度范圍內(nèi)，在很小的應力下可以產(chǎn)生明顯的變形，去掉應力后可以很快恢復原狀。在低溫狀態(tài)下呈玻璃態(tài)，在一定高溫下呈粘彈態(tài)，均失去了高彈性。

（2）抗壓彈性模量和抗剪彈性模量考核的是支座在一定的垂直和水平應力作用下的變形能力;隨著作用力的增加，變形量也增加。因為橡膠本身的性質(zhì)，決定了橡膠會在溫度提高時變形量會增加，溫度降低的情況下變形量會減少。彈性模量計算的公式是應力和應變比值。應變和彈性模量成反比。相比低溫條件下的抗壓彈性模量和抗剪彈性模量高于高溫度下的數(shù)據(jù)。

1.3 試驗數(shù)據(jù)分析

通過試驗室環(huán)境溫度變化的實測數(shù)據(jù)變化表明，當試驗環(huán)境溫度每發(fā)生1℃變化時，規(guī)定的應力條件下（4 MPa～

10 MPa），抗壓變形數(shù)據(jù)增減將近0.005 mm左右，相對偏差達到1.2%左右?？箟簭椥阅Ａ康膽儨y定值可以精確到0.001 mm。以GBZY 200×42數(shù)據(jù)為例，抗壓彈性模量標準值為487 MPa，4 MPa～10 MPa應力作用下產(chǎn)生的變形量約為0.350 mm;抗壓彈性模量合格范圍是390 MPa～584 MPa之間，4 MPa～10 MPa應力作用下產(chǎn)生的變形量約為0.436～0.292之間。

通過列表GBZY 200×42五組15塊的數(shù)據(jù)為例：間隔溫度5℃，間隔時間24小時。

相同的生產(chǎn)廠家，相同的儀備，相同的支座規(guī)格，相同的批次，試驗環(huán)境溫度越低，相對變形就越小，抗壓、抗剪彈性模量越大。

2 儀器設備對抗壓彈性模量，抗剪彈性模量試驗檢測的影響分析

2.1 試驗儀器在使用前均需要校準

壓剪試驗機對力值應進行校準，力值不準，對檢測數(shù)據(jù)會有一定的影響，如果力值偏差是正偏差，作用在產(chǎn)品上的力超過試驗應力，實測抗壓彈性模量會小于實際值。標準《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T 4-2019對儀器設備的力值要求偏差為±1%，以GBZY 200×42數(shù)據(jù)為例，位移傳感器精確無誤的前提下，±1%的力值，變形量就會出現(xiàn)近似值±0.005 mm的誤差;抗壓彈性模量會出現(xiàn)近似值相對1%的誤差。支座越大，這種影響就越小。

2.2 位移變形量的測量位置

壓剪試驗機通過位移傳感器或者百分表，千分表等儀器，測量支座受力后產(chǎn)生的變形。位移傳感器安裝的位置也影響測量數(shù)據(jù)，因為上下承壓板都是鋼板或者鑄鋼，其本身在受到外力作用后會產(chǎn)生一定的曲撓變形。有的鋼材質(zhì)量比較好，產(chǎn)生的曲撓變形比較小，可以忽略不計，有的產(chǎn)生較大的曲撓變形，這些變形都不是產(chǎn)品本身的變形，可是都計入了產(chǎn)品的總變形，就會影響到檢測結數(shù)據(jù)。測量位置距離產(chǎn)品邊緣越大，這種曲撓變形影響越大。目前壓剪試驗機都是在上下承壓板四個角的位置安裝位移傳感器測量變形;因此，支座越大，影響就會越小。

2.3 不同規(guī)格的設備的影響

標準《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T 4-2019規(guī)定了試驗檢測力值宜在壓剪試驗機最大試驗力的20%～80%范圍之內(nèi)。目前每個檢測單位的壓剪試驗機的規(guī)格不同，最大試驗力可以達到20 000 kN以上，最小的有2 000 kN。不同規(guī)格的試驗機做出來的數(shù)據(jù)有明顯的差異，20 000 kN的試驗機做出來的抗壓彈性模量數(shù)據(jù)明顯低于5 000 kN試驗機的數(shù)據(jù)。主要是因為大型試驗機的承壓板太大，5 000 kN試驗機一般承壓板在800 mm×800 mm以下，而20 000 kN試驗機承壓板在1 500×1 500以上。承壓板的曲撓變形不同，影響到支座抗壓彈性模量的試驗數(shù)據(jù)。

3 橡膠材料對試驗檢測的影響分析

（1）目前橡膠支座規(guī)定采用天然橡膠和氯丁橡膠制作，支座的產(chǎn)品性能和橡膠的種類關系不是很大，只要采用真材實料，橡膠和各種輔助材料配備合理，支座性能能夠滿足要求。（2）如果采用的橡膠本身達不到標準要求，含膠率達不夠，填充物太多，再生橡膠摻量過多，支座產(chǎn)品的性能就會受到影響，檢測數(shù)據(jù)達不到標準要求。標準《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T 4-2019 ?技術要求第一條5.1.1就明確規(guī)定支座最小含膠量不應低于橡膠質(zhì)量的55%，不得使用任何再生膠或粉碎的硫化橡膠。支座的含膠量如果過低，橡膠的彈性就會降低，受到外力后產(chǎn)生變形，去掉外力作用后不能很快的完全恢復原狀，表現(xiàn)在彈性模量各個循環(huán)不均勻，差異明顯。標準規(guī)定，單次檢測結果偏差不得超過三次測試平均值的3%。

4 支座內(nèi)部結構參數(shù)對試驗檢測的影響分析

支座內(nèi)部結構按照標準要求內(nèi)部單層橡膠厚度為5、8、11、15、18 mm，加勁鋼板厚度為2、3、4、5 mm。

生產(chǎn)廠家在實際生產(chǎn)中，由于有些產(chǎn)品尺寸的特殊，會根據(jù)產(chǎn)品的特點，改變支座內(nèi)部單層橡膠厚度、增加膠層總厚度;（這種方法可不可取，這里不作討論）從而改變了支座的形狀系數(shù)，改變橡膠支座抗壓彈性模量的標準值，對抗剪彈性模量要求也有細微的改變。對實際試驗檢測沒什么影響，按照新的參數(shù)檢測即可。

相同的內(nèi)部結構，相同的生產(chǎn)廠家，相同的批次，相同的試驗環(huán)境，產(chǎn)品的總厚度越大，相對變形就越大，抗壓、抗剪彈性模量越小。

5 抗壓彈性模量與抗剪彈性模量試驗檢測之間的關系

（1）抗壓彈性模量和抗剪彈性模量成正比關系，每個產(chǎn)品的抗剪彈性模量都會隨抗壓彈性模量的變化產(chǎn)生變化。這只是一個變化趨勢，個別情況下抗壓彈性模量增加抗剪彈性模量略有降低的情況?？偟内厔菔请S抗壓彈性模量降低，抗剪彈性模量同步降低。（2）抗壓彈性模量是回歸公式推導過來經(jīng)驗公式給定的標準值，從1988年到現(xiàn)在，標準修訂了四次，沒有太大的變化?？辜魪椥阅Ａ拷y(tǒng)一規(guī)定為1.0±0.15 MPa。在抗壓彈性模量標準達到要求的情況下，抗剪彈性模量不一定能夠達到標準要求。

6 結論

橋梁支座是橋梁工程的重要組成部分，其對于工程質(zhì)量有直接的影響，與交通運行的安全性和穩(wěn)定性以及橋梁的使用壽命密切相關。通過試驗檢測加強橋梁支座的質(zhì)量控制，提升橋梁工程的整體質(zhì)量，促進我國交通事業(yè)的發(fā)展和進步。

參考文獻：

[1]JT/T 4-2019，公路橋梁板式橡膠支座[S].

[2]唐偉，賀林軍.橋梁板式橡膠支座抗壓彈性模量分析[J]. 北方交通，2009（4）：94-95.