橋梁橡膠支座的影響要素及檢測方法研究

魏自強(qiáng)

山東省公路橋梁檢測中心有限公司 山東 東營 257100

引言

在進(jìn)行橋梁的施工建設(shè)過程中，支座的質(zhì)量和穩(wěn)定是能夠保證橋梁的安全性和穩(wěn)定性，以及提升橋梁的耐久性的關(guān)鍵性因素，一旦橋梁的支座出現(xiàn)了任何的問題，或損壞都會(huì)使橋梁存在著極大的安全隱患，易導(dǎo)致車禍甚至人員傷亡的事故。為了能夠擺脫傳統(tǒng)的橋梁支架存在的問題，相關(guān)技術(shù)人員開發(fā)了橡膠支座來進(jìn)行取替，然而當(dāng)今人們對于橡膠橋梁的使用無論是管理、建設(shè)以及質(zhì)量等方面的問題夠沒有足夠的重視，這就會(huì)對橋梁的質(zhì)量形成不良的影響。因此，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)不斷地研究并改善當(dāng)前橋梁橡膠支座的使用狀況。

1 橋梁橡膠支座的作用

支座的作用就是一種將橋梁的上下兩部分的結(jié)構(gòu)進(jìn)行銜接重要建橋構(gòu)件，同時(shí)支座還需要具備極其強(qiáng)大承壓和壓力傳遞的功能，有效地將橋梁上部承受到的荷載分?jǐn)偨o下部的墩臺(tái)，以此來提升橋梁上部結(jié)構(gòu)的耐用性和安全性，避免其受到荷載、氣候溫度以及混凝土材料變質(zhì)造成的結(jié)構(gòu)的變化；除此以外，橋梁支座還應(yīng)當(dāng)有效保證其上部結(jié)構(gòu)始終處于受力達(dá)標(biāo)的狀態(tài)下，以及能夠有效抵抗自然環(huán)境帶來的破壞?？偠灾?，支座的功能就是要有效地保護(hù)橋梁上部結(jié)構(gòu)的完整性、穩(wěn)定性和安全性。橡膠支座的受力傳遞主要是通過其內(nèi)部橡膠板來完成的，支座位置的移動(dòng)是則是通過材料為聚四氟乙烯的滑動(dòng)板或者是橡膠的切割來完成的，而支座的轉(zhuǎn)角則是依靠將具有可塑性的橡膠壓縮來完成的[1]。

2 公路橋梁的施工特點(diǎn)

2.1 流動(dòng)性和地域性

公路橋梁的建設(shè)工程是十分復(fù)雜的，相較其他的工程建設(shè)，公路橋梁的建設(shè)地點(diǎn)較為特殊，這就會(huì)為橋梁的建設(shè)帶來許多的困難，例如施工的速度減緩、建設(shè)成本的增加、材料的質(zhì)量要求過高，甚至?xí)绊懽罱K的橋梁的建設(shè)質(zhì)量。由于不同地區(qū)的地質(zhì)條件、各地的氣候差異，其在建設(shè)公路橋梁的時(shí)候所遇到的問題也存在著較大的差異性。例如，不同地區(qū)的橋梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料的選用、造型的策劃以及建設(shè)方案的設(shè)計(jì)等都會(huì)有所不同，這就會(huì)增加我國的建設(shè)企業(yè)的單位在施工過程中的難度。

2.2 周期性和復(fù)雜性

在公路橋梁的建設(shè)過程中，其橋梁的整體結(jié)構(gòu)、分區(qū)結(jié)構(gòu)以及材料的質(zhì)量都會(huì)對項(xiàng)目的建設(shè)造成一定的影響，一旦其存在著問題或缺陷，有可能會(huì)到橋梁的建設(shè)進(jìn)度受到阻礙，進(jìn)而影響了橋梁建設(shè)的質(zhì)量。因此，橋梁建設(shè)的每一個(gè)階段和步驟都必須嚴(yán)格按照施工標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，遵守工程建設(shè)的順序，一步步進(jìn)行施工，以此來保證公路橋梁的建設(shè)能夠在既保證施工質(zhì)量的情況下，還能夠有效地推進(jìn)施工進(jìn)度。同時(shí)，在進(jìn)行一項(xiàng)公路橋梁的建設(shè)時(shí)，需要有幾個(gè)施工單位同時(shí)參與進(jìn)來，這就會(huì)對項(xiàng)目建設(shè)的質(zhì)量、工作周期以及施工的成本都會(huì)產(chǎn)生一定的影響，由于公路橋梁的施工建設(shè)較為復(fù)雜，因此其對于上述3個(gè)要素都具有較高的要求，但如果各個(gè)施工單位之間無法相互配合開展工作，就會(huì)使得施工的難度大大地增加。為了能夠保證建設(shè)項(xiàng)目的有效完成，橋梁的施工過程中需要涉及包括橋梁結(jié)構(gòu)建設(shè)、工程力學(xué)、工程地質(zhì)、地基基礎(chǔ)、土質(zhì)土力學(xué)、水文水力學(xué)、建造設(shè)備、建設(shè)管理、技術(shù)管理等各個(gè)方面工作的緊密配合完成。由于公路橋梁建設(shè)的施工地點(diǎn)和建設(shè)周邊會(huì)受到地區(qū)和天氣的影響，而施工單位部門眾多，因此橋梁建設(shè)的各個(gè)部門都必須要保證緊密的配合，并且嚴(yán)格地遵守國家的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，并與銀行、保險(xiǎn)公司，以及相關(guān)的管理部門和質(zhì)量監(jiān)測部門保持密切的合作，以此來保證橋梁建設(shè)的質(zhì)量[2]。

2.3 單一性和固定性

公路橋梁的項(xiàng)目施工建設(shè)的難度主要是由于地區(qū)位置的差異性帶來的，在設(shè)計(jì)施工方案的過程中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)針對不同地區(qū)以及不同橋型等特點(diǎn)具體分析，制定有針對性的、符合需求的建設(shè)方案，由此便突顯出公路橋梁建設(shè)的單一性的屬性；當(dāng)開始進(jìn)行橋梁的建設(shè)時(shí)，施工人員必須要按照前期制定的方案和規(guī)范，并按照國家的標(biāo)準(zhǔn)和要求嚴(yán)格進(jìn)行橋梁的建設(shè)，因其項(xiàng)目重大，故一旦施工建設(shè)，就不能夠再進(jìn)行修改和變更，公路橋梁建設(shè)的固定性便由此突顯。除此以外，橋梁的施工建設(shè)在運(yùn)行的過程中也同樣會(huì)受到許多方面的干擾，并對橋梁的建設(shè)產(chǎn)生直接的影響，例如預(yù)算是否充足、技術(shù)水平是否達(dá)標(biāo)、建設(shè)材料是否合格、建造結(jié)構(gòu)是否符合、施工人員和管理人員是否專業(yè)，等等。

3 橋梁橡膠支座結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

橋梁的橡膠支座首先其材料的質(zhì)量較為特殊，與其他普通的橋梁支座相比，橡膠支座具備良好的彈性，能夠在施工建設(shè)中承受各種程度的形狀變化，并且還不會(huì)影響到橋梁支座的整體質(zhì)量。其次，橡膠支座具備減震能力，其抗壓能力和抗剪能力也都尤為的突出；最后，橡膠支座的材質(zhì)特性使得其具備較高的抗氧化能力，在這一點(diǎn)上橡膠支座的優(yōu)勢遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了普通支座，但這并不意味著橡膠支座不會(huì)受到氧化。當(dāng)今時(shí)代的紫外線光照越來越強(qiáng)，而這種光線就會(huì)對橡膠支座造成一定的負(fù)面影響，造成橡膠支座發(fā)生許多的問題，如老化、質(zhì)變等。一旦其發(fā)生了這些問題并達(dá)到一定的程度后，就會(huì)使得橡膠支座的原本性能大大的削弱甚至消失，因此，相關(guān)的施工人員一定要提前制定預(yù)設(shè)方案，盡可能地降低橡膠支座性能消失的可能性[3]。

4 橡膠支座的影響要素

4.1 質(zhì)量不達(dá)標(biāo)

當(dāng)前，我國公路橋梁的建設(shè)中大量的使用橡膠材質(zhì)的橋梁支座，其原因是這種材料能夠使得其產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益，因此橡膠支座的生產(chǎn)商數(shù)量也在不斷地增多，這就會(huì)引發(fā)一系列的問題，這就會(huì)使得橡膠支座在使用過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題的可能性加重，進(jìn)而影響公路橋梁整體的穩(wěn)定性和安全性。

4.2 橋梁對中存在偏差

橋梁支座的功能是否能夠有效發(fā)揮與橋梁建設(shè)存在著緊密的關(guān)系，在進(jìn)行施工建設(shè)的過程中，建設(shè)工人必須要保證支座的建造支點(diǎn)與整體結(jié)構(gòu)的支點(diǎn)的中心是對齊的。但由于在實(shí)際的施工過程中，其支點(diǎn)的測量都是人工測量，就不可避免地存在誤差，因此就必須要針對這個(gè)問題采取一系列的應(yīng)對方法，將誤差的范圍盡可能地縮小，保持在合理的范圍內(nèi)，一般情況下，中點(diǎn)對齊的允許誤差是在5mm以下；與此同時(shí)，在施工人員進(jìn)行橡膠板的安裝過程中，必須要將中心誤差控制在10mm一下。一旦無法將中心對齊的誤差控制在合理的范圍內(nèi)，使得是偏差過大，就會(huì)影響橋梁支座的受重能力，進(jìn)而影響整座橋梁的受力能力，使得橋梁的橡膠支座出現(xiàn)過早破損的情況。

4.3 橋梁的測量存在誤差

橋梁的工程建設(shè)會(huì)受到施工人員技術(shù)水平和施工手段的極大影響，在施工人員進(jìn)行橋梁的橋墩、橋臺(tái)的設(shè)計(jì)建設(shè)時(shí)會(huì)由于人工測量導(dǎo)致誤差的出現(xiàn)，因此在橋梁建設(shè)的制度中就規(guī)定了橋墩和橋臺(tái)的建設(shè)高度可以存在偏差，但偏差必須要控制在10mm以內(nèi)方為合格。因此為了能夠減少誤差的出現(xiàn)，施工人員在建設(shè)過程中必須要以精準(zhǔn)的測量儀器予以輔助并進(jìn)行數(shù)據(jù)的監(jiān)測。然而，現(xiàn)今應(yīng)用于橋梁建設(shè)中的測量儀器也都存在著不同程度的數(shù)據(jù)測量偏差，一旦測量不夠精準(zhǔn)依然會(huì)給橋梁的橡膠支座造成過重分負(fù)擔(dān)，從而使其過早的損壞喪失性能。

5 檢測方法的研究

5.1 橋梁的測量原理

進(jìn)行橋梁地測量首先要確定使用的測量公式，過去傳統(tǒng)的對橡膠支座進(jìn)行抗壓彈性功能的檢測時(shí)，需要應(yīng)用到的公式是E=66S－162，而現(xiàn)今所使用的計(jì)算公式為E=5·4GS，在這個(gè)公式中E指的是抗壓彈性模量，G和S分別為橋梁支座的抗剪彈性模量和形狀系數(shù)，現(xiàn)用公式是經(jīng)過了相關(guān)技術(shù)部門精心的核對并完善出來的，其中將形狀系數(shù)、支座的檢測規(guī)范和檢測手法都進(jìn)行了一定的調(diào)整。而進(jìn)行橋梁矩形的橡膠支座的測量時(shí)所采用的公式為S=l0a·l0b/（2t1+l0b），其中10a就是矩形橡膠支座中加勁鋼板的最短邊的長度，10b則為加勁鋼板的最長邊，t1則指的是橡膠支座單層的橡膠厚度，三組數(shù)據(jù)的計(jì)算單位均為mm。相關(guān)的技術(shù)部門同樣對這組計(jì)算公式進(jìn)行了合理的完善和修正，進(jìn)一步提高了對橡膠支座中上下壓板剛度的要求。

5.2 檢測基礎(chǔ)

測量橋梁橡膠支座的抗壓彈性模量是能夠判斷橋梁完工成品的性能和質(zhì)量的一種關(guān)鍵性指標(biāo)。在進(jìn)行橡膠支座的測量過程中，技術(shù)人員主要采用的是豎向剛度的計(jì)算方式作為檢測的核心理論，也就是指測量橡膠支座在承受豎向重力的壓縮后，其體積所發(fā)生的變化。由于不同方向的重力對橡膠支座的形狀變化都會(huì)有不同的影響，因此在進(jìn)行重力檢測時(shí)需要分為豎向壓縮變形和橫向壓縮變形，分別以δv和δh來代替。在對橋梁的橡膠支座進(jìn)行豎向剛度的檢測時(shí)所采用的公式是Kv=E1·A0÷nt1，其中E1指的是橡膠支座的彈性模量，計(jì)算單位為MPa，A0指的是橡膠支座可承載重力的面積，計(jì)算單位為mm2，n是橡膠支座中的橡膠層數(shù)，t1則是單層的橡膠厚度，單位均為mm。

5.3 檢測思路

橋梁支座是橋梁工程建設(shè)中最為重要也是最為關(guān)鍵的一個(gè)建設(shè)部分，橡膠支座的抗壓能力也會(huì)直接影響到橋梁投入使用時(shí)的安全性和穩(wěn)定性。為了能夠保證和提升橡膠支座的抗壓能力，在進(jìn)行橋梁建設(shè)的過程中，施工人員必須要采用穩(wěn)定可靠且精準(zhǔn)的檢測系統(tǒng)，并制定一套完整系統(tǒng)的檢測方案。在這個(gè)過程中，檢測系統(tǒng)中必須包含的儀器包括壓力試驗(yàn)機(jī)、信號(hào)調(diào)理器模塊以及位移傳感器等。

5.4 選用及校準(zhǔn)儀器設(shè)備

在選擇橋梁橡膠支座的測量儀器時(shí)，技術(shù)人員必須要選擇抗壓性能較高的壓力傳感器，必須要保證其傳感器的受力面積要大于橡膠支座各個(gè)部分的面積。與此同時(shí)，在對測量儀器進(jìn)行校準(zhǔn)的過程中，則需要將所有的傳感器疊放于一處，并將壓力試驗(yàn)機(jī)放在所有壓力傳感器的下方，在這個(gè)過程中，其儀器的精準(zhǔn)程度必須要是一級(jí)的，如此才能確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

5.5 檢測過程

第一，要從梁板架設(shè)的臺(tái)帽和蓋梁的支撐點(diǎn)兩個(gè)區(qū)域安置橡膠支座，在將支座放在壓力傳感器上方；第二，完成上述工作之后，就可以開始進(jìn)行橡膠支座承壓能力的測量，并將所得數(shù)據(jù)詳細(xì)、精準(zhǔn)地記錄下來；第三，根據(jù)支座受力的具體情況對支座的厚度進(jìn)行合理的調(diào)整，確保其承壓力的數(shù)值保持在5%之內(nèi)；第四，將梁板重新起吊，在這個(gè)過程中利用鋼板墊片進(jìn)行調(diào)整，并再一次進(jìn)行承重力的測量和調(diào)整，直到承重能力達(dá)到最終的標(biāo)準(zhǔn)；第五，再次起吊橋梁的梁板，將其中安置的壓力傳感器拆卸下來后，將梁板重新放回指定的位置，在這過程中必須要注重減少支座中心對齊的誤差；第六，將所得數(shù)據(jù)仔細(xì)地整理歸納，確保數(shù)據(jù)能夠有效留存以供后續(xù)的查閱。

5.6 不確定要素

在進(jìn)行橋梁橡膠支座的測量過程中會(huì)受到許多外部環(huán)境的影響，從而造成測量的數(shù)據(jù)無法保證其精準(zhǔn)度，因此，技術(shù)人員在測量過程中應(yīng)當(dāng)采取各種有效的辦法來保證測量的精準(zhǔn)性，例如嚴(yán)格遵守測量標(biāo)準(zhǔn)、按照科學(xué)的測量方法嚴(yán)格執(zhí)行。如果在檢測的過程中發(fā)覺橡膠支座的承重力不均勻，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)所得數(shù)據(jù)不斷地調(diào)整支座的厚度和對齊程度，同時(shí)還要在這個(gè)過程中重復(fù)多次的進(jìn)行測量，以確保數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性，并在之后分析其問題的形成原因，并制定相應(yīng)的解決方案。

6 結(jié)束語

公路橋梁的建設(shè)工作關(guān)乎公路的安全性和穩(wěn)定性，更加關(guān)乎每個(gè)人的生命安全，因此相關(guān)建設(shè)部門必須高度重視建設(shè)的質(zhì)量和水平。加強(qiáng)對技術(shù)人員的培養(yǎng)，強(qiáng)化管理機(jī)制、保證運(yùn)營成本的充足并且加強(qiáng)后續(xù)的監(jiān)測工作。同時(shí)，針對公路橋梁后續(xù)出現(xiàn)的種種問題，相關(guān)部門盡可能地提前制定治理方案，并運(yùn)用高水準(zhǔn)的加固技術(shù)確保公路的安全性。