板式橡膠支座在缺陷狀態下的力學性能分析

陳順林

(河北省高速公路沿海管理處，河北 秦皇島 066000)

0 引言

目前公路橋梁支座主要采用板式橡膠支座和盆式支座，尤以板式橡膠支座應用最為廣泛。而由于支座所處的環境比較惡劣，維護較少，相對不受重視，致使支座出現裂紋、脫空等病害現象屢有發生。剪切變形后橡膠支座如圖1所示，板式、圓式橡膠支座如圖2所示。

圖1 剪切變形后的橡膠支座

圖2 板式、圓式橡膠支座

1 板式橡膠支座主要力學性能

一般來說，力學性能是工程材料研究和應用的關鍵問題，主要是因為力學性能通常是工程結構和構件設計中的主要依據；力學性能通常是新材料能否由研制狀態進入工程應用的基本考核指標，尤其是綜合性能（包括強度和塑性）的優劣常常是決定性因素。

我國標準規定在對支座用橡膠的物理機械性能檢驗之外，對成品支座的力學性能在工程使用前，應進行必要的抽查檢驗，目前我國有關板式橡膠支座力學性能檢驗標準主要采用《公路橋梁板式橡膠支座》（JT／T 4—2004）。

1.1 橡膠支座的抗壓性能

進行中心受壓試驗的目的是為了測定受壓時壓力σ與壓應變ε的關系，實測出使用應力下支座的最大壓縮量以及觀察支座在受壓條件下的工作狀態，并據此求出支座的抗壓彈性模量E值。橡膠支座的形狀系數是影響支座抗壓力學性能的一個重要因素。通常情況下，板式橡膠支座形狀系數越大，其壓應變越小。當支座的形狀系數較低時（S＜8）支座的設計應力應隨形狀系數的大小進行相應的調整，這可有效降低支座損傷發生的概率。

1.2 橡膠支座的抗剪性能

剪切試驗的目的是為了測定剪應力τ與γ 剪應變的關系，并從中計算抗剪彈性模量G，從而確定G 是否超出限值。剪應變與支座厚度的關系為

式中：Δs——支座的平均剪切變形；

te——膠層總厚度。

我國現行的《公路橋梁板式橡膠支座》（JT／T 4—2004），其支座養護一項中規定，應檢查支座的剪切位移是否過大，并指出剪切角應不大于35°。

2 試驗結果分析

2.1 支座抗壓試驗

模擬支座帶病害狀態下的力學性能試驗是采用抗壓彈性模量增大50%的板式橡膠支座進行抗壓、抗剪力學性能測試，并與成品支座的抗壓、抗剪力學性能試驗數據作對比。

試驗用支座尺寸為850mm×450mm×106mm，支座形狀系數S=12.32，標準抗壓彈性模量為：

表1、表2分別為合格支座與帶缺陷支座抗壓性能試驗實測數據。

表1 合格支座抗壓性能試驗豎向變形值

表2 帶缺陷支座抗壓性能試驗豎向變形值

圖3為帶缺陷板式橡膠支座與正常支座的豎向變形值對比。

圖3 帶缺陷板式橡膠支座與正常支座豎向變形值對比

由以上數據可以看出，抗壓彈性模量比標準值低約50%下的板式橡膠支座，其豎向變形約為正常支座豎向變形的3倍。

2.2 支座抗剪試驗

表3 合格支座抗剪切變形值

表4 帶缺陷支座抗剪變形

合格支座實測抗剪彈性模量Gi=（τ1.0-τ0.3）/（γ1.0-γ0.3）=0.7/（0.88-0.27）=1.14（MPa），與標準值（1MPa）相差14%，小于15%，符合規范要求。

圖4為帶缺陷板式橡膠支座與正常支座的剪切變形值對比。

圖4 帶缺陷板式橡膠支座與正常支座剪切變形值對比

從試驗數據可得出，抗剪彈性模量與標準值相差46%的支座，在10MPa壓應力下，支座抗剪切變形減少了6.78mm。

3 結語

通過對帶缺陷狀態下的支座抗壓、抗剪性能試驗研究表明：抗壓彈性模量比標準值小40%的板式橡膠支座，相同壓應力的支座豎向變形比成品支座的變形值約大3倍；抗剪彈性模量比標準值大46%的支座，相同剪應力下的支座剪切變形比合格支座剪切變形值約小17%。可見支座的抗壓、抗剪彈性模量與其豎向、剪切變形密切相關。

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