公路橋梁板式橡膠支座使用壽命的影響因素研究

劉 鋒

(安?？h農(nóng)村公路管理所，江西 吉安 343200)

在進行公路橋梁維護時，會出現(xiàn)板式橡膠支座的預期壽命與實際使用之間存在一定偏差，板式橡膠支座的使用壽命長達10年甚至20年。近幾年，我國部分新建橋梁在運行初期就出現(xiàn)了壽命老化現(xiàn)象，甚至一些公路橋梁運行不到3年時間就出現(xiàn)了老化和支座破裂等現(xiàn)象，不僅影響人們的人身安全，還阻礙了中國公路橋梁的健康可持續(xù)發(fā)展。通過研究影響板式橡膠支座使用壽命的原因，進一步提高板式橡膠支座的實際壽命，預防事故的發(fā)生。

1 公路橋梁板式橡膠支座的發(fā)展和現(xiàn)狀

1.1 橋梁橡膠支座的發(fā)展(圖1)

在1960年，我國采用的橋梁支座分別是鋼支座和油毛氈支座。自1966年在廣東肇慶公路大橋上使用橡膠支座后，橡膠支座得到了大力推廣，1972年修建的京西鐵路橋梁和1976年修建的唐山灤河公路大橋都采用了橡膠支座。自1978年改革開放以來，橡膠支座的規(guī)格和類型發(fā)生了重大變化，近幾年的公路橋梁建設(shè)多采用不同類型的橡膠支座，由于橡膠支座的結(jié)構(gòu)簡單、成本低、用鋼量少、易于安裝、減振和耐沖擊性能好，被廣泛運用于公路橋梁建設(shè)中。由于橡膠支座老化現(xiàn)象越來越嚴重，因此，工程界認為橡膠支座的質(zhì)量和使用壽命是公路橋梁質(zhì)量安全的關(guān)鍵。

圖1 橋梁橡膠支座的使用

1.2 橋梁橡膠支座的老化與使用壽命

橡膠制品長時間受氧氣、臭氧、紫外線和外力的影響，會出現(xiàn)老化破裂現(xiàn)象。因此，國內(nèi)外專家對橋梁支座的老化現(xiàn)象進行了研究，并收集了許多有價值的測試數(shù)據(jù)，但由于國內(nèi)外的測試方法不同，雙方就橡膠支座的使用壽命有著不同看法。

在1980年，上海橡膠工業(yè)研究所采用了熱空氣加速的老化試驗方法，實驗結(jié)果如下，早期橡膠支座的老化速度比較快，但到了中后期，橡膠支座的老化速度會隨著時間的推移逐步下降。根據(jù)橡膠技術(shù)生產(chǎn)水平，在正常情況下使用壽命長達50年之久。但是，橡膠支座的老化與橡膠類型有關(guān)，與氯丁橡膠的抗老化性相比，天然橡膠抗老化性較差，但其耐低溫效果要優(yōu)于氯丁橡膠，因此，建議大型橋梁選用氯丁橡膠支座，-25℃以下選用天然橡膠支座。此外，鐵道部研究院實驗研究得知，三元乙丙膠也可用于公路橋梁，雖然三元乙丙膠的抗老化和耐低溫性能都很好，但是其粘結(jié)性較差，因此，運用時應(yīng)特別注意。

2 公路橋梁板式橡膠支座使用壽命影響因素

2.1 板式橡膠支座產(chǎn)品質(zhì)量水平較低

影響橡膠支座壽命的最重要因素之一是橡膠質(zhì)量，橡膠質(zhì)量與橡膠含膠量有著直接關(guān)系，在橡膠質(zhì)量檢測過程中，制造商通常會以剛度和壓縮模量作為評定標準，也就是通過增加橡膠的硬度，減少軸承壓力的變形。但是，橡膠的老化是不可逆的化學反應(yīng)之一，如果剛度在軸承的標準值之內(nèi)，則在使用過程中梁體受熱膨脹和收縮的影響，會造成支座的變形。許多制造商會用加大支座的硬度來提高支座的承壓能力，但其彈性性能會隨著支座硬度的增加出現(xiàn)大幅度下降。如果需要剪切變形來滿足橋梁伸縮時，會造成支座的破裂，并加快支座的老化速度。

2.2 板式橡膠支座應(yīng)力設(shè)計分布以及支座布置不合理

通常，標準橡膠支座的臨界拉伸應(yīng)力為4～20MPa，當形狀系數(shù)下降時，支座的承壓能力和強度也會出現(xiàn)大幅度下降；如果橡膠支座不能承受工作應(yīng)力時，那么橡膠支座會出現(xiàn)較大的裂紋區(qū)域，當裂縫的大小增加到一定程度時，橡膠支座就會出現(xiàn)破裂。根據(jù)JTG3362—2018《公路鋼筋混凝土及預應(yīng)力混凝土設(shè)計規(guī)范》，標準版式橡膠支座的平均應(yīng)力值10MPa,與其他西方國家相比，中國的橡膠支座應(yīng)力值更為保守，當橡膠支座的形狀系數(shù)發(fā)生波動時，橡膠的承壓能力和強度儲備系數(shù)也會出現(xiàn)波動。由于板式橡膠支座應(yīng)力設(shè)計分布以及支座布置不合理，因此，工作人員應(yīng)將全部精力放在橡膠支座的設(shè)計和布置中，并定期進行形狀系數(shù)數(shù)據(jù)檢測，將其控制在標準范圍內(nèi)。

2.3 板式橡膠支座并未嚴格按照安裝要求開展工作

研究發(fā)現(xiàn)，如果不能嚴格按照版式橡膠板支座要求進行安裝，會直接影響使用壽命。針對目前在板式橡膠支座的首次安裝和更換過程中存在的問題進行了總結(jié)，主要內(nèi)容如下。

(1)由于未準確測量梁下支撐墊片的位置、尺寸和高度，因此支撐墊片和支撐石塊之間存在較大偏差。

(2)工作人員在安裝過程中沒有精確測量混凝土的分布情況，因此用于橡膠支撐的混凝土墊石存在不規(guī)整現(xiàn)象。

(3)承鍥塊中存在鋼筋缺漏現(xiàn)象。

(4)梁下方楔形保護層的厚度超過了橡膠支座的設(shè)計標準。

(5)購買的支座規(guī)格和型號不符合公路橋梁標準。

(6)軸位置和橡膠支座位置之間有很大差異。

3 結(jié) 語

影響橡膠支座使用壽命的主要因素有橡膠支座產(chǎn)品質(zhì)量低下、應(yīng)力設(shè)計分布以及支座布置不合理和膠膜厚度不均勻等，因此，工作人員必須優(yōu)化質(zhì)量檢測技術(shù)，并做好橡膠質(zhì)量監(jiān)督工作，從而提高橡膠支座的實際使用壽命。