檢測溫度對公路橋梁板式橡膠支座試驗檢測結果的影響

曾勝武，張 忠

(葛洲壩集團試驗檢測有限公司，宜昌 443002)

隨著我國基礎設施的大力發展，“十三五”以來，中國高速公路進入了全面規范和高質量發展新階段。據2012年統計結果顯示，我國高速公路通車里程已達9.6萬km，首次超越美國，居世界第一。到2020年底，我國高速公路總里程達16萬km，繼續穩居世界第一位。公路橋梁板式橡膠支座具有結構簡單、安裝和更換方便等優點，被市政和公路橋梁工程廣泛應用。目前橡膠支座的制造廠家較多，一些規模較小的制造廠商為獲取利益不按照橡膠支座的加工工藝生產，采購劣質橡膠，以次充好，嚴重影響橋梁工程的質量。因此需要通過試驗檢測工作對橡膠支座的質量進行嚴格控制。為保證橡膠支座試驗檢測結果的準確性，通過溫度的調節分析探討溫度對試驗檢測結果的影響情況[1]。

1 檢測前期準備工作

1.1 檢測人員能力狀況

橡膠支座試驗檢測人員應具備專業的檢測理論知識和操作水平，相關檢測人員應取得交通運輸部試驗檢測助理工程師以上的相關資格證書。為排除人員能力差異對橡膠支座試驗的影響，試驗采用同一位檢測人員操作，檢測人員具備交通運輸部橋梁隧道檢測工程師資格。

1.2 檢測儀器

檢測儀器性能的好壞影響橡膠支座試驗檢測結果，使用前需經過有資質的國家計量檢定機構按照檢定規程進行檢定，檢定合格后方可投入檢測使用。試驗采用同一臺微機控制電液伺服壓剪試驗機，規格型號：10 000 kN，試驗機精度為1級，示值相對最大允許值為±1.0%，試驗機正壓力和水平力的使用在最大值的20%～80%。試驗機滿足以下條件：1)具備自動、平穩連續加載，且無沖擊和顫動現象；2)自動持荷(試驗荷載滿負荷保持時間不少于4 h，且試驗荷載的示值變動≤0.5%)；3)自動采集數據，自動繪制應力-應變圖，自動儲存試驗原始記錄及曲線圖，自動打印結果。

承載板：試驗機上下承載板具有足夠的剛度，厚度大于平面最大尺寸的1/2。

測量變形量的儀表：儀表量測滿足板式橡膠支座抗壓彈性模量試驗的要求，測量豎向壓縮變形量為四支精度為0.001 mm的數顯千分表，其示值誤差和相關技術要求滿足檢驗規程。

1.3 檢測環境

常溫型橡膠支座(氯丁橡膠)適用于-25～60 ℃，耐寒型橡膠支座(天然橡膠)適用于-40～60 ℃，《公路橋梁板式橡膠支座》JT/T 4—2019規定板式橡膠支座試驗檢測環境溫度為(23±5)℃，且不能有腐蝕氣體及影響檢測的振動源[2]。此次試驗通過調節不同檢測溫度，研究檢測溫度對公路橋梁板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測結果的影響。

1.4 被檢樣品

檢測的板式橋梁橡膠支座規格型號為GBZ JH150×150×30，橡膠層總厚度為20 mm，形狀系數7.00，平均允許壓應力10 MPa，采用一組3個樣品進行檢測。樣品預置需恒溫，檢測前試樣表面擦拭干凈，離開地面一定高度，保證試樣整個橡膠面恒溫[3]。然后將其直接暴露在溫度(20±2)℃(第一次試驗)、(23±2)℃(第二次試驗)、(26±2)℃(第三次試驗)下，停放24 h，以使試樣內外溫度一致。

2 抗壓彈性模量試驗

待板式橋梁橡膠支座試樣恒溫結束后進行正式抗壓彈性模量試驗，試驗分三次進行。每次試驗對應樣品預置溫度，檢測溫度分別為：第一次試驗：(20±2)℃；第二次試驗：(23±2)℃；第三次試驗：(26±2)℃。

2.1 第一次抗壓彈性模量試驗

首先將檢測溫度控制在(20±2)℃范圍內，將微機控制電液伺服壓剪試驗機預熱10 min，試樣置于試驗機承壓板并對準中心，保證精度<1%樣品的短邊尺寸。開啟試驗機，緩緩加載到壓應力為1.0 MPa且穩壓后，安裝承壓板上的四支千分表，確認無誤后試驗開始預壓，將壓應力以0.03～0.04 MPa/s的速率連續增至平均壓應力σ為10 MPa，持荷2 min ,然后以相同速率將壓應力卸至1.0 MPa[4]。持荷5 min,記錄初始值,繪制應力-應變圖。預壓三次。

正式加載:每一加載循環自1.0 MPa開始，將壓應力以0.03～0.04 MPa/s的速率均勻加載至4 MPa,持荷2 min后采集支座變形值，然后以同樣速率每2 MPa為一級逐級加載，每級持荷2 min后采集支座變形值，直至平均壓應力σ為止。繪制的應力應變圖，應呈線性關系,然后以同樣速率卸載至壓應力為1.0 MPa。加載過程應連續進行三次,每次間隔10 min[2]。以承載板四角所測變化值的平均值,作為各級荷載下試樣累計豎向壓縮變形。按試樣橡膠層的總厚度，求出在各級試驗荷載作用下,試樣的累計壓縮應變。

整個檢測過程包括數據采集和計算均為試驗機全自動運行，三個樣品的檢測結果如表1所示。

表1 板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測結果統計(檢測溫度(20±2)℃)

2.2 第二次抗壓彈性模量試驗

檢測樣品采用與第一次抗壓彈性模量試驗相同的一組(三個樣品)板式橡膠支座，當第一次抗壓彈性模量試驗結束后，為使板式橡膠支座的性能恢復，將其靜止放置于標準溫度(23±2)℃下48 h。然后進行第二次抗壓彈性模量試驗，檢測溫度控制在(23±2)℃范圍內，檢測設備和檢測方法步驟同第一次試驗。三個樣品的檢測結果如表2所示。

表2 板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測結果統計(檢測溫度(23±2)℃)

2.3 第三次抗壓彈性模量試驗

檢測樣品采用與前兩次抗壓彈性模量試驗相同的一組(三個樣品)板式橡膠支座，當第二次抗壓彈性模量試驗結束后，為使板式橡膠支座的性能恢復，將其靜止放置于標準溫度(26±2)℃下48 h。然后進行第三次抗壓彈性模量試驗，檢測溫度控制在(26±2)℃范圍內，檢測設備和檢測方法步驟與第一次和第二次抗壓彈性模量試驗相同。三個樣品的檢測結果如表3所示。

表3 板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測結果統計(檢測溫度(26±2)℃)

2.4 三次板式橡膠支座抗壓彈性模量試驗對比情況

綜合三次抗壓彈性模量試驗的檢測結果，匯總如表4所示。

表4 板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測結果匯總統計

由表4可知，第二次板式橡膠支座抗壓彈性模量試驗檢測溫度比第一次試驗的檢測溫度升高2.3～3.3 ℃，檢測結果的偏差減少8.3%～15.5%；第三次板式橡膠支座抗壓彈性模量試驗檢測溫度比第二次試驗的檢測溫度升高2.6～3.6 ℃，檢測結果的偏差減少7.5%～18.5%。通過三次比對試驗可知，板式橡膠支座抗壓彈性模量試驗中伴隨檢測溫度的升高，其抗壓彈性模量的偏差相應減少，檢測溫度升高2～4 ℃，檢測結果的偏差相應減少8%～18%。

3 結 語

通過對公路橋梁板式橡膠支座進行抗壓彈性模量試驗檢測溫度的分析，探明了檢測溫度對公路橋梁板式橡膠支座抗壓彈性模量試驗影響較大。檢測溫度升高，檢測結果的偏差相應減少，因此檢測過程中應充分考慮檢測前樣品恒溫及試驗過程中溫度對最終檢測結果的影響。