公路桥梁板式橡胶支座抗剪弹性模量

【摘 要】简要介绍板式橡胶支座抗剪弹性模量试验方法,并从几个方面分析影响板式橡胶支座抗剪弹性模量的因素

【关 键 词】公路桥梁；板式橡胶支座；抗剪弹性模量

前言

公路桥梁板式橡胶支座作为公路桥梁的配套产品,它是桥梁上下部结构的重要传力构件,直接影响桥梁的使用寿命和结构安全.抗剪弹性模量作为板式橡胶支座重要的成品力学性能指标之一,在一定程度上反映了板式橡胶支座的质量.本文介绍下板式橡胶支座抗剪弹性模量的试验方法步骤和对影响板式橡胶支座抗剪弹性模量的因素进行分析.

一、抗剪弹性模量的试验方法步骤

根据交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）中规定,试验前应将试样直接暴露在标准温度230C±50C下,停放24h,以使试样内外温度一致.《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）中规定,实测抗剪弹性模量G1与相应抗剪弹性模量标准值G的偏差不得大于±15%.

试验时应按以下步骤进行试验：

（1）在试验机的承载板上,应使支座顺其短边方向受剪,将试样及中间钢拉板按双剪组合配置好,使试样和中间钢拉板的对称轴和试验机承载板中心轴处在同一垂直面上,精度应小于1%的试件短边尺寸.为防止出现打滑现象,应在上下承载板和中间钢拉板上粘贴高摩擦板,以确保试验的准确性.

（2）将压应力以（0.03～0.04）Mpa/s的速率连续地增至平均压应力,并在整个抗剪试验过程中保持不变.

（3）调整试验机的剪切试验机构,使水平油缸、负荷传感器的轴线和中间钢拉板的对称轴重合.

（4）预加水平力.以（0.002～0.003）Mpa/s的速率连续施加水平剪应力至剪应力τ1等于1.0MPa,持荷5min,然后以连续均匀的速度卸载至剪应力为0.1MPa,持荷5min,记录初始值.预载三次.

（5）正式加载.每一加载循环自τ1等于0.1MPa开始,每级剪应力增加0.1MPa,持荷10min,采集支座变形数据,至τ1等于1.0MPa为止.然后以连续均匀的速度卸载至剪应力为0.1MPa.10min后进行下一循环试验.加载过程应连续进行三次.

（6）将各级水平荷载下位移传感器所测得的试样累计水平剪切变形△.,按试样橡胶层的总厚度te求出在各级试验荷载作用下,试样的累积剪切应变γi等于Δs/te.

（7）试样的实测抗剪弹性模量应按下列公式计算：

G1等于（τ1.0-τ0.3）/（γ1.0-γ0.3）

式中：G1--试样的实测抗剪弹性模量计算值,精确至l%,MPa；

τ1.0、γ1.0--第1.0MP试验荷载下的剪应力和累计剪切应变值,MPa；

τ0.3、γ0.3第0.3MP试验荷载下的剪应力和累计剪切应变值,MPa.

（8）结果

每对检验支座所组成试样的综合抗剪弹性模量G1,为该对试件三次加载所得到的三个结果的算术平均值.但各单项结果与算术平均值之间的偏差应不大于算术平均值的3%,否则应对该试样重新复核试验一次,如果仍超过3%,应请试验机生产厂专业人员对试验栅挂行检修和检定,合格后再重新进行试验.

对近年来试验数据结果的统计来看,抗剪弹性模量实测值G的合格率为37.8%左右,而且在不合格的当中抗剪弹性模量实测值G1比标准值G偏大的据多.

二、影响抗剪弹性模量的因素

1.支座原材料质量

板式橡胶支座是由若干层橡胶片和薄钢板组成.橡胶质量是影响橡胶支座力学性能的重要因素,橡胶质量的好坏与含胶量、填充剂和掺不掺再生胶密切相关.根据交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）中规定,橡胶不得使用任何再生胶或粉碎的硫化橡胶,其最小含胶量不得低于重量的55%.但是,随着公路桥梁建设规模的扩大,板式橡胶支座需求量的增多及板式橡胶支座生产成本的增加,现在很多橡胶支座都掺加了再生胶或者是掺加粉碎的硫化橡胶.试验检测证明：掺加再生胶或者粉碎的硫化橡胶,对支座抗剪弹性模量有很大影响,掺加再生胶或者粉碎的硫化橡胶后橡胶硬度变大.橡胶硬度越大,支座在抗剪弹性模量试验中,剪切变形就越小,抗剪弹性模量就越大.

另外,加劲钢板对抗剪弹性模量也有一定影响.根据交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）规定,加劲钢板的强度不应低于Q235C钢板强度,其质量应满足GB/T912的有关要求.加劲钢板的厚度不应小于2mm,与支座边缘的最小间距不应小于5mm,上下保护胶层的厚度不应小于2.5mm,不应使用拼接钢板,不允许在同一支座中使用不同厚度的钢板.可是,经过解剖试验发现,一些橡胶支座中的加劲钢板直径和厚度都比设计值要小,所以在这些支座中测得的抗剪弹性模量G1比标准值G要小.

2.支座生产工艺

橡胶支座的加工生产工艺对支座抗剪弹性模量也有很大影响.如橡胶支座的外观出现裂纹、柱面波浪纹和表面鼓泡等外观质量问题,与橡胶支座的加胶量过少、机器模板不平和橡胶硫化程度不够等加工生产工艺有着直接的关系.还有,橡胶支座的内部质量出现钢板与胶层的粘接面脱开、钢板偏置和胶层厚度不均匀等内部质量缺陷问题,与橡胶支座的硫化工艺、胶层厚度的均匀性和钢板与橡胶粘合质量的控制等加工生产工艺有关.橡胶支座的外观质量和内部质量出现问题,对橡胶支座的抗剪弹性模量将产生较大影响.所以,必须严格控制对橡胶支座的加工生产工艺的过程.

3.试验检测环境条件和仪器设备

试验检测过程中,检测环境、检测仪器设备的精度和功能及检测仪器设备计量参数橡胶支座抗剪弹性模量的检验结果有重要影响.所以抗剪弹性模量检测试验中的环境条件和检测仪器设备必须满足交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）规范的规定.

4.试验检测方法及操作步骤

橡胶支座抗剪弹性模量试验中加载方式的不同和试验检测人员操作步骤是否规范对其检测结果有着直接的影响.通过试验不同加载方式的研究得出,匀速加载方法没有考虑橡胶的蠕变特性,所得结果明显高于标准持荷加载方法的试验值,容易导致抗剪弹性模量试验结果不合格.在橡胶支座抗剪弹性模量试验检测试验前,检测人员应该对橡胶支座样品表面进行清洁处理,以保证橡胶支座样品无油渍；对检测仪器设备的上下承载板的摩擦槽和剪切板摩擦槽进行清理干净,避免试验检测时,出现试验打滑,造成橡胶支座样品表面破坏和对抗剪弹性模量试验结果造成重要影响和试验结果失真.试验时,必须使橡胶支座样品和中间钢拉板的对称轴和试验机承载板中心轴处在同一垂直面上,且调整试验机的剪切试验机构,使水平油缸、负荷传感器的轴线和中间钢拉板的对称轴重合,保证在整个试验过程中,橡胶支座样品都是垂直方向上轴心受压及水平方向上轴心受剪.若试验过程中,橡胶支座样品垂直方向上偏心受压和水平方向上偏心受剪,都会使抗剪弹性模量试验结果造成重要的影响,会使试验结果失真.所以,橡胶支座抗剪弹性模量检测时,检测人员必须严格按照交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）中标准试验方法及规范操作试验步骤进行试验检测.

结语

抗剪弹性模量作为板式橡胶支座的一项重要力学性能指标之一,在一定程度上反映了板式橡胶支座的质量.由于板式橡胶支座安装在桥梁结构上以后,更换的成本和技术难度相当大.为此,严格控制好板式橡胶支座的质量显得很重要.必须严格控制好板式橡胶支座的原材料,保证橡胶有足够的含胶量和保证加劲钢板的尺寸与厚度；严格在生产线上控制好板式橡胶支座的生产工艺.还有,公路桥梁板式橡胶支座抗剪弹性模量的试验方法必须严格遵照交通部行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》（JT/T4—2004）中的规范要求,检测人员应该尽量减少各种试验误差.