板式橡胶支座抗压弹性模量试验分析[详细]

板式橡胶支座抗压弹性模量试验分析

1.概述近年来我国交通事业发展迅速,桥梁作为我国重要社会基础设施的

地位愈显突出,在国民经济和居民日常生活中发挥着重要作用.桥梁支座是桥粱结构的重要组成部分,直接影响桥梁的使用寿命和结构安全,其中板式橡胶支座由于其具有构造简单、性能可靠、安装更换方便、造价低等优点,被广泛应用于公路、城市桥梁建设中.桥梁支座的作用,一方面是将上部结构的作用力传递给桥墩;另一方面则应适应梁体因温度、混凝土的收缩徐变及荷载作用下引起的水平位移和挠曲引起的梁体转动.橡胶支座能很好地满足这方面的要求,因此得到普遍推广.

2.设计问题

板式橡胶支座是由橡胶层和钢板层叠加在一起构成的,其设计应符合JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中8.4要求.支座使用阶段平均压应力限值为10米Pa,常温下支座的剪变模量为1.0米Pa.橡胶支座的弹性模量和形状系数按下式计算:

弹性模量 E=5.4GS2

矩形支座 S= l a l b/2t e(l a+l b)

圆形支座 S=d0/4t e

支座的形状系数取5≤S≤12使用.

形状系数S的定义为:S=有效承压面积÷单层橡胶侧表面积.

板式支座的分类、技术要求、试验方法、及检验规则同时要满足行业标准JT/T 4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》中要求同时行业JT/T

663-2006《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》作为前者的补充配套其使用.

JT/T 4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》4.6节支座内在质量描述道:

表1 支座剖面要求

可见支座的中间胶层厚度应分别为5米米、8米米、11米米及15米米.同时JT/T 663-2006《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》所给出的参数中,中间胶层也是这几个数据,只是做了详细的划分,橡胶支座边长或直径为100米米≤l(d0)≤200米米时,中间胶层厚度为5米米,钢板厚度为2米米,支座边长或直径为250米米≤l(d0)≤350米米时,中间胶层厚度为8米米,钢板厚度为3米米,支座边长或直径为400米米≤l(d0)≤450米米时,中间胶层厚度为11米米,钢板厚度为4米米,支座边长或直径为500米米≤l(d0)≤650米米时,中间胶层厚度为15米米,钢板厚度为5米米,支座边长或直径为700米米≤l(d0)≤800米米时,中间胶层厚度为18米米,钢板厚度为5米米.而这些数据正是影响支座形状系数,进而影响支座弹性模量.

常用支座的参数及计算结果统计如下表1:

表2 常用支座参数及计算结果

规格尺寸米

米钢板厚

度/米米

钢板

层数

橡胶层厚

度/米米

橡胶层

层数

形状

系数

抗压弹性模

量/米Pa

150×28 2 4 5 3 7.00 265

200×35 2 5 5 4 9.50 487

250×52 3 5 8 4 7.50 304

300×63 3 6 8 5 9.06 443

350×74 3 7 8 6 10.62 610

400×84 4 6 11 5 8.86 424

通过表上数据可以看出,在支座直径不同,内部剖面结构相同的情况下,形状系数和抗压弹性模量有很大的差别.根据JT/T 4-2004《公路桥梁板式橡

胶支座》附录A.4.1.2所给出实测弹性模量计算公式,实测弹性模量为应力差和相对应变差的比值.应力差是个定值6米Pa,因此在胶层总厚度相同时,不同直径的支座在同应力下应变有很大的差别.我们通过大量的试验得出一种规律, JT/T 663-2006《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》的天然胶支座实测抗压弹性模量普遍在300米Pa ~500米Pa之间,数根据JT/T 4-2004《公路桥梁板式橡胶支座》4.1表1要求,实测抗压弹性模量E1=E±20%E,形状系数大的支座普遍为负值,直径350米米的支座尤为明显,其值基本都为负值,且多在E1=E-20%E的界线上.

3.一级精度仪器,最小刻度是量程的1%.根据行业标准JT/T 4-2004规定,

适用范围为0.4%~90%,我们所用的仪器是10000kN电液伺服压剪系统,则其使用范围就是40kN~9000kN,根据标准要求,一块极限和抗压弹模

图1 10000kN电液伺服压剪系统

都能做的板式支座,只有60kN~1200kN是参与抗压弹性模量的精确计算的.而1200kN以上我们只能在极限抗压中用到,其精确度不需弹膜那么高,应力只要大于70米Pa即可.据检定知,10000kN电液伺服压剪系统1000kN以内准确性较差,又根据检定规程JJG 391-2009 《力传感器》7.2.5.5规定,检定点要均匀分布,一般不少于5个点,推荐使用8个点

(10%,20%,30%,40%,50%,60%,80%,100%),而我们采用的是10点

(10%,20%,30%,40%,50%,60%,70%,80%,90%,100%)也是我们仪器软件中最大检定计入点数.据近几年的检定数据观察分析,我们的仪器在

1000kN~10000kN范围内准确值在5‰以内,而在1000kN以内的比较中,最大的误差在30%.

因10000kN电液伺服压剪系统体型较大,横梁丝杆螺纹较粗,且未安装横梁抱死装置,从而增加了实测抗压弹性模量的误差,支座越小越明显.

图2 200米米×35米米支座应力—应变实测曲线

图3 400米米×84米米支座应力—应变实测曲线结论:设计方面,板式橡胶支座的应按照JTG D62-2004《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》中8.4要求,S取值为5≤S≤12范围,结构尺寸根据实际桥梁状况设计,可不完全依照JT/T 663-2006《公路桥梁板式橡胶支座规格系列》中所规定的尺寸参数.

仪器方面,不要一味的追求量程大,我建议同机不同传感器,我们可以在仪器上安装可替换式力传感器,根据不同试验项目,换不同力传感器,

以确保试验的准确性.