板式橡胶支座在缺陷状态下的力学性能分析

陈顺林

(河北省高速公路沿海管理处，河北 秦皇岛 066000)

0 引言

目前公路桥梁支座主要采用板式橡胶支座和盆式支座，尤以板式橡胶支座应用最为广泛。而由于支座所处的环境比较恶劣，维护较少，相对不受重视，致使支座出现裂纹、脱空等病害现象屡有发生。剪切变形后橡胶支座如图1所示，板式、圆式橡胶支座如图2所示。

图1 剪切变形后的橡胶支座

图2 板式、圆式橡胶支座

1 板式橡胶支座主要力学性能

一般来说，力学性能是工程材料研究和应用的关键问题，主要是因为力学性能通常是工程结构和构件设计中的主要依据；力学性能通常是新材料能否由研制状态进入工程应用的基本考核指标，尤其是综合性能（包括强度和塑性）的优劣常常是决定性因素。

我国标准规定在对支座用橡胶的物理机械性能检验之外，对成品支座的力学性能在工程使用前，应进行必要的抽查检验，目前我国有关板式橡胶支座力学性能检验标准主要采用《公路桥梁板式橡胶支座》（JT／T 4—2004）。

1.1 橡胶支座的抗压性能

进行中心受压试验的目的是为了测定受压时压力σ与压应变ε的关系，实测出使用应力下支座的最大压缩量以及观察支座在受压条件下的工作状态，并据此求出支座的抗压弹性模量E值。橡胶支座的形状系数是影响支座抗压力学性能的一个重要因素。通常情况下，板式橡胶支座形状系数越大，其压应变越小。当支座的形状系数较低时（S＜8）支座的设计应力应随形状系数的大小进行相应的调整，这可有效降低支座损伤发生的概率。

1.2 橡胶支座的抗剪性能

剪切试验的目的是为了测定剪应力τ与γ 剪应变的关系，并从中计算抗剪弹性模量G，从而确定G 是否超出限值。剪应变与支座厚度的关系为

式中：Δs——支座的平均剪切变形；

te——胶层总厚度。

我国现行的《公路桥梁板式橡胶支座》（JT／T 4—2004），其支座养护一项中规定，应检查支座的剪切位移是否过大，并指出剪切角应不大于35°。

2 试验结果分析

2.1 支座抗压试验

模拟支座带病害状态下的力学性能试验是采用抗压弹性模量增大50%的板式橡胶支座进行抗压、抗剪力学性能测试，并与成品支座的抗压、抗剪力学性能试验数据作对比。

试验用支座尺寸为850mm×450mm×106mm，支座形状系数S=12.32，标准抗压弹性模量为：

表1、表2分别为合格支座与带缺陷支座抗压性能试验实测数据。

表1 合格支座抗压性能试验竖向变形值

表2 带缺陷支座抗压性能试验竖向变形值

图3为带缺陷板式橡胶支座与正常支座的竖向变形值对比。

图3 带缺陷板式橡胶支座与正常支座竖向变形值对比

由以上数据可以看出，抗压弹性模量比标准值低约50%下的板式橡胶支座，其竖向变形约为正常支座竖向变形的3倍。

2.2 支座抗剪试验

表3 合格支座抗剪切变形值

表4 带缺陷支座抗剪变形

合格支座实测抗剪弹性模量Gi=（τ1.0-τ0.3）/（γ1.0-γ0.3）=0.7/（0.88-0.27）=1.14（MPa），与标准值（1MPa）相差14%，小于15%，符合规范要求。

图4为带缺陷板式橡胶支座与正常支座的剪切变形值对比。

图4 带缺陷板式橡胶支座与正常支座剪切变形值对比

从试验数据可得出，抗剪弹性模量与标准值相差46%的支座，在10MPa压应力下，支座抗剪切变形减少了6.78mm。

3 结语

通过对带缺陷状态下的支座抗压、抗剪性能试验研究表明：抗压弹性模量比标准值小40%的板式橡胶支座，相同压应力的支座竖向变形比成品支座的变形值约大3倍；抗剪弹性模量比标准值大46%的支座，相同剪应力下的支座剪切变形比合格支座剪切变形值约小17%。可见支座的抗压、抗剪弹性模量与其竖向、剪切变形密切相关。

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