公路桥梁板式橡胶支座使用寿命的影响因素研究

2020-08-12刘锋

居业 2020年7期

刘锋

(安福县农村公路管理所，江西吉安 343200)

在进行公路桥梁维护时，会出现板式橡胶支座的预期寿命与实际使用之间存在一定偏差，板式橡胶支座的使用寿命长达10年甚至20年。近几年，我国部分新建桥梁在运行初期就出现了寿命老化现象，甚至一些公路桥梁运行不到3年时间就出现了老化和支座破裂等现象，不仅影响人们的人身安全，还阻碍了中国公路桥梁的健康可持续发展。通过研究影响板式橡胶支座使用寿命的原因，进一步提高板式橡胶支座的实际寿命，预防事故的发生。

1 公路桥梁板式橡胶支座的发展和现状

1.1 桥梁橡胶支座的发展(图1)

在1960年，我国采用的桥梁支座分别是钢支座和油毛毡支座。自1966年在广东肇庆公路大桥上使用橡胶支座后，橡胶支座得到了大力推广，1972年修建的京西铁路桥梁和1976年修建的唐山滦河公路大桥都采用了橡胶支座。自1978年改革开放以来，橡胶支座的规格和类型发生了重大变化，近几年的公路桥梁建设多采用不同类型的橡胶支座，由于橡胶支座的结构简单、成本低、用钢量少、易于安装、减振和耐冲击性能好，被广泛运用于公路桥梁建设中。由于橡胶支座老化现象越来越严重，因此，工程界认为橡胶支座的质量和使用寿命是公路桥梁质量安全的关键。

图1 桥梁橡胶支座的使用

1.2 桥梁橡胶支座的老化与使用寿命

橡胶制品长时间受氧气、臭氧、紫外线和外力的影响，会出现老化破裂现象。因此，国内外专家对桥梁支座的老化现象进行了研究，并收集了许多有价值的测试数据，但由于国内外的测试方法不同，双方就橡胶支座的使用寿命有着不同看法。

在1980年，上海橡胶工业研究所采用了热空气加速的老化试验方法，实验结果如下，早期橡胶支座的老化速度比较快，但到了中后期，橡胶支座的老化速度会随着时间的推移逐步下降。根据橡胶技术生产水平，在正常情况下使用寿命长达50年之久。但是，橡胶支座的老化与橡胶类型有关，与氯丁橡胶的抗老化性相比，天然橡胶抗老化性较差，但其耐低温效果要优于氯丁橡胶，因此，建议大型桥梁选用氯丁橡胶支座，-25℃以下选用天然橡胶支座。此外，铁道部研究院实验研究得知，三元乙丙胶也可用于公路桥梁，虽然三元乙丙胶的抗老化和耐低温性能都很好，但是其粘结性较差，因此，运用时应特别注意。

2 公路桥梁板式橡胶支座使用寿命影响因素

2.1 板式橡胶支座产品质量水平较低

影响橡胶支座寿命的最重要因素之一是橡胶质量，橡胶质量与橡胶含胶量有着直接关系，在橡胶质量检测过程中，制造商通常会以刚度和压缩模量作为评定标准，也就是通过增加橡胶的硬度，减少轴承压力的变形。但是，橡胶的老化是不可逆的化学反应之一，如果刚度在轴承的标准值之内，则在使用过程中梁体受热膨胀和收缩的影响，会造成支座的变形。许多制造商会用加大支座的硬度来提高支座的承压能力，但其弹性性能会随着支座硬度的增加出现大幅度下降。如果需要剪切变形来满足桥梁伸缩时，会造成支座的破裂，并加快支座的老化速度。

2.2 板式橡胶支座应力设计分布以及支座布置不合理

通常，标准橡胶支座的临界拉伸应力为4～20MPa，当形状系数下降时，支座的承压能力和强度也会出现大幅度下降；如果橡胶支座不能承受工作应力时，那么橡胶支座会出现较大的裂纹区域，当裂缝的大小增加到一定程度时，橡胶支座就会出现破裂。根据JTG3362—2018《公路钢筋混凝土及预应力混凝土设计规范》，标准版式橡胶支座的平均应力值10MPa,与其他西方国家相比，中国的橡胶支座应力值更为保守，当橡胶支座的形状系数发生波动时，橡胶的承压能力和强度储备系数也会出现波动。由于板式橡胶支座应力设计分布以及支座布置不合理，因此，工作人员应将全部精力放在橡胶支座的设计和布置中，并定期进行形状系数数据检测，将其控制在标准范围内。