淺談公路橋梁板式橡膠支座抗剪彈性模量

【摘 要】簡要介紹板式橡膠支座抗剪彈性模量試驗方法，并從幾個方面分析影響板式橡膠支座抗剪彈性模量的因素

【關鍵詞】公路橋梁；板式橡膠支座；抗剪彈性模量

前言

公路橋梁板式橡膠支座作為公路橋梁的配套產品，它是橋梁上下部結構的重要傳力構件，直接影響橋梁的使用壽命和結構安全。抗剪彈性模量作為板式橡膠支座重要的成品力學性能指標之一，在一定程度上反映了板式橡膠支座的質量。本文介紹下板式橡膠支座抗剪彈性模量的試驗方法步驟和對影響板式橡膠支座抗剪彈性模量的因素進行分析。

一、抗剪彈性模量的試驗方法步驟

根據交通部行業標準《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）中規定，試驗前應將試樣直接暴露在標準溫度230C±50C下，停放24h，以使試樣內外溫度一致。《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）中規定，實測抗剪彈性模量G1 與相應抗剪彈性模量標準值G的偏差不得大于±15%。

試驗時應按以下步驟進行試驗：

（1）在試驗機的承載板上，應使支座順其短邊方向受剪，將試樣及中間鋼拉板按雙剪組合配置好，使試樣和中間鋼拉板的對稱軸和試驗機承載板中心軸處在同一垂直面上，精度應小于1%的試件短邊尺寸。為防止出現打滑現象，應在上下承載板和中間鋼拉板上粘貼高摩擦板，以確保試驗的準確性。

（2）將壓應力以（0.03～0.04）Mpa/s的速率連續地增至平均壓應力，并在整個抗剪試驗過程中保持不變。

（3）調整試驗機的剪切試驗機構，使水平油缸、負荷傳感器的軸線和中間鋼拉板的對稱軸重合。

（4）預加水平力。以（0.002～0.003）Mpa/s的速率連續施加水平剪應力至剪應力τ1=1.0MPa，持荷5min，然后以連續均勻的速度卸載至剪應力為0.1MPa，持荷5min，記錄初始值。預載三次。

（5）正式加載。每一加載循環自τ1=0.1MPa開始，每級剪應力增加0.1MPa，持荷10min，采集支座變形數據，至τ1=1.0MPa為止。然后以連續均勻的速度卸載至剪應力為0.1MPa。10min后進行下一循環試驗。加載過程應連續進行三次。

（6）將各級水平荷載下位移傳感器所測得的試樣累計水平剪切變形△。，按試樣橡膠層的總厚度te 求出在各級試驗荷載作用下，試樣的累積剪切應變γi=Δs/te。

（7）試樣的實測抗剪彈性模量應按下列公式計算：

G1=（τ1.0-τ0.3）/（γ1.0-γ0.3）

式中：G1--試樣的實測抗剪彈性模量計算值，精確至l%，MPa；

τ1.0、γ1.0--第1.0 MPa級試驗荷載下的剪應力和累計剪切應變值，MPa；

τ0.3、γ0.3 第0.3MPa級試驗荷載下的剪應力和累計剪切應變值，MPa。

（8）結果

每對檢驗支座所組成試樣的綜合抗剪彈性模量G1，為該對試件三次加載所得到的三個結果的算術平均值。但各單項結果與算術平均值之間的偏差應不大于算術平均值的3%，否則應對該試樣重新復核試驗一次，如果仍超過3%，應請試驗機生產廠專業人員對試驗柵掛行檢修和檢定，合格后再重新進行試驗。

對近年來試驗數據結果的統計來看 ，抗剪彈性模量實測值G的合格率為37.8%左右 ，而且在不合格的當中抗剪彈性模量實測值G1比標準值G偏大的據多。

二、影響抗剪彈性模量的因素

1、支座原材料質量

板式橡膠支座是由若干層橡膠片和薄鋼板組成。橡膠質量是影響橡膠支座力學性能的重要因素，橡膠質量的好壞與含膠量、填充劑和摻不摻再生膠密切相關。根據交通部行業標準《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）中規定，橡膠不得使用任何再生膠或粉碎的硫化橡膠，其最小含膠量不得低于重量的55%。但是，隨著公路橋梁建設規模的擴大，板式橡膠支座需求量的增多及板式橡膠支座生產成本的增加，現在很多橡膠支座都摻加了再生膠或者是摻加粉碎的硫化橡膠。試驗檢測證明：摻加再生膠或者粉碎的硫化橡膠，對支座抗剪彈性模量有很大影響，摻加再生膠或者粉碎的硫化橡膠后橡膠硬度變大。橡膠硬度越大，支座在抗剪彈性模量試驗中，剪切變形就越小，抗剪彈性模量就越大。

另外，加勁鋼板對抗剪彈性模量也有一定影響。根據交通部行業標準《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）規定，加勁鋼板的強度不應低于Q235C鋼板強度，其質量應滿足GB/T912的有關要求。加勁鋼板的厚度不應小于2mm，與支座邊緣的最小間距不應小于5mm，上下保護膠層的厚度不應小于2.5mm，不應使用拼接鋼板，不允許在同一支座中使用不同厚度的鋼板。可是，經過解剖試驗發現，一些橡膠支座中的加勁鋼板直徑和厚度都比設計值要小，所以在這些支座中測得的抗剪彈性模量G1比標準值G要小。

2、支座生產工藝

橡膠支座的加工生產工藝對支座抗剪彈性模量也有很大影響。如橡膠支座的外觀出現裂紋、柱面波浪紋和表面鼓泡等外觀質量問題，與橡膠支座的加膠量過少、機器模板不平和橡膠硫化程度不夠等加工生產工藝有著直接的關系。還有，橡膠支座的內部質量出現鋼板與膠層的粘接面脫開、鋼板偏置和膠層厚度不均勻等內部質量缺陷問題，與橡膠支座的硫化工藝、膠層厚度的均勻性和鋼板與橡膠粘合質量的控制等加工生產工藝有關。橡膠支座的外觀質量和內部質量出現問題，對橡膠支座的抗剪彈性模量將產生較大影響。所以，必須嚴格控制對橡膠支座的加工生產工藝的過程。

3、試驗檢測環境條件和儀器設備

試驗檢測過程中，檢測環境、檢測儀器設備的精度和功能及檢測儀器設備計量參數橡膠支座抗剪彈性模量的檢驗結果有重要影響。所以抗剪彈性模量檢測試驗中的環境條件和檢測儀器設備必須滿足交通部行業標準《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）規范的規定。

4、試驗檢測方法及操作步驟

橡膠支座抗剪彈性模量試驗中加載方式的不同和試驗檢測人員操作步驟是否規范對其檢測結果有著直接的影響。通過試驗不同加載方式的研究得出，勻速加載方法沒有考慮橡膠的蠕變特性，所得結果明顯高于標準持荷加載方法的試驗值，容易導致抗剪彈性模量試驗結果不合格。在橡膠支座抗剪彈性模量試驗檢測試驗前，檢測人員應該對橡膠支座樣品表面進行清潔處理，以保證橡膠支座樣品無油漬；對檢測儀器設備的上下承載板的摩擦槽和剪切板摩擦槽進行清理干凈，避免試驗檢測時，出現試驗打滑，造成橡膠支座樣品表面破壞和對抗剪彈性模量試驗結果造成重要影響和試驗結果失真。試驗時，必須使橡膠支座樣品和中間鋼拉板的對稱軸和試驗機承載板中心軸處在同一垂直面上，且調整試驗機的剪切試驗機構，使水平油缸、負荷傳感器的軸線和中間鋼拉板的對稱軸重合，保證在整個試驗過程中，橡膠支座樣品都是垂直方向上軸心受壓及水平方向上軸心受剪。若試驗過程中，橡膠支座樣品垂直方向上偏心受壓和水平方向上偏心受剪，都會使抗剪彈性模量試驗結果造成重要的影響，會使試驗結果失真。所以，橡膠支座抗剪彈性模量檢測時，檢測人員必須嚴格按照交通部行業標準《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）中標準試驗方法及規范操作試驗步驟進行試驗檢測。

結語

抗剪彈性模量作為板式橡膠支座的一項重要力學性能指標之一，在一定程度上反映了板式橡膠支座的質量。由于板式橡膠支座安裝在橋梁結構上以后，更換的成本和技術難度相當大。為此，嚴格控制好板式橡膠支座的質量顯得很重要。必須嚴格控制好板式橡膠支座的原材料，保證橡膠有足夠的含膠量和保證加勁鋼板的尺寸與厚度；嚴格在生產線上控制好板式橡膠支座的生產工藝。還有，公路橋梁板式橡膠支座抗剪彈性模量的試驗方法必須嚴格遵照交通部行業標準《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4—2004）中的規范要求，檢測人員應該盡量減少各種試驗誤差。

參考文獻：

[1]《公路橋梁板式橡膠支座》（JT/T4- 2004）

[2]褚夫強，王勇。板式橡膠支座質量不合格影響因素分析。[B].世界橡膠工業，2009，36（11）：35-37。