關于JT/T4-2019《公路橋梁板式橡膠支座》標準中抗壓彈性模量計算系數的探討

張紅永，趙貴英，谷立寧，龐二紅，常廣忠

(衡橡科技股份有限公司，河北 衡水 053000）

1 引言

JT/T4—2019《公路橋梁板式橡膠支座》標準對支座抗壓彈性模量標準值給出了E=5.4GS2的計算公式［1］，并且允許實測值E1在此標準值基礎上有正負20%的偏差，公式中的G是抗剪彈性模量標準值，標準規定取1 MPa，S為形狀系數，標準中對矩形和圓形支座分別給出了計算公式。在抗壓彈性模量標準值這個公式中有一個計算系數：5.4，這是一個通過樣本數據進行回歸方程計算得到的數值，此文就是對它的取值進行驗證和研討。

1988年我國制定了《公路橋梁板式橡膠支座技術條件》（JT 3132.2-88）［2］, 這是我國關于此類產品的第一個標準，在此標準中抗壓彈性模量標準值的計算 公 式 為：E=53×S-41.8；于1993年9月1日 實 施的JT/T4-1993標準，規定抗壓彈性模量標準值計算公式為E=66S-162；2004年至今采用的抗壓彈性模量標準值計算公式一直為E=5.4G×S2。由此可以看出，抗壓彈性模量標準值的計算公式是不斷變化的。

近年來，對于板式橡膠支座抗壓彈性模量的控制有些不同的觀點：在GB/T 20688.4-2007中規定實測抗壓彈性模量允許偏差為±30%；在EN 1337-3:2005《結構支座-第三部分：橡膠支座》標準中要求［3］：應力應變曲線的斜率不應呈現出一個最大或者最小的高于最大設計荷載的值，不能出現開裂、錯位或黏接破壞；在A ASHTOM-2015-06(2011)美國標標準中對抗壓彈性模量未作規定。

下面的試驗數據是某公司近兩年來的板式橡膠支座實測抗壓彈性模量數據（不完全統計），這些數據的樣本不是特意加工的，在加工過程中制造商盡力選擇了合適的橡膠配方，以靠近JT/T4—2019標準規定的抗壓彈性模量標準值，以提高力學性能合格率。

2 試驗驗證情況

2.1 試驗設備

名稱：微機控制電液伺服壓剪試驗機， 型號：YJW-5000，參數：最大試驗壓力：5 000 kN，摩擦、剪切力：1 000 kN，摩擦力：300 kN，精度1%，制造商：上海華龍測試儀器有限公司，精度：1級。

2.2 試驗方案

將支座如下圖1所示放置在試驗機上，按照JT/T4-2019附錄A的規定對支座施加豎向力，取得豎向變形，并且按照A.4.1.2的公式計算實測抗壓彈性模量（E1）結果。再按照附錄A抗剪彈性模量試驗方法進行試驗，取得抗剪彈性模量實測值（G1）。

圖1 板式橡膠支座進行抗壓彈性模量試驗圖片

2.3 試驗數據

2.4 試驗數據分析

（1） 從上述數據可以看出，抗壓彈性模量計算系數5.4是不斷變化的，并不是一個定值，經過上表的實測數據反推得到5.54的平均值，當然這只是一家制造商的試驗數據。

（2）抗壓彈性模量計算系數5.4有隨著形狀系數變大而不斷變小的趨勢。

（3）對于形狀系數較小的規格，比如S≤7.5的規格，存在實測抗壓彈性模量偏高，甚至超過20%允差的情況；抗壓彈性模量和抗剪彈性量兩項實測數據偏差的交集達不到抗剪彈性模量允許的偏差±15%，也就是說此范圍內的板式橡膠支座力學性能檢驗合格率降低了。

表1 JT/T4-2019標準規格系列支座試驗數據統計計算表

續表

續表

（4）形狀系數S在8～10范圍內的板式橡膠支座，抗壓彈性模量和抗剪彈性模量兩項數據的實測偏差的交集在擴大，對于S=9.5，直徑200×42的支座，豎向和水平彈性模量相對偏差降低到了5%，也就是說：這種規格的支座進行力學性能檢測它的合格率是相對較高的。

（5） 形狀系數S＞10的支座，抗壓彈性模量標準值相對較高，實測值負偏差變小，抗剪彈性模量開始在正偏差，豎向和水平彈性模量允許偏差的交集又開始變小了，支座的力學性能合格率降低了。

3 試驗結論

（1）抗壓彈性模量標準值計算系數5.4不夠合理，它是一個和形狀系數相關的一個變量。

（2）板式橡膠支座各規格的支座抗壓彈性模量和抗剪彈性模量允許偏差的交集達不到±15%（±15%是JT/T4-2019標準抗剪彈性模量的允許偏差），形狀系數較低和較高的支座交集更小，所以實測時保抗壓和抗剪兩項力學性能合格是有一定難度的。

（3）不同規格的板式支座的抗壓彈性模量應該越接近越均勻越好，這樣使用起來更不易產生應力集中，因為形狀系數的大小直接決定了抗壓彈性模量標準值的高低（E=5.4G×S2G=1）,因此應該縮小形狀系數的差距，最好控制在9～11的范圍內，這就要根據支座的平面尺寸反推中間橡膠層。

（4）支座的內部結構即鋼板層層數和中間橡膠層可以不作統一規定，由各制造商根據自己的配方，在保證抗剪彈性模量合格的前提下自行計算確定，只要保證批量產品的抗壓彈性模量相對偏差不大于某一允許偏差即可，這樣就可以保證支座在橋梁安裝使用過程中承載和變形能力相對均衡，不發生偏載。