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GYZ300*55圆板式橡胶支座的设计及制造流程

GYZ300*55圆板式橡胶支座的典型代表试件建立FEA模型,针对橡胶支座中心加载和坡梁偏压加 载工况,进行了数值模拟分析,从有限元仿真分析的角度,定性地解释了圆板式橡胶支座的受力性能,以及利用 有限元数值分析手段定性分析橡胶支座性能的可行性。 关键词:圆板式橡胶支座;FEA模型;有限元仿真;性能 支座作为桥梁上下部结构的传力构件,在结构受力和耐久性上起着重要作用。然而,通过既有桥梁橡胶支座 的调查发现,虽然为适应桥梁的纵坡以及使支座均匀受力的要求,在主梁构造上采取设置楔形块的构造措施, 但橡胶支座还是有偏载和脱空现象,橡胶支座受力较大一侧橡胶外鼓,有些还伴有橡胶开裂。为此,有必要对橡胶支座 的工作性能进行研究。 在评价橡胶支座力学性能方面,目前我国采用的试验方法和项目是轴心抗压试验、剪 切试验和容许转角试验,试验方法的本身要求支座无脱空现象,无法得出支座在受力过程中的传力性能机理。 在这方面,计算机仿真技术为通过数值模拟揭示结构性能提供了很好的技术手段。

本文基于大型有限元软件 ANSYS,针对GYZ300*55圆板式橡胶支座在轴向受压和在坡梁作用状态下的性能做了有限元数值仿真分析,给出了圆板式橡胶支座在不同荷载工况下受力性能的定性评价。 GYZ300*55圆板式橡胶支座有限元分析模型的建立 仿真分 析的对象为GYZ200×28公路圆板式橡胶支座,支座的表层橡胶厚度为215mm;中间层橡胶厚度5mm,共3层;中间 层钢板厚度2mm,共4层。支座构造布置见图1所示。 橡胶支座是具有大变形特性的构件,在进行有限元数值模 拟中应注意以下几个问题。总体几何模型和单元类型的确定。 考虑到在轴心受压和在坡梁作用状态下圆板式 图1 圆板式橡胶支座构造布置 支座的几何形状和加载工况的对 称性,分别建立1�

支座模型进行分析。 橡胶采用HYPER58(3D)超弹性块单元,钢板用SOLID45(3D)块 单元,支座顶、 底面橡胶和试验用钢板之间分别用TARGE170(3D)单元和CON2TA173(3D)单元来模拟刚性目标 单元和橡胶柔性体表层的接触单元(面-面接触)。 (2)钢板材料属性的确定。 支座内钢板材料的应力-应变 本构关系采用经典的双线性描述,其线弹性段的弹性模量取为200GPa,泊松比为013,屈服应力为300MPa。 (3) 橡胶材料常数的选定。 支座内的橡胶确定为超弹性材料(有限元程序中假定超弹性材料为各向同性、 不可压缩或几乎不可压缩),其应力-应变本构关系可由橡胶材料的实验数据(如单轴拉压试验、双轴拉压试验和剪切试验数据) 并通过Mooney-Rivlin常数定义材料的应变能密度而加以拟合确定,拟合曲线与真实值间的精度决定于参数的 多少。

GYZ300*55圆板式橡胶支座的顶、底面和试验用承载板之间的接触问题。 为揭示支座在坡梁作用下的变形历程,以及 支座顶、底面的承压分布状况,必须考虑支座与梁底、墩顶间的接触问题,这是类似构件数值分析的重点和难 点。接触问题是一种高度非线性行为,需要较多的计算机资源和反复的迭代试算过程。本文采用刚体-柔体接 触类型,面-面接触方式。由覆盖在FEA模型接触面之上的一层表面单元构成接触单元(CONTA173),与“目标” 面(TARGE170)形成 接触对,接触对之间的接触刚度对问题分析的收敛 性有影响。

另外,分析中假定“目标” 面与“接触”面一旦接触就为粗糙接触,即两面间模拟为无滑动的、表面相当粗糙的摩擦接触问题。目标面 的几何位置根据2%和4%的坡度确定。 (5)橡胶支座的内部橡胶和内部钢板之间的接触问题。 考虑到实际情 况,橡胶支座的内部橡胶和内部钢板之间,无论在制作过程中,还是在实际使用中,都是始终紧密地约束在一起 的。并且试验结果也验证了橡胶支座内部的钢板与橡胶间较少产生剥离现象。故为了简化FEA模型,合并橡胶 支座内部橡胶和钢板之间的节点。