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橡胶支座施工单位在安装抗震盆式橡胶支座时注意事项

橡胶支座施工单位

公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响。为了研究公路桥梁板式氯丁橡胶支座在热老化条件下的各项力学性能指标变化,将氯丁橡胶支座在高温试验箱中进行热老化处理20、40、60、 80d,并采用压力试验机对其进行轴心受压试验。研究热老化对氯丁橡胶支座的承载力、极限抗压强度 、竖向刚度、抗压弹性模量的影响。试验结果表明,在热老化条件下,氯丁橡胶支座更易发生脆性破 坏,弹性阶段缩短,发生钢板外露、裂缝、层状破坏等现象更严重;承载力、极限抗压强度、竖向刚 度、抗压弹性模量随热老化程度的加深而逐渐降低;采用最小二乘法对50年抗压强度及抗压弹性模量

进行分析,衰减函数和衰减曲线基本符合幂函数变化规律。关键词:氯丁橡胶支座;热老化;轴心受 压试验;极限抗压强度 表3 氯丁橡胶支座尺寸变化 Tab.3 Changewithsizesofplainchloroprenerubberbearings 试件序号 试件编号 冻融循环前尺寸/mm 冻融循环后尺寸/mm 1GJZ200×300×41(CR)ZYBZ01200×301× 41—2GJZ200×300×41(CR)ZYRF20200×300×40199×300×403GJZ200×300×41(CR)ZYRF40199× 300×42198×299×414GJZ200×300×41(CR)ZYRF60200×300×42199×299×415 GJZ200×300×41 (CR )ZYRF80 200×300×40 199×299× 41 图3 轴心受压前氯丁橡胶支座状态 Fig.3 Plainchloroprenerubberbearingstatebeforeaxisofcompression 2 轴心受压试验 2.1 试验装置及 测点布置

在沈阳建筑大学进行氯丁橡胶支座的轴心受压试验,试验装置采用5000kN压力试验机,如图 4所示 。 图4试验装置Fig.4 Testequipment 根据试验所测数据要求,受压试件贴有12个应 变片, 6个竖 向,6个横向;采用6个位移计测量水平及竖向位移。测点布置图如图5所示,Y代表应变片, W代表位 移计 。图5 测点布置图 Fig.5 Measuring-pointarrangement 2.2加载方案 对氯丁橡胶支座进行轴心受 压试验,采用分级 加载方式,为使试验结果更准确,正式加载前进行预压。预压时进行物理对中与几 何对中,检测各测点的稳定性,其数值应基本一致,偏差控制在15%以内 [14] 。

预压后进行正式加 载,加载过程详见《公路桥梁板式橡胶支座》 (JT/T4—2004)[14]。加载过程持续到出现极限荷 载,承载力下降,试件破坏为止。2.3 试验现象 对氯丁橡胶支座进行轴心受压试验时,观察试验现 象。在弹性阶段,逐级增加竖向荷载,未达到开 2 4四川大学学报(工程科学版)第44 卷裂荷载时,水平和竖向位移随荷载增加而增加,且与荷载的增加基本呈线性关系, 此时观察试件表面 ,并未产生裂缝,外观变化较小;继续加载,达到开裂荷 载时, 试件边缘钢板与橡胶粘合处出现细 微裂缝,此时荷载稍微有停滞状态,但很快恢复,而后继续增加荷载,水平位移急剧增加,竖向位移 变化较慢,裂缝变宽、变长,试件边缘开始产生凸出现象;当快达到破坏荷载时,水平位移及竖向位 移增加较小;达到破 坏荷载, 承载力陡然下降,迅速减小,水平位移及竖向位移不再增加, 裂缝达 到最大,试件破坏。破坏位置主要是橡胶与钢板的粘合处,钢板与橡胶产生脱 离, 出现层状破坏。 从各组试件的破坏现象观察,标准试件的弹性阶段最长,极限承载力最大;经热老化处理的试件,随 热老化天数的增加,热老化程度的加深,弹性阶段缩短,极限承载力减小,试件裂缝较多、较大,破坏严重。

图6为试件的破坏形态 。 图6 氯丁橡胶支座破坏形态 Fig.6 Failuremodesofplainchloroprenerubberbearings 3试验结果 及数据分析 不同热老化程度对桥梁板式氯丁橡胶支座的各 项指标都有一定程度的影响,表4为氯丁橡 胶支座的各项指标对比。 表4 氯丁橡胶支座各项指标对比 Tab.4 Indexcomparisonofplainchloroprenerubberbearings 试件编号 极限承载力/ kN极限抗压强度/MPa极 限抗压强度下位移 /mm竖向纵向水平横向水平压应力70MPa下位移 /mm竖向纵向水平横向水平GJZ200×300×41(CR)ZYBZ014571.5176.197.2411.419.436.399. 087.35GJZ200×300×41(CR)ZYRF203454.2557.574.154.975.395.658.348.56GJZ200×300 ×41(CR)ZYRF403192.3053.213.283.602.594.698.305.31GJZ200×300×41(CR) ZYRF602892.7648.212.692.581.255.087.434.38GJZ200×300×41(CR)ZYRF80 2665.40 44 .42 2.50 1.38 1.59 4.81 5.12 3.92 3 4第6期张延年,等:热老化条件下公路桥梁板式氯丁橡胶支座受压试验 3.1 热老化对承载力的影响 热老化对氯丁橡胶支座的承载力影响较大。图7给出了氯丁橡胶支座极限 承载力与热老化天数关 系的变化曲线。从表4及图7看出, 标准试件极限承载力最大, 热老化处理的 试件的极限承载力随处理天数的增加、老化程度的加深而减小,同时,热老化处理试件的位移均小于 标准试件,但观察试验现象可看出,位移小的试件裂缝更长、更宽、破坏现象更严重。其中,热老化 80d的试件的位移最小,破坏现象最严重 。 图7 氯丁橡胶支座承载力变化曲线 Fig.7 Bearingcapacitychangeofplainchloroprenerubberbearing 3.2 热老化对极限抗压强度的影响

从表 4中数据看出, 5组试件中只有标准试件极限抗压强度超过70MPa,经处理的试件的极限抗压强度均低 于70MPa,且随着热老化程度的加深,极限抗压强度降低。将极限抗压强度下位移与压应力70MPa下位 移进行比较,除标准试件外,其他试件位移均小于压应力70MPa下的位移,这说明在压应力达到70MPa 时,试件已完全失去稳定性。

同时,比较经处理试件的位移,试件极限抗压强度及压应力70MPa下的位 移均随热老化程度的加深而减小, 这说明热老化使氯丁橡胶支座的耐久性变差。采用中国气象局国家 气象中心的“网上气候资料中心”中的数据,利用1971—2000年30a整编成果中各站点的月平均温度和 年平均温度资料,以及各站点的地理纬度、经度和海拔高度的资料,统计出中国东北、华北及西北地 区(除青海)的夏季平均气温大约为25℃左右;同时,在1996—2001年间,日本道路公团对第二东名 高速公路上使用的橡胶支座进行试验,得出大量橡胶支座经过60~80℃热劣化1200~2040h后的抗拉强 度、延伸率、抗剪模量等 推算相当于环境温度23℃100a的劣化状态[15] ;而 《橡胶工业手册》[ 1] 中认为温度每提高10℃,氯丁 橡胶寿命降低50%,而本试验的温度为70℃,将其 进行换算可得, 本试验的20、40、60、80d的热老化大约为实际的15、 30、45、60a的热老化情况,将极限抗压强度的 数据通过曲线拟合成50a氯丁橡胶支座的极限抗压强度, 采用最小二乘法进行处理,其拟合曲线如图8 所示 。

图8 极限抗压强度拟合曲线 Fig.8 Fittingcurveofultimatecompressivestrength 从试验数据的 变化趋势判断,极限抗压强度衰减曲线符合乘幂函数,采用最小二乘法进行计算,氯 丁橡胶支座的极 限抗压强度衰减模型为: y=96.389x-0.1839 (1) 式中, y为极限抗压强度,x为热老化年数。 将x=15,30,45,60代入式(1)中分别得y=58.58,51.56,47.86,45.40,与试验数据的比值平 均值为1,标准差为0.02,变异系数为0.02,结果表明公路桥梁板式氯丁橡胶支座的极限抗压强度的 衰减 模型拟合公式与实际情况符合较好。3.3 热老化对竖向刚度的影响 氯丁橡胶支座的竖向刚度受 热老化影响,由式(2)计算[16]其氯丁橡胶支座的实测竖向刚度: Kv= P2-P1Y2- Y1 (2) 式中, P1为第3次循环加载时的较小压力,P2为第3次循环加载时的较大压力, Y1为第3次 循环加载时的较小位移, Y2为第3次循环加载时的较大位移。图9为轴心受压试验中氯丁橡胶支座的荷 载与竖向刚度变化曲线,可以看出,竖向刚度变化受竖向荷载的影响较大,竖向刚度随竖向荷载的增 大而减小。同时,竖向刚度变化受热老化影响,经热老化处理试件的竖向刚度均小于标准试件。竖向 刚度减小,氯丁橡胶支座承受竖向荷载能力变差,公路桥梁结构整体失稳。3.4 热老化对抗压弹性模 量的影响 研究热老化对氯丁橡胶支座抗压弹性模量的影 响,选取y1-y12测点数值,由式(3)进行 计算[14] : 44四川大学学报(工程科学版)第44 卷 图9 荷载-竖向刚度曲线Fig.9 Load-verticalstiffnesscurveloops E1= σ10-σ4 ε10- ε4 (3) 式中:E1为试样实测的抗压弹性模量计算值,精确 至1MPa;σ4、 ε4为第4MPa级试验荷 载下的压应力和累计压缩应变值;σ10、ε10为第10MPa级试验荷载 下的压应力和累计压缩应变值。

表5中给出了热老化条件下氯丁橡胶支座的实测抗压弹性模量与厂家提供初始数值的对比,可以看出, 标准试件的抗压弹性模量与厂家提供数值基本一致。但随着热老化程度的加深,氯丁橡胶支座的抗压 弹性模量显著降低。 表5 氯丁橡胶支座的实测弹性模量对比 Tab.5 Measuredelasticmoduluscomparisonofplainchloroprenerubberbearings 试件编号 实测抗压弹性模 量/MPa厂家提供初始抗压弹性模量E /MPaGJZ200×300×41(CR )ZYBZ01292.42293GJZ200×300×41(CR)ZYRF20191.52293GJZ200×300×41(CR)ZYRF40172. 34293GJZ200×300×41(CR)ZYRF60152.66293GJZ200×300×41(CR )ZYRF80 140.41 293 采用最小二乘法,将氯丁橡胶支座的实测抗压弹性模量数据通过曲线拟合成 50a的抗压弹性模量。

从表5中数据变化趋势来看,抗压弹性模量符合乘幂函数,采用最小二乘法进行 计算,氯丁橡胶支座的抗压弹性模量衰减模型为: E=356.38x-0.2232 (4) 式中, E为抗压弹性 模量,x为热老化年数。将x=15,30,45,60代入式(4)中分别得E=194.72,166.81,152.38, 142.90,与试验数据的比值平均值为1,标准差为0.02,变异系数为0.02,结果表明公路桥梁板式 氯丁橡胶支座的抗压弹性模量衰 减模型拟合公式与实际符合较好。 4结论 1)经热老化处理的氯丁橡 胶支座的破坏情况 较标准试件严重,且随热老化程度加深,裂缝增大,钢板外露情况明显,层状破坏 严重。

氯丁橡胶支座标准试件的弹性阶段最长,随热老化程度的加深,试件的弹性阶段缩短,极 限承载力降低。 3)氯丁橡胶支座标准试件的极限抗压强度最大,且随热老化程度的加深,试件极限 抗压强度逐渐 降低, 采用最小二乘法对试验数据进行拟合,得出50年抗压强度的衰减曲线和衰减公 式符合实际情况。 4)氯丁橡胶支座的竖向刚度受热老化影响,经过热老化处理试件的竖向刚度低于 标准试件,但与极限抗压强度等相比并不明显。 5)热老化对氯丁橡胶支座的抗压弹性模量影响较大 ,标准试件的抗压弹性模量与厂家提供数值基本一致。随热老化程度的加深,试件的抗压弹性模量逐 渐降低,采用最小二乘法对试验数据进行拟合,得出50a抗压弹性模量的衰减曲线和衰减公式符合实际 情况。