工程
橡胶

我厂为南京长江第二大桥生产的特种盆式橡胶支座

特种盆式橡胶支座

我厂为南京长江第二大桥生产的特种盆式橡胶支座,国内盆式橡胶支座已在我国公路和铁路桥梁上广泛应用有近50年时间,衡水福瑞达工程橡胶有限公司近年来为南京长江第二大桥北汊桥采用了主跨165m的连续梁提供新型橡胶支座进行更换,其橡胶支座竖向反力达65000kN,该桥由交通部第一公路勘察设计院设计。为确保大吨位橡胶支座设计的可靠性,由交通部第一公路勘察设计院(简称公路一院)会同铁道部科学研究院铁道建筑研究所(简称铁科院铁建所)和中国路桥公司新津筑路机械厂(简称新津厂)共同开展65000kN抗压盆式橡胶支座的设计研究工作。 

第二大桥65000kN盆式橡胶支座设计技术要求 

南京长江第二大桥北汊主桥橡胶支座设计竖直反力为65000kN,其中恒载反力为59150kN,活载反力5850kN。 橡胶支座纵向水平力; 

(l)温度力十制动力1980kN,占设计竖向反力的3.05%; (2)这种GPZ公路桥梁盆式橡胶支座的技术设计用橡胶支座摩阻力为3980kN; 

(3)纵向地震水平力为7040kN,占设计竖向应力的10.83%。 橡胶支座纵向水平位移为±4O0mm。 橡胶支座设计最大转角为40'(0.0116rad)。 

二、橡胶支座研究方案确定  南京长江第二大

桥北汊主桥支应反力达65000kN,系目前国内反力最大的橡胶支座,作为盆式橡胶支座,国内已有大量且成熟的使用经验,支应最大应力已达45000kN(奉浦大桥),1995年8月欧洲标准化委员会第167技术委员会颁布了PrEN1337-5“盆式橡胶支座”标准,对盘式橡胶支座的设计、构造及性能测试作了更明确的规定。本次研究是根据国内盆式橡胶橡胶支座的使用经验,结合欧洲PrEN1337-5“盆式橡胶支座”标准,对盘式橡胶支座进行必要的补充研究,以确保南京长江第二大桥橡胶支座的可靠性。主要试验研究项目如下: l.模拟橡胶支座的抗压承载能力试验;  

2.按欧洲标准进行橡胶支座转动试验,测定紧箍圈及钢盆的磨损情况和承压橡胶板的工作状态。 
 
三、4700kN模拟橡胶支座的设计及其性能试验 1.模拟橡胶支座的设计 根据欧洲标准型式试验时QPZ盆式橡胶支座承压橡胶板的直径通常有φ450mm和φ600mm两种,鉴于我们的试验能力,采用φ450mm的承压橡胶板作为设计模拟橡胶支座的依据。 经对南京长江第二大桥65000kN橡胶支座初步设计,橡胶容许平均压应力为30MPa,钢盆盆环应力为102.29MPa,在保证模拟橡胶支座橡胶应力和盆环应力与实桥橡胶支座相同的条件下,设计出模拟橡胶支座如图1所示,此时模拟橡胶支座的设计承载力为4700kN,模拟橡胶支座采用了两层10mm*15mm的黄铜作为紧箍圈,盆环和盆塞之间的间隙为1±0.05mm。 

 2.4700kN模拟橡胶支座抗压试验 在将橡胶支座进行抗压试验之前,先按欧洲标准将橡胶支座的承压橡胶板放火热空气烘箱中,在70℃条件下,加热72h,取出后在空气中放置24h.使之冷却,然后在承压橡胶板表面涂以295硅脂,放人橡胶支座钢盆中,进行抗压试验。 抗压试验过程中,用百分表和千分表分别测定橡胶支座的垂直压缩变形和径向变形。在设计荷载下橡胶支座的垂直压缩变形分别为0.48mm和0.50mm,为橡胶支座总高的0.37%和0.38%,远小于 2%的限值。盆环的最大径向变形分别为0.023mm和0.026mm,为盆环口径的0.0051%和0.0058%,远小于0.05%的限值。符合现行交通部标准JT3141-90“公路桥梁盆式橡胶支座”的要求。橡胶支座的抗压弹性刚度分别为17321kN/mm和19048kN/mm。 抗压试验后的橡胶支座,经拆开检查,橡胶支座钢盆、紧箍圈和承压橡胶板完好无损。 3.4700kN盆式橡胶支座转动磨耗试验 

在1995年欧洲标准PrEN1337-5“盆式橡胶支座”中,规定将转动磨耗性能作为生产橡胶支座型式检验的一项指标。根据欧洲标准,盒式橡胶支座的紧箍圈拟采用黄钢圈、不锈钢圈、聚甲醛(POM)和填充聚四氟乙烯等材料。我国公路、铁路用盆式橡胶支座以往均采用钢环,由于钢制紧箍自其硬度和盆环内壁相当,在反复转动过程中可能造成对盆环内壁的磨耗,影  响对承压橡胶板的紧箍作用,此次南京长江第二大桥用橡胶支座拟参照欧洲标准采用黄铜紧箍圈。因此必须通过转动磨耗试验以检验黄铜紧箍圈、盆环和承压橡胶板的磨损情况,显示钢盆、钢塞和黄铜紧箍圈的密封状态以及黄铜紧箍因密封的适应性,以确保橡胶支座的使用性能。 (1)转动磨耗试验的方法 转动磨耗试验装置如图2所示。试验前应先将承压橡胶板在70℃热空气箱内放置72h,冷却后表面涂硅脂,放人钢盆内,通过一个反力架,由5000kN千斤顶对橡胶支座施加正压力4700kN,试验橡胶支座上、下各一个,中间设加载梁,在加载梁的一端用一台200kN的疲劳试验机,对橡胶支座施加反复转动力矩,使试验橡胶支座产生呈正弦波变化的±0.0035rad的转角,其转动频率为 0.5Hz。反复加载直到橡胶支座盆塞与盆环的相对运动距离累计达到2000m。在试验过程中连续记录转动力矩、转动角和临近黄铜紧箍圈处的钢盆温度。达到要求的磨耗次数后,取出试件,检查承压橡胶是否从钢盆中挤出,测量黄铜紧箍圈确定磨耗程度,并记录试验期间恢复力矩的上升值和钢盆温度的变化情况。 

(2)转动磨耗试验过程 试验过程中记录了200kN疲劳头的荷载变化情况,由此得出橡胶支座转角和转动力矩的相对关系如图3,图中Mθ为两个试验橡胶支座的转动力矩。由图3可见,θMθ关系不是纯线性的,而是形成一个滞回曲线,该曲线与欧洲标准的图示是一致的,滞回曲线表明橡胶支座的转动过程中存在转动阻尼。