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臺(tái)灣橋梁盆式橡膠支座試驗(yàn)分析
對(duì)盆式橡膠支座的豎向變形試驗(yàn)方法、荷載與變形的曲線關(guān)系、殘余變形測(cè)試以及試驗(yàn)加載速率等進(jìn)行了試驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)大量試驗(yàn)結(jié)果的分析，對(duì)盆式橡膠支座的試驗(yàn)提出了一些意見(jiàn)和建議，以期提高盆式橡膠支座檢測(cè)的準(zhǔn)確性。盆式橡膠支座是新時(shí)代發(fā)展較快的一種新型橋梁支座，以其諸多的優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于公路、鐵路橋梁建設(shè)中。本文結(jié)合筆者多年室內(nèi)試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，分析了橋梁盆式橡膠支座的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，通過(guò)總結(jié)和探討大量的試驗(yàn)結(jié)果，提出了一些個(gè)人的見(jiàn)解，供類似研究參考.
隨著我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)步伐的加快，大跨徑橋梁工程數(shù)量日益增加，對(duì)橡膠支座的要求也越來(lái)越高。傳統(tǒng)的板式橡膠支座由于具有一定的缺陷性，已無(wú)法滿足當(dāng)前橋梁建設(shè)的需要。盆式橡膠支座作為一種新型的橋梁支座，具有結(jié)構(gòu)合理、承載力大、轉(zhuǎn)動(dòng)靈活、制造方便、造價(jià)低和緩沖性能好等優(yōu)點(diǎn)，是一種適宜于大跨度橋梁使用的較理想的支座，目前在城市橋梁建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。但盆式橡膠支座的發(fā)展應(yīng)用仍處于起步階段，有必要加強(qiáng)橋梁盆式橡膠支座的試驗(yàn)分析。根據(jù)相關(guān)規(guī)定，盆式橡膠支座的試驗(yàn)內(nèi)容應(yīng)包括：荷載作用下的支座豎向壓縮變形、盆環(huán)徑向變形、殘余變形和試驗(yàn)?zāi)ψ柘禂?shù)的測(cè)定。本文通過(guò)分析橋梁盆式橡膠支座的試驗(yàn)過(guò)程，希望對(duì)往后的研究工作有所幫助。1.豎向壓縮的試驗(yàn)方法
行標(biāo)要求加載試驗(yàn)前需對(duì)試驗(yàn)支座預(yù)壓三次，試驗(yàn)時(shí)檢驗(yàn)荷載以10個(gè)相等的增量加載，然后逐級(jí)加載至檢驗(yàn)荷載后，卸載至初始?jí)毫�，此時(shí)一個(gè)加載程序完畢，一塊支座需往復(fù)加載三次，按照這樣的規(guī)定，一塊支座需要3h～4h，耗時(shí)長(zhǎng)。筆者通過(guò)對(duì)大量支座的三次加載豎向壓縮值進(jìn)行分析，由于橡膠塊彈粘性體的特性，發(fā)現(xiàn)三次的豎向壓縮值基本接近，有呈逐漸變小趨勢(shì)，且三次的平均值與采用第一次結(jié)果計(jì)算的豎向變形相差在0.1%以內(nèi)，結(jié)果完全可以滿足要求。因此，三次加載完全可以減少為加載一次，用一次的結(jié)果來(lái)代替三年次的平均值。三次的結(jié)果及趨勢(shì)如表1，圖1所示。
表1 盆式橡膠支座豎向壓縮變形三次結(jié)果比較
圖1 豎向變形三次結(jié)果趨勢(shì)圖
2.荷載——變形曲線的關(guān)系
行標(biāo)要求，實(shí)測(cè)荷載）豎向壓縮變形曲線或荷載）盆環(huán)徑向變形曲線應(yīng)成線性關(guān)系，如成非線性關(guān)系，則該支座為不合格，因此屬于線性粘彈性體，而其中對(duì)線性關(guān)系的相關(guān)系數(shù)則沒(méi)有進(jìn)行明確的規(guī)定，實(shí)際工作中較難把握。從大量試驗(yàn)來(lái)看，盆式橡膠支座荷載）變形曲線相關(guān)性較強(qiáng)，一般在0.980左右，因此應(yīng)當(dāng)對(duì)線性關(guān)系的相關(guān)系數(shù)進(jìn)行明確，可以定為相關(guān)系數(shù)不小于0.95，以便于檢測(cè)控制。支座豎向壓縮變形相關(guān)性如表2所示。
表2 盆式支座豎向壓縮變形線性相關(guān)性
3.殘余變形
盆式橡膠支座的殘余變形主要由其中橡膠板的粘彈行為產(chǎn)生，在一定溫度和應(yīng)力作用下，橡膠發(fā)生蠕變，在外力除去后，除去普彈性和高彈性部分，由于橡膠的粘性流動(dòng)從而留下不可恢復(fù)的永久變形。殘余變形的試驗(yàn)存在如下問(wèn)題值得探討。
3.1 加載次數(shù)對(duì)殘余變形的影響
由于盆式支座加載前需預(yù)壓三次，后按程序分級(jí)加載到檢驗(yàn)荷載后，卸載至初始?jí)毫�，測(cè)定殘余變形，一個(gè)支座需往復(fù)加載三次。盆式支座的殘余變形主要由其中橡膠板的蠕變產(chǎn)生，殘余變形由于預(yù)壓次數(shù)的增加，變形值逐漸變小直至趨于穩(wěn)定。因此，預(yù)壓和加載的次數(shù)對(duì)殘余變形值有較大的影響。不同加載次數(shù)時(shí)的殘余變形值如表3所示。
表3 不同加載次數(shù)時(shí)的殘余變形 %
3.2 殘余變形的取值
由于殘余變形要加載三次，而行標(biāo)中對(duì)于殘余變形的取值未作明確規(guī)定，一些單位的做法是取三年次的最大值，然而按照殘余變形的定義以及現(xiàn)場(chǎng)盆式支座長(zhǎng)期受壓的實(shí)際特性，筆者認(rèn)為取三次殘余變形之和更為合理。在實(shí)際工作中，三次殘余變形值之和超過(guò)總變形量5%的比例還是比較多的。
3.3 對(duì)于殘余變形超過(guò)總變形量5%的情況
行標(biāo)中規(guī)定，如殘余變形超過(guò)總變形量的5%，則重復(fù)試驗(yàn)，若殘余變形不消失或有增長(zhǎng)趨勢(shì)，則認(rèn)為該支座不合格，筆者根據(jù)大量試驗(yàn)結(jié)果認(rèn)為，由于橡膠體的殘余變形值需要隨著試驗(yàn)次數(shù)的增加，逐漸趨小直至穩(wěn)定，而達(dá)到穩(wěn)定的加載次數(shù)一般需要六次左右，因此如果前三年次的殘余變形超過(guò)總變形量5%，則第四次試驗(yàn)一般仍然存在殘余變形，仍為不合格，無(wú)需再進(jìn)行試驗(yàn)。殘余變形隨著試驗(yàn)次數(shù)增加的發(fā)展趨勢(shì)如表4所示。
表4 不同加載次數(shù)時(shí)的殘余變形 mm
3.4 檢驗(yàn)荷載
行標(biāo)中要求在豎向設(shè)計(jì)荷載作用下，支座殘余變形不得超過(guò)總變形量的5%，而行標(biāo)殘余變形的檢驗(yàn)荷載卻是支座設(shè)計(jì)承載力的1.5倍，并不是在設(shè)計(jì)荷載情況下的殘余變形值。由于橡膠高聚物屬于粘彈性體，粘性流動(dòng)，也就是說(shuō)不可恢復(fù)變形與應(yīng)力、時(shí)間成正比，與橡膠的本體粘度成反比，因此由于檢驗(yàn)荷載的取值不同，所測(cè)得的殘余變形也不盡相同，行標(biāo)中用1.5倍設(shè)計(jì)荷載情況下的殘余變形代替設(shè)計(jì)荷載下的殘余變形是不準(zhǔn)確的。
4.試驗(yàn)的加載速率
由于橡膠體屬于高聚物，高聚物的力學(xué)性能與溫度和力的作用速率有關(guān)，而行標(biāo)中用正常形變速率下測(cè)試數(shù)據(jù)代替現(xiàn)場(chǎng)受梁板瞬間持久力作用的場(chǎng)合下，對(duì)于檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性還值得研究。
5.結(jié)語(yǔ)
橋梁盆式橡膠支座具有承載力高、耐磨性強(qiáng)、抗震減震效果好的特點(diǎn)，是我國(guó)橋梁建設(shè)中優(yōu)先選擇的支座，對(duì)促進(jìn)我國(guó)的橋梁建設(shè)具有重要意義。加強(qiáng)橋梁盆式橡膠支座試驗(yàn)過(guò)程的研究力度，能夠進(jìn)一步完善支座的檢測(cè)技術(shù)和檢測(cè)方法，同時(shí)提高盆式橡膠支座檢測(cè)準(zhǔn)確性，為控制和保證我國(guó)橋梁支座的產(chǎn)品質(zhì)量提高保障。
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