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臺灣橋梁盆式橡膠支座試驗分析

對盆式橡膠支座的豎向變形試驗方法、荷載與變形的曲線關系、殘余變形測試以及試驗加載速率等進行了試驗研究，通過對大量試驗結果的分析，對盆式橡膠支座的試驗提出了一些意見和建議，以期提高盆式橡膠支座檢測的準確性。盆式橡膠支座是新時代發展較快的一種新型橋梁支座，以其諸多的優點廣泛應用于公路、鐵路橋梁建設中。本文結合筆者多年室內試驗經驗，分析了橋梁盆式橡膠支座的實驗過程，通過總結和探討大量的試驗結果，提出了一些個人的見解，供類似研究參考.

隨著我國城市基礎設施建設步伐的加快，大跨徑橋梁工程數量日益增加，對橡膠支座的要求也越來越高。傳統的板式橡膠支座由于具有一定的缺陷性，已無法滿足當前橋梁建設的需要。盆式橡膠支座作為一種新型的橋梁支座，具有結構合理、承載力大、轉動靈活、制造方便、造價低和緩沖性能好等優點，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中得到廣泛的應用。但盆式橡膠支座的發展應用仍處于起步階段，有必要加強橋梁盆式橡膠支座的試驗分析。根據相關規定，盆式橡膠支座的試驗內容應包括：荷載作用下的支座豎向壓縮變形、盆環徑向變形、殘余變形和試驗摩阻系數的測定。本文通過分析橋梁盆式橡膠支座的試驗過程，希望對往后的研究工作有所幫助。
　　1.豎向壓縮的試驗方法
　　行標要求加載試驗前需對試驗支座預壓三次，試驗時檢驗荷載以10個相等的增量加載，然后逐級加載至檢驗荷載后，卸載至初始壓力，此時一個加載程序完畢，一塊支座需往復加載三次，按照這樣的規定，一塊支座需要3h～4h，耗時長。筆者通過對大量支座的三次加載豎向壓縮值進行分析，由于橡膠塊彈粘性體的特性，發現三次的豎向壓縮值基本接近，有呈逐漸變小趨勢，且三次的平均值與采用第一次結果計算的豎向變形相差在0.1%以內，結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，用一次的結果來代替三年次的平均值。三次的結果及趨勢如表1，圖1所示。
　　表1 盆式橡膠支座豎向壓縮變形三次結果比較
　　圖1 豎向變形三次結果趨勢圖
　　2.荷載——變形曲線的關系
　　行標要求，實測荷載）豎向壓縮變形曲線或荷載）盆環徑向變形曲線應成線性關系，如成非線性關系，則該支座為不合格，因此屬于線性粘彈性體，而其中對線性關系的相關系數則沒有進行明確的規定，實際工作中較難把握。從大量試驗來看，盆式橡膠支座荷載）變形曲線相關性較強，一般在0.980左右，因此應當對線性關系的相關系數進行明確，可以定為相關系數不小于0.95，以便于檢測控制。支座豎向壓縮變形相關性如表2所示。
　　表2 盆式支座豎向壓縮變形線性相關性
　　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生，在一定溫度和應力作用下，橡膠發生蠕變，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從而留下不可恢復的永久變形。殘余變形的試驗存在如下問題值得探討。
　　3.1 加載次數對殘余變形的影響
　　由于盆式支座加載前需預壓三次，后按程序分級加載到檢驗荷載后，卸載至初始壓力，測定殘余變形，一個支座需往復加載三次。盆式支座的殘余變形主要由其中橡膠板的蠕變產生，殘余變形由于預壓次數的增加，變形值逐漸變小直至趨于穩定。因此，預壓和加載的次數對殘余變形值有較大的影響。不同加載次數時的殘余變形值如表3所示。
　　表3 不同加載次數時的殘余變形 %
　　3.2 殘余變形的取值
　　由于殘余變形要加載三次，而行標中對于殘余變形的取值未作明確規定，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場盆式支座長期受壓的實際特性，筆者認為取三次殘余變形之和更為合理。在實際工作中，三次殘余變形值之和超過總變形量5%的比例還是比較多的。
　　3.3 對于殘余變形超過總變形量5%的情況
　　行標中規定，如殘余變形超過總變形量的5%，則重復試驗，若殘余變形不消失或有增長趨勢，則認為該支座不合格，筆者根據大量試驗結果認為，由于橡膠體的殘余變形值需要隨著試驗次數的增加，逐漸趨小直至穩定，而達到穩定的加載次數一般需要六次左右，因此如果前三年次的殘余變形超過總變形量5%，則第四次試驗一般仍然存在殘余變形，仍為不合格，無需再進行試驗。殘余變形隨著試驗次數增加的發展趨勢如表4所示。
　　表4 不同加載次數時的殘余變形 mm
　　3.4 檢驗荷載
　　行標中要求在豎向設計荷載作用下，支座殘余變形不得超過總變形量的5%，而行標殘余變形的檢驗荷載卻是支座設計承載力的1.5倍，并不是在設計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，也就是說不可恢復變形與應力、時間成正比，與橡膠的本體粘度成反比，因此由于檢驗荷載的取值不同，所測得的殘余變形也不盡相同，行標中用1.5倍設計荷載情況下的殘余變形代替設計荷載下的殘余變形是不準確的。
　　4.試驗的加載速率
　　由于橡膠體屬于高聚物，高聚物的力學性能與溫度和力的作用速率有關，而行標中用正常形變速率下測試數據代替現場受梁板瞬間持久力作用的場合下，對于檢測數據的準確性還值得研究。
　　5.結語
　　橋梁盆式橡膠支座具有承載力高、耐磨性強、抗震減震效果好的特點，是我國橋梁建設中優先選擇的支座，對促進我國的橋梁建設具有重要意義。加強橋梁盆式橡膠支座試驗過程的研究力度，能夠進一步完善支座的檢測技術和檢測方法，同時提高盆式橡膠支座檢測準確性，為控制和保證我國橋梁支座的產品質量提高保障。

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