板式橡胶支座新型构造

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摘要: 本文介绍了改进后能提高抗剪弹性模量的异型板式橡胶支座,并在此基础上提出新型支座。改变加劲钢板的结构形式,可以改变橡胶片在支座中的受力特点,使它由单一受剪变为压剪组合受力,提高支座的横向抗剪弹性模量,从而提高板式橡胶支座的抗横移性能。

Abstract: This article describes the improved shear modulus can increase the profiled rubber bearing, and puts forward a new bearing. Changing stiffened plate structure, can change the rubber sheets in force in the bearing characteristics, shear it into a single combination of pressure and shear stress, and improve bearing horizontal shear modulus, thereby enhancing the laminated rubber support block anti-sliding performance.

关键词: 板式橡胶支座;异型钢板;抗横移性能

Key words: plate rubber bearing;shaped steel;anti-sliding properties

0引言

列车的提速,对桥梁支座的要求越来越高。列车高速地行驶,不仅在起步时产生较大的前进冲击力,对桥梁支座的回弹变形能力是个很大的挑战;而且在匀速行驶时,支座的横向抗剪弹性模量亟需提高。现有板式橡胶支座横向抗剪弹性模量普遍过小,对梁体在列车,尤其是机车或重载列车在横向力作用下发生水平剪切提供的约束较小,致使梁体发生过大的横向位移[1]。桥梁的横向的位移会影响到行车的安全和桥梁的使用寿命。在保持现有普通板式橡胶支座平面尺寸下,通过改变支座内部加劲钢板的形状及尺寸,加工成异型板以提高支座的横向抗剪弹性模量是一种很好的办法,但是在评价异型橡胶支座力学性能方面,目前我国主要还停留在试验方法上;而试验无法得出橡胶支座在受力过程中的传力性能机理以及支座内部的应力应变情况,从而大大限制了抗横移板式橡胶支座的进一步研究。近年来,已有学者利用有限元法探讨过抗横向板式橡胶支座抗剪弹性模量[2]。

1板式橡胶支座的结构及性能

桥梁板式橡胶支座是由多层橡胶片与薄钢板硫化、粘合而成,它有足够的竖向钢度,能将上部构造的反力可靠的传递给墩台;有良好的弹性,以适应梁端的转动,又有较大的剪切变形能力,以满足上部构造的水平位移。

在上述的板式橡胶支座表面粘附一层1.5mm～3mm厚的聚四氟乙烯板,就能制作成聚四氟乙烯滑板式橡胶支座(如图1所示)。它除了具有较好的竖向刚度与弹性变形能力,能承受垂直荷载及适应梁端转动外,因聚四氟乙烯板的低摩擦系数,可使梁端在四氟板表面自由滑动,水平位移不受限制,特别适宜中、小荷载,大位移量的桥梁使用。

板式橡胶支座不仅技术性能优良,还具有构造简单、价格低廉、无需养护、易于更换缓冲隔震、建筑高度低等特点,因而在桥梁界颇受欢迎,被广泛使用。

2三种支座的试验数值模拟分析

在文献[3]中,新型抗横移板式橡胶支座采用天然橡胶和A3钢制成,五种异型支座的平面尺寸与普通板式橡胶支座(见图2)相同,均为150mm(纵向)×300mm(横向),内部单层橡胶厚为5mm,上下保护层橡胶厚2.5mm,四周保护层橡胶厚为5mm。橡胶的总厚度为20mm(3×5+2×2.5)。异型支座(见图3)和普通支座结构尺寸见表1,从表1可见,通过改变加劲钢板折起坡度和长度来改变其力学性能。

试样的实测抗剪弹性模量[4]按下列公式计算:

G=(1)

γ=t(2)

式中,G――试样的实测抗剪弹性模量,MPa;

τ,γ――第1.0MPa级试验荷载下的剪应力和累计剪切应变值,MPa;

τ,γ――第0.3MPa级试验荷载下的剪应力和累计剪切应变值,MPa;

――某级水平荷载下位移传感器所测得的试样累计水平变形值,mm;

t ――试样橡胶层的总厚度,mm。

运用式(2)便可计算出在1.0、0.3级试验荷载下的剪应变值。普通支座(T0),异型支座(T1),新型支座(T2)的剪应力、剪应变如表2所示。

由于T0、T1和T2三种支座的橡胶片在纵向投影面积相差不大,所以三者在纵向的最大水平位移非常接近;由于异型钢板的作用,T1和T2在横向的最大水平位移大大小于T0,不到T0的1/2。

利用有限元法计算得出数值模拟值,并与文献[1]中三种支座的试验值进行比较,见表3所示:

从上表可以看出:板式橡胶支座抗剪弹性模量数值分析结果与试验值吻合良好。T1和T2的纵向抗剪弹性模量B与T0的相差不大,说明异型支座的结构形式对支座纵向抗剪弹性模量很小;T1的横向抗剪弹性模量A是T0的两倍多,而T2的横向抗剪弹性模量A又是T1的1.5倍之多,说明异型支座、新型支座的横向抗剪弹性模量与普通支座相比均有了明显地提高,而且新型支座在三者之间明显有其优越性,这正是我们所需要。

3结论及展望

针对上述三种支座,得出以下结论:

合理改变普通板式橡胶支座加劲钢板的结构形式(加劲钢板的坡度、折起长度),可以增加其横向刚度,从而提高支座的抗横移性能,增加桥梁的整体刚度。

现从加工工艺、受力情况、使用性能三个方面对图3、图4两种不同的加劲钢板形式进行比较:

①图3的钢板转折处相对图4来说较多,加工起来不甚方便,而图4所示钢板可直接在有一定弧度的弯折器(由一定半径的圆柱混凝土体构成)上解决。

②图3的钢板在转折处会出现应力集中等不利影响,而图4的钢板则不会。

③从数值模拟可以看出,相对于图3异型支座来说,图4所示的新型支座的抗横移性能更好。

内部钢板也可改变成图5所示的波纹状加劲钢板,因为其收缩性可能比弧形板的更强,抗侧移能力或许也好些,不过具体情况还有待进一步研究。

参考文献:

[1]王悦春.铁路桥梁抗横移板式橡胶支座的设计[J].铁道建筑,2003,(3):7-9.

[2]周楚舜.抗横移板式橡胶支座抗剪弹性模量的数值试验分析.工程与试验,2008.

[3]臧晓秋.新型抗横移板式橡胶支座[J].铁道建筑,2004,(7):12-14.

[4]叶蔚嫦.桥梁板式橡胶支座剪切模量检测方法研究及抗压弹性模量测试系统刚度分析[FD].浙江:浙江工业大学,2004

[5]黄跃平.我国公路桥梁板式橡胶支座标准的现状[J].中国橡胶,2007,22(19):20-22.