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張家口橡膠支座超轉(zhuǎn)角的原因和控制措施
橡膠支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件。它必須具有足夠的承載能力,以保證安全可靠地傳遞支座反力。同時(shí),橡膠支座對(duì)橋梁變形的約束應(yīng)盡可能小,以便能夠讓梁體自由伸縮及轉(zhuǎn)動(dòng)。支座的轉(zhuǎn)動(dòng)必然引起支座的轉(zhuǎn)角,支座的實(shí)際轉(zhuǎn)角有2個(gè)方面,一是上部結(jié)構(gòu)彎曲變形,這只是支座轉(zhuǎn)角的一部分,是臨時(shí)作用在支座上的;二是縱坡、橫坡和施工安裝誤差引起的轉(zhuǎn)角,這一部分的轉(zhuǎn)角長(zhǎng)期作用在支座上,所以要加以重視。橡膠支座實(shí)際轉(zhuǎn)角要控制在允許范圍內(nèi),按支座在使用時(shí)不出現(xiàn)脫空的條件來(lái)進(jìn)行控制。因此,在橡膠支座設(shè)計(jì)時(shí)不僅要控制豎向壓應(yīng)力,還必須對(duì)其轉(zhuǎn)角加以嚴(yán)格控制。支座在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),鋼板與膠層粘結(jié)的邊緣存在剪應(yīng)變集中現(xiàn)象,引起較大的局部剪應(yīng)變,如果轉(zhuǎn)角不加以嚴(yán)格控制,實(shí)際轉(zhuǎn)角過(guò)大,將導(dǎo)致橡膠支座局部脫空,膠層局部變形,引起層開(kāi)裂,這樣就會(huì)導(dǎo)致橡膠支座過(guò)早劣化,降低支座的使用壽命。本文著重探討產(chǎn)生支座超轉(zhuǎn)角的原因和相應(yīng)的控制措施。
一,橡膠支座轉(zhuǎn)動(dòng)的原因
(1)梁的彎曲變形;
(2)橋梁縱橫坡的影響;
(3)混凝土面的不平整度;
(4)施工時(shí)的安裝誤差。
二,橡膠支座自身轉(zhuǎn)動(dòng)性能的影響
橡膠支座自身轉(zhuǎn)動(dòng)性能取決于使用時(shí)豎向壓縮的變形量,該變形量的大小取決于支座的設(shè)計(jì)應(yīng)力、膠層總厚度和抗壓彈性模量。根據(jù)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)總結(jié),橡膠支座的設(shè)計(jì)應(yīng)控制在10MPa左右。凡是影響到支座的膠層總厚度和抗壓彈性模量的因素都會(huì)影響到支座的轉(zhuǎn)動(dòng)性能。其中比較大的因素有:
(1)溫度的影響
常溫下橡膠支座的剪變模量為1.0MPa,其隨橡膠變冷而逐漸增加。而這種增加必然會(huì)引起橡膠支座抗壓彈性模量的增加,從而使豎向壓縮變形減少,按不脫空條件來(lái)校核,設(shè)計(jì)允許轉(zhuǎn)角降低。
(2)形狀系數(shù)的影響
同一種規(guī)格的橡膠支座形狀系數(shù)越大,其抗壓彈性模量越大,設(shè)計(jì)允許轉(zhuǎn)角越小,轉(zhuǎn)動(dòng)性能越低。反之橡膠支座形狀系數(shù)越小,抗壓彈性模量越小,設(shè)計(jì)允許轉(zhuǎn)角越大,轉(zhuǎn)動(dòng)性能越高。因此對(duì)形狀系數(shù)大的橡膠支座,應(yīng)適當(dāng)增加橡膠層總厚度來(lái)提高其轉(zhuǎn)動(dòng)性能。
(3)抗壓彈性模量不確定的影響
當(dāng)抗壓彈性模量以標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算時(shí),能滿足轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)要求;以標(biāo)準(zhǔn)值的1.2倍計(jì)算時(shí),不滿足轉(zhuǎn)角的設(shè)計(jì)要求。因此,在設(shè)計(jì)橡膠支座轉(zhuǎn)角時(shí)必須考慮抗壓彈性模量的變化范圍。
三,橡膠支座超轉(zhuǎn)角的危害
橡膠支座的允許轉(zhuǎn)角大部分是在0.01rad以下,如果超過(guò)這個(gè)范圍,橡膠支座就會(huì)處于超轉(zhuǎn)角工作狀態(tài)。這樣就容易造成支座局部脫空,局部剪應(yīng)變總過(guò)大,嚴(yán)重的甚至?xí)斐芍ёz層開(kāi)裂,降低其使用壽命。所以在設(shè)計(jì)和施工中應(yīng)注意以下幾點(diǎn):
(1)在設(shè)計(jì)方面
①在設(shè)計(jì)橡膠支座時(shí),要兼顧到豎向承載力,剪切變形,轉(zhuǎn)角三方面的驗(yàn)算,特別要重視轉(zhuǎn)角的驗(yàn)算。
②對(duì)于實(shí)際轉(zhuǎn)角超出允許轉(zhuǎn)角范圍的,要單獨(dú)設(shè)計(jì),不能直接選用。
③應(yīng)盡量選用或設(shè)計(jì)矩形支座,因?yàn)榫匦沃ё囟踢叿较虻霓D(zhuǎn)動(dòng)性能要優(yōu)于長(zhǎng)邊方向;而圓形支座雖然轉(zhuǎn)動(dòng)性能各向相同,但不如矩形支座轉(zhuǎn)動(dòng)性能的效果明顯。
④設(shè)計(jì)上下承壓鋼板時(shí),注意消除混凝土的不平整度。
⑤驗(yàn)算橡膠支座轉(zhuǎn)角時(shí),必須考慮抗壓彈性模量不確度的影響,取抗壓彈性模量的上限值進(jìn)行計(jì)算。同時(shí)還要考慮溫度因素,以提高橡膠支座自身轉(zhuǎn)動(dòng)性能。
(2)在施工方面
嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行施工,上下承壓鋼板必須調(diào)平,若沒(méi)有上下承壓鋼板,則墩臺(tái)支承的墊石頂面應(yīng)找平,每塊墊石的相對(duì)水平誤差控制在1mm以?xún)?nèi)。
橡膠支座轉(zhuǎn)角超限非常重要,在施工時(shí)不能被忽視。因?yàn)檗D(zhuǎn)角超限會(huì)引起較大的局部變形,導(dǎo)致橡膠支座的使用壽命減少。因此在設(shè)計(jì)和施工時(shí),必須采取正確的設(shè)計(jì)方法和規(guī)范的施工方法,以保證橡膠支座的轉(zhuǎn)角不超出設(shè)計(jì)允許的范圍,保證其處于設(shè)計(jì)允許的受力狀態(tài)。
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