橋梁板式橡膠支座發(fā)展現(xiàn)狀和破壞的成因

(重慶交通大學(xué) 重慶 400074)

一、引言

支座在整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)體系中是一個(gè)非常重要的部件，所有上部結(jié)構(gòu)傳遞過(guò)來(lái)的恒載和活載引起的支承反力通過(guò)支座傳給下部結(jié)構(gòu)的墩和基礎(chǔ)，它可以讓整個(gè)橋梁的上部結(jié)構(gòu)在活載、收縮徐變等因素作用下能自由轉(zhuǎn)動(dòng)和水平方向的移動(dòng)。

板式橡膠支座的結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，同時(shí)成本低，安裝起來(lái)也很方便，對(duì)制造商而言也非常方便。它是將加勁鋼板鑲嵌在多層橡膠中，讓兩者充分黏合，豎向剛度大，能夠承受足夠大的豎向荷載，彈性好、剪切變形也大，能滿足整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)和水平移動(dòng)。鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土公路橋梁、鐵路橋梁中被廣泛應(yīng)用這種類(lèi)型的支座。

二、研究現(xiàn)狀和發(fā)展

鑒于橡膠對(duì)溫度變化非常敏感這一顯著特點(diǎn)，對(duì)氯丁橡膠支座在不同溫度梯度下進(jìn)行壓剪實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明橡膠硬度、定伸應(yīng)力、環(huán)境氣溫的變化使得橡膠材料的彈性模量E和剪切模量G也隨之變化，外界環(huán)境溫度升高，彈性模量E和剪切模量G的數(shù)值減小；反之，外界環(huán)境溫度降低反而增大。

三、板式橡膠支座病害破壞的成因

在各種已經(jīng)通行運(yùn)營(yíng)的橋梁中支座的破壞形式和原因有很多種，近些年的數(shù)據(jù)顯示其破壞呈逐年增長(zhǎng)，其中的原因除了橋梁工程中橡膠支座自身原因外，還與橋梁設(shè)計(jì)人員對(duì)支座的設(shè)計(jì)計(jì)算、生產(chǎn)廠家的選材、施工方人員是否專(zhuān)業(yè)、是否按要求安裝和施工以及后期保養(yǎng)維護(hù)是否到位有著緊密的關(guān)系。

(一)板式橡膠支座自身的原因

很多廠家為了獲得豐厚的經(jīng)濟(jì)利益售賣(mài)質(zhì)量不合格或翻新的支座，使得板式橡膠支座本身可能存在的問(wèn)題越來(lái)越多，例如：橡膠中含有細(xì)微的雜質(zhì)顆粒、細(xì)微氣孔、含有的橡膠率較低、使用回收后再生的橡膠進(jìn)行生產(chǎn)；橡膠的膠層厚度不均勻，保護(hù)層厚度沒(méi)有達(dá)到規(guī)范要求，橡膠的耐疲勞性非常差。

(二)板式支座設(shè)計(jì)方面的原因

設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)驗(yàn)算時(shí)，對(duì)橡膠支座的承載能力和抗剪能力驗(yàn)算不準(zhǔn)確，致使支座在實(shí)際工程中受力與理論設(shè)計(jì)值相差較大，從而被破壞。由設(shè)計(jì)方面造成的板式橡膠支座有一下幾種情況：1.設(shè)計(jì)人員對(duì)固定在墩臺(tái)上的支座的位置考慮不全面，使得整個(gè)上部結(jié)構(gòu)的水平位移和轉(zhuǎn)角與理論值有差距，支座的抗剪、抗壓承載力超出規(guī)定值，局部區(qū)域受力過(guò)高，導(dǎo)致橡膠支座發(fā)生破壞。2.設(shè)計(jì)單一方向的滑動(dòng)支座時(shí)滑動(dòng)的方向設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，例如把橫向滑動(dòng)的支座錯(cuò)誤地設(shè)計(jì)成縱向滑動(dòng)。

(三)橡膠支座生產(chǎn)制作方面的原因

一些不具備生產(chǎn)資質(zhì)和檢測(cè)條件的小的手工作坊，在生產(chǎn)制造的過(guò)程中，沒(méi)有嚴(yán)格的按照工藝流程和生產(chǎn)配比來(lái)制作，生產(chǎn)出來(lái)的產(chǎn)品質(zhì)量非常粗糙而且不合格，給橋梁安裝和后期運(yùn)營(yíng)帶來(lái)質(zhì)量隱患。1.生產(chǎn)和制造支座的比例、流程工藝的問(wèn)題帶來(lái)最終產(chǎn)品在物理、力學(xué)方面的性能無(wú)法達(dá)到規(guī)范的使用要求。2.沒(méi)有控制好產(chǎn)品的硫化時(shí)間，使得使用的橡膠讓我們誤以為達(dá)到了我們所需要的正常的硫化值，最后直接導(dǎo)致生產(chǎn)出來(lái)的橡膠支座的使用承載能力達(dá)不到最理想狀態(tài)，同時(shí)橡膠層和加勁鋼板之間的粘結(jié)強(qiáng)度太低。

(四)工程施工安裝過(guò)程方面的原因

施工安裝工藝流程對(duì)橡膠支座的受力狀態(tài)和使用壽命達(dá)到最理想水平是非常關(guān)鍵的，支座施工安裝的質(zhì)量的好壞直接決定支座的耐久性和受力情況。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1.墩臺(tái)支座墊石在施工完成后的高程和設(shè)計(jì)圖紙上的要求不一致，致使橋梁的梁底面與墊石正對(duì)應(yīng)的接觸面之間的偏差超過(guò)允許值，導(dǎo)致有的支座脫空，而有的則承受的壓力超過(guò)最大承載能力。2.支座墊石在施工的過(guò)程中沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，質(zhì)量不合格，導(dǎo)致板式橡膠支座無(wú)法正常安裝和受力。3.安裝過(guò)程中，橡膠支座的中心線與設(shè)計(jì)時(shí)的中心線不一致，使得支座位置偏差過(guò)大，導(dǎo)致支座受力狀態(tài)與設(shè)計(jì)不相符。4.板式橡膠支座可能會(huì)被墩臺(tái)墊石上的混凝土、泥沙、木屑等雜物污染，從而影響支座發(fā)揮正常的受力作用。

5.板式橡膠表面人為的開(kāi)槽。容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，局部應(yīng)力太大，導(dǎo)致最后支座被破壞。

(五)橋梁運(yùn)營(yíng)維護(hù)方面的原因

橋梁中板式橡膠支座在運(yùn)營(yíng)和維護(hù)過(guò)程中發(fā)生破壞主要有以下一些方面：1.隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，原來(lái)設(shè)計(jì)的車(chē)輛荷載和交通量已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際交通發(fā)展的要求，隨著車(chē)輛荷載的增加和交通量的增長(zhǎng)，還有橋梁超載等問(wèn)題，使得實(shí)際車(chē)輛荷載超過(guò)最初的設(shè)計(jì)荷載的很多倍，造成板式橡膠支座疲勞累積，使得支座破壞的可能性增加，支座在很長(zhǎng)的時(shí)間段內(nèi)都是超負(fù)荷工作，壽命逐漸縮短；2.空氣中的氧化物、酸、熱、紫外線、粉塵等環(huán)境因素會(huì)使板式橡膠支座在承受荷載的過(guò)程中被破壞并加速老化。3.橡膠支座在橋梁通車(chē)運(yùn)營(yíng)后破壞程度越來(lái)越大，都是因?yàn)槌跗趯?duì)其養(yǎng)護(hù)不夠細(xì)致，小的損傷沒(méi)有被及時(shí)發(fā)現(xiàn)并有效解決。

四、結(jié)束語(yǔ)

橡膠支座的技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)越來(lái)越成熟了，各種新的技術(shù)和材料也在慢慢使用在現(xiàn)在的工程中，從上面的破壞原因分析可以看出每個(gè)環(huán)節(jié)人的因素還是主要的，橡膠支座在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制造、施工安裝等方面也在逐步完善，而在橋梁的整個(gè)造價(jià)中，支座僅僅只占極小的一部分費(fèi)用。在我國(guó)，板式橡膠支座市場(chǎng)前景巨大，希望規(guī)范市場(chǎng)行為，從支座生產(chǎn)的源頭開(kāi)始，到設(shè)計(jì)、施工安裝、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)控制支座的質(zhì)量，保證支座的耐久性和使用壽命達(dá)到設(shè)計(jì)值，同時(shí)繼續(xù)深入關(guān)于板式橡膠支座的試驗(yàn)研究，解決目前還存在的許多問(wèn)題。