關(guān)于JT/T4-2019《公路橋梁板式橡膠支座》標(biāo)準(zhǔn)中抗壓彈性模量計(jì)算系數(shù)的探討

張紅永，趙貴英，谷立寧，龐二紅，常廣忠

(衡橡科技股份有限公司，河北 衡水 053000）

1 引言

JT/T4—2019《公路橋梁板式橡膠支座》標(biāo)準(zhǔn)對(duì)支座抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值給出了E=5.4GS2的計(jì)算公式［1］，并且允許實(shí)測(cè)值E1在此標(biāo)準(zhǔn)值基礎(chǔ)上有正負(fù)20%的偏差，公式中的G是抗剪彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定取1 MPa，S為形狀系數(shù)，標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)矩形和圓形支座分別給出了計(jì)算公式。在抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值這個(gè)公式中有一個(gè)計(jì)算系數(shù)：5.4，這是一個(gè)通過(guò)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸方程計(jì)算得到的數(shù)值，此文就是對(duì)它的取值進(jìn)行驗(yàn)證和研討。

1988年我國(guó)制定了《公路橋梁板式橡膠支座技術(shù)條件》（JT 3132.2-88）［2］, 這是我國(guó)關(guān)于此類產(chǎn)品的第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，在此標(biāo)準(zhǔn)中抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算 公 式 為：E=53×S-41.8；于1993年9月1日 實(shí) 施的JT/T4-1993標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式為E=66S-162；2004年至今采用的抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算公式一直為E=5.4G×S2。由此可以看出，抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值的計(jì)算公式是不斷變化的。

近年來(lái)，對(duì)于板式橡膠支座抗壓彈性模量的控制有些不同的觀點(diǎn)：在GB/T 20688.4-2007中規(guī)定實(shí)測(cè)抗壓彈性模量允許偏差為±30%；在EN 1337-3:2005《結(jié)構(gòu)支座-第三部分：橡膠支座》標(biāo)準(zhǔn)中要求［3］：應(yīng)力應(yīng)變曲線的斜率不應(yīng)呈現(xiàn)出一個(gè)最大或者最小的高于最大設(shè)計(jì)荷載的值，不能出現(xiàn)開(kāi)裂、錯(cuò)位或黏接破壞；在A ASHTOM-2015-06(2011)美國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)抗壓彈性模量未作規(guī)定。

下面的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是某公司近兩年來(lái)的板式橡膠支座實(shí)測(cè)抗壓彈性模量數(shù)據(jù)（不完全統(tǒng)計(jì)），這些數(shù)據(jù)的樣本不是特意加工的，在加工過(guò)程中制造商盡力選擇了合適的橡膠配方，以靠近JT/T4—2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值，以提高力學(xué)性能合格率。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證情況

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

名稱：微機(jī)控制電液伺服壓剪試驗(yàn)機(jī)， 型號(hào)：YJW-5000，參數(shù)：最大試驗(yàn)壓力：5 000 kN，摩擦、剪切力：1 000 kN，摩擦力：300 kN，精度1%，制造商：上海華龍測(cè)試儀器有限公司，精度：1級(jí)。

2.2 試驗(yàn)方案

將支座如下圖1所示放置在試驗(yàn)機(jī)上，按照J(rèn)T/T4-2019附錄A的規(guī)定對(duì)支座施加豎向力，取得豎向變形，并且按照A.4.1.2的公式計(jì)算實(shí)測(cè)抗壓彈性模量（E1）結(jié)果。再按照附錄A抗剪彈性模量試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn)，取得抗剪彈性模量實(shí)測(cè)值（G1）。

圖1 板式橡膠支座進(jìn)行抗壓彈性模量試驗(yàn)圖片

2.3 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

（1） 從上述數(shù)據(jù)可以看出，抗壓彈性模量計(jì)算系數(shù)5.4是不斷變化的，并不是一個(gè)定值，經(jīng)過(guò)上表的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)反推得到5.54的平均值，當(dāng)然這只是一家制造商的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）抗壓彈性模量計(jì)算系數(shù)5.4有隨著形狀系數(shù)變大而不斷變小的趨勢(shì)。

（3）對(duì)于形狀系數(shù)較小的規(guī)格，比如S≤7.5的規(guī)格，存在實(shí)測(cè)抗壓彈性模量偏高，甚至超過(guò)20%允差的情況；抗壓彈性模量和抗剪彈性量?jī)身?xiàng)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)偏差的交集達(dá)不到抗剪彈性模量允許的偏差±15%，也就是說(shuō)此范圍內(nèi)的板式橡膠支座力學(xué)性能檢驗(yàn)合格率降低了。

表1 JT/T4-2019標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格系列支座試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算表

續(xù)表

續(xù)表

（4）形狀系數(shù)S在8～10范圍內(nèi)的板式橡膠支座，抗壓彈性模量和抗剪彈性模量?jī)身?xiàng)數(shù)據(jù)的實(shí)測(cè)偏差的交集在擴(kuò)大，對(duì)于S=9.5，直徑200×42的支座，豎向和水平彈性模量相對(duì)偏差降低到了5%，也就是說(shuō)：這種規(guī)格的支座進(jìn)行力學(xué)性能檢測(cè)它的合格率是相對(duì)較高的。

（5） 形狀系數(shù)S＞10的支座，抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值相對(duì)較高，實(shí)測(cè)值負(fù)偏差變小，抗剪彈性模量開(kāi)始在正偏差，豎向和水平彈性模量允許偏差的交集又開(kāi)始變小了，支座的力學(xué)性能合格率降低了。

3 試驗(yàn)結(jié)論

（1）抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值計(jì)算系數(shù)5.4不夠合理，它是一個(gè)和形狀系數(shù)相關(guān)的一個(gè)變量。

（2）板式橡膠支座各規(guī)格的支座抗壓彈性模量和抗剪彈性模量允許偏差的交集達(dá)不到±15%（±15%是JT/T4-2019標(biāo)準(zhǔn)抗剪彈性模量的允許偏差），形狀系數(shù)較低和較高的支座交集更小，所以實(shí)測(cè)時(shí)?？箟汉涂辜魞身?xiàng)力學(xué)性能合格是有一定難度的。

（3）不同規(guī)格的板式支座的抗壓彈性模量應(yīng)該越接近越均勻越好，這樣使用起來(lái)更不易產(chǎn)生應(yīng)力集中，因?yàn)樾螤钕禂?shù)的大小直接決定了抗壓彈性模量標(biāo)準(zhǔn)值的高低（E=5.4G×S2G=1）,因此應(yīng)該縮小形狀系數(shù)的差距，最好控制在9～11的范圍內(nèi)，這就要根據(jù)支座的平面尺寸反推中間橡膠層。

（4）支座的內(nèi)部結(jié)構(gòu)即鋼板層層數(shù)和中間橡膠層可以不作統(tǒng)一規(guī)定，由各制造商根據(jù)自己的配方，在保證抗剪彈性模量合格的前提下自行計(jì)算確定，只要保證批量產(chǎn)品的抗壓彈性模量相對(duì)偏差不大于某一允許偏差即可，這樣就可以保證支座在橋梁安裝使用過(guò)程中承載和變形能力相對(duì)均衡，不發(fā)生偏載。