板式橡膠支座抗剪彈性模量測(cè)量不確定度的評(píng)定與應(yīng)用

李紅升

(1.中鐵橋隧技術(shù)有限公司 南京市 210061; 2.中鐵大橋勘測(cè)設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司 武漢市 430050)

0 引言

公路橋梁板式橡膠支座是連接橋梁上下部結(jié)構(gòu)的重要部件，主要功能是將橋梁上部結(jié)構(gòu)的反力可靠地傳遞給墩臺(tái)，并同時(shí)能適應(yīng)梁體結(jié)構(gòu)的變形(水平位移及轉(zhuǎn)角)?？辜魪椥阅Ａ孔鳛樵u(píng)價(jià)支座水平變形性能的重要指標(biāo)，很大程度上反映了支座的質(zhì)量。橡膠支座抗剪彈性模量檢測(cè)時(shí)，受多方面因素影響，單一的檢測(cè)值并不能充分表征抗剪彈性模量的真值，真值在一定概率上分布于檢測(cè)值與測(cè)量不確定度組成的區(qū)間內(nèi)。為提高檢測(cè)結(jié)果的可靠性，以圓形板式橡膠支座為例，分析了不確定度來源，對(duì)試驗(yàn)室環(huán)境和測(cè)量設(shè)備等因素引入的不確定度進(jìn)行了評(píng)定。

1 檢測(cè)概述

1.1 檢測(cè)對(duì)象

檢測(cè)對(duì)象為GYZ 250×63型普通圓形板式橡膠支座，直徑250mm，總厚度63mm。上下膠層厚度均為2.5mm，中間膠層數(shù)5層，厚度8mm，膠層總厚度45mm。鋼板層數(shù)6層，鋼板厚3mm。

1.2 檢測(cè)方法

將橡膠支座及中間鋼拉板按雙剪組合配置，確保試樣、中間鋼拉板的對(duì)稱軸與試驗(yàn)機(jī)承載板中心軸在同一垂直面上，精度小于1%的試件短邊尺寸，如圖1所示。試件安裝完成后，按《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2019)中的試驗(yàn)步驟進(jìn)行預(yù)加載和正式加載[1]。

圖1 剪切試驗(yàn)示意

2 測(cè)量模型

依據(jù)《公路橋梁板式橡膠支座》(JT/T 4—2019)規(guī)定，橡膠支座抗剪彈性模量按下式計(jì)算：

(1)

式中：G1為支座實(shí)測(cè)抗剪彈性模量；τ1.0、γ1.0為1.0MPa級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的剪應(yīng)力和累積剪切應(yīng)變；τ0.3、γ0.3為0.3MPa級(jí)試驗(yàn)荷載作用下的剪應(yīng)力和累積剪切應(yīng)變。

各級(jí)試驗(yàn)荷載作用下，試樣累積剪切應(yīng)變計(jì)算式：

(2)

式中：Δs為各級(jí)水平荷載下位移傳感器測(cè)得的試樣累積水平剪切變形；te為橡膠層總厚度。

由式(1)、式(2)導(dǎo)出測(cè)量模型：

(3)

式中：A為支座的有效承壓面積；F1.0、Δs1.0為1.0MPa級(jí)試驗(yàn)荷載下的水平力和位移傳感器測(cè)得的試樣累積水平剪切變形；F0.3、Δs 0.3為0.3MPa級(jí)試驗(yàn)荷載下的水平力和位移傳感器測(cè)得的試樣累積水平剪切變形。

筆者就重慶市涪陵區(qū)江東畜牧獸醫(yī)站，在多年從事獸醫(yī)工作期間對(duì)犬細(xì)小病毒感染病犬進(jìn)行了流行病學(xué)調(diào)查和臨床綜合治療，共計(jì)收治300例，其中疑似犬細(xì)小病毒病100例，確診60例，死亡12例，治愈48例。并對(duì)當(dāng)?shù)貐^(qū)犬細(xì)小病毒病的流行情況進(jìn)行了調(diào)查，經(jīng)調(diào)查整理，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與分析。流行病學(xué)調(diào)查持續(xù)期為一個(gè)季度，發(fā)病高峰出現(xiàn)在4月。通過調(diào)查，犬細(xì)小病毒病發(fā)病率60.00%，致死率12.00%?，F(xiàn)將本病的流行情況及臨床綜合防治進(jìn)行了總結(jié)。

設(shè)1.0MPa與0.3MPa試驗(yàn)荷載下的水平力差值與剪切變形差值為ΔF與Δs，則有測(cè)量模型：

(4)

3 不確定度來源

根據(jù)支座抗剪彈性模量的測(cè)量模型，分析不確定度主要來源有：試驗(yàn)室環(huán)境；試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)；試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量系統(tǒng)；支座膠層總厚度；支座有效承壓面積[2]。

4 測(cè)量不確定度的分項(xiàng)評(píng)定

4.1 試驗(yàn)室環(huán)境引入的不確定度

采用相同檢測(cè)設(shè)備和方法，在滿足規(guī)范要求的環(huán)境條件(23℃±5℃)下，對(duì)同一對(duì)試件的抗剪彈性模量進(jìn)行n次測(cè)量(n不小于10)，計(jì)算試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差s(xk)，見表1。

表1 不同環(huán)境條件抗剪彈性模量試驗(yàn)結(jié)果 MPa

4.2 試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)引入的不確定度

4.3 試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量系統(tǒng)引入的不確定度

根據(jù)設(shè)備校準(zhǔn)報(bào)告，位移計(jì)的擴(kuò)展不確定度U=0.03mm，包含因子k=2，位移計(jì)的不確定度：

以2支位移計(jì)測(cè)量結(jié)果的平均值作為剪切變形結(jié)果，合成不確定度：

表2 板式支座抗剪彈性模量測(cè)試記錄

4.4 膠層總厚度測(cè)量引入的不確定度

4.5 支座承壓面積測(cè)量引入的不確定度

5 合成不確定度

各不確定度來源的分項(xiàng)評(píng)定結(jié)果如表3。

表3 各不確定度來源的分項(xiàng)評(píng)定結(jié)果

依據(jù)分項(xiàng)評(píng)定結(jié)果，計(jì)算抗剪彈性模量的合成不確定度：

urel(G)=

=1.50×10-2

當(dāng)置信水平為95%時(shí)[4]，包含因子k=2，抗剪彈性模量的相對(duì)擴(kuò)展不確定度urel(G)=2×1.50×10-2=3.00×10-2。

6 不確定度的應(yīng)用

根據(jù)規(guī)范允許值和擴(kuò)展不確定度u，將檢測(cè)結(jié)果的分布范圍劃分為：合格區(qū)、不合格區(qū)和待定區(qū)[5]，如圖2和表4所示。LSL(Lower Specification Limit)、USL(Upper Specification Limit)代表規(guī)范允許值的下限和上限。

圖2 合格區(qū)、待定區(qū)、不合格區(qū)示意

以擴(kuò)展不確定度uG=3.00×10-2和規(guī)范允許值LSL=0.85、USL=1.15為例，抗剪彈性模量的合格區(qū)、待定區(qū)、不合格區(qū)如表4。

表4 抗剪彈性模量合格區(qū)、待定區(qū)、不合格區(qū)范圍 MPa

當(dāng)抗剪彈性模量檢測(cè)結(jié)果位于待定區(qū)以外時(shí)，可直接判定結(jié)果是否合格；當(dāng)結(jié)果位于待定區(qū)以內(nèi)時(shí)，不能簡(jiǎn)單的判定結(jié)果是否合格，應(yīng)同時(shí)報(bào)告測(cè)量值和不確定度。為提高檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確度，可對(duì)樣品進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)試，計(jì)算出所有測(cè)值的平均值和平均值的不確定度，按上述方法重新判定。由于平均值的測(cè)量不確定度更小，待定區(qū)的范圍相應(yīng)縮小，能進(jìn)一步提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，降低誤判率。

7 結(jié)語

通過對(duì)試驗(yàn)室環(huán)境、試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)、試驗(yàn)機(jī)位移測(cè)量系統(tǒng)、膠層總厚度和支座有效承壓面積五個(gè)影響抗剪彈性模量測(cè)量不確定度的因素進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)室環(huán)境對(duì)不確定度的影響程度最大、試驗(yàn)機(jī)測(cè)力系統(tǒng)次之、承壓面積影響最小。通過評(píng)定計(jì)算，明確了板式橡膠支座抗剪彈性模量測(cè)定值合格區(qū)、待定區(qū)、不合格區(qū)確定方式以及結(jié)果位于待定區(qū)的處置措施，有助于對(duì)檢測(cè)結(jié)果做出合理評(píng)價(jià)。