■陈平珠 （福建省交通科学技术研究所，福州 ３５０００４） 摘要 随着橡胶支座的广泛应用。其产品质量所暴露的问题已不容忽视。本文通 过对近年来试验检测的总结。对橡胶支座两大力学性能进行相关一ｔ＇￣．－ｆ析，并系统分析了 造成成品力学性能不合格的主要影响因素，为生产合格的橡胶支座提出相关建议，从而 保证工程质量。 关键词 普通板式橡胶支座抗压弹性模量抗剪弹性模量相关性影响因素 １ 引言 模量和实测抗剪弹性模量的要求见表１。 桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的关键部 表１ 普通板式橡胶支座成品力学性能要求 件，架设于桥梁墩台上，顶面支承桥梁上部结构，它将 桥梁上部结构固定于墩台。承受作用在桥梁上部结构的 各种力，并将它可靠地传给桥梁墩台，同时，它要有良 好的弹性以适应梁端的转动，有较大的剪切变形以满足 上部构造的水平位移。因此，桥梁支座犹如人体的腰 椎，起着承上启下、传递荷载和协调全身运动的作用， 近年来福建省在建高速公路所用的普通板式橡胶支 对桥梁的安全运营至关重要。 座厂家众多，规格各异。通过对大量试验结果的统计显 板式橡胶支座是公路中小型桥梁比较常用的产品， 示。福建省在建高速公路桥梁目前所使用的普通板式橡 分为普通板式橡胶支座和四氟滑板式橡胶支座。普通板 胶支座两大力学性能实测合格率为７８．３％。其对应关系 式橡胶支座由多层橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化而 见图１。依据ＧＢ２０６８８．４—２００７的标准要求，将实测抗压 成，有圆形和矩形两种平面形状，适用于跨度小于 弹性模量与标准值的偏差值分为８个区间，其相应的合 ３０ｍ、位移量较小的桥梁。成品力学性能有实测抗压弹 格率列于表２。 性模量、实测抗剪弹性模量、实测极限抗压强度、实测 表２实测抗压弹性模量和实测抗剪弹性模量合格率统计表 老化后抗剪弹性模量、实测转角正切值。其中，实测抗 压弹性模量和实测抗剪弹性模量是衡量普通板式橡胶支 座性能最重要的两大力学指标。 ２试验结果统计及相关性分析 ２．１试验结果统计 ‘ 当前我省高速公路多为山区高速公路，具有地形、 地质条件复杂，桥梁、隧道构造物占路线总长度比例高 等特点。桥梁比例增大。所需橡胶支座数量也随之增 多，严格控制支座的质量对整个工程质量至关重要。目 前，普通板式橡胶支座的力学性能检测方法参照国家标 准《橡胶支座第４部分：普通橡胶支座》 （ＧＢ２０６８８．４— ２００７）０ 和交通行业标准《公路桥梁板式橡胶支座》 注：①括号内为该区间内的橡胶支座组数占样品总组数的 （ＪＴ／Ｔ ４－２００４） 两本规范进行，其中对实测抗压弹性 百分率。 圈福建交通科技２０１３年第３期 ②样品一组为３个。ｘ代表３个板式橡胶支座实测抗 压弹性模量与标准值的偏差值的算术平均值，Ｙ代表３ 对板式橡胶支座实测抗剪弹性模量与标准值的偏差值的 算术平均值。 图１ 普通板式橡胶支座实测抗压弹性模量和实测抗剪弹 性模量与标准值的偏差值的关系图 ２．２相关性分析 从统计结果可直观看出，当－３０％≤ｘ＜３Ｏ％，普通 板式橡胶支座的合格率成递减趋势。一３Ｏ％≤ｘ＜１０％， 普通板式橡胶支座的合格率较高，即当实测抗压弹性模 量与标准偏差值较小时，实测抗剪弹性模量较易满足规 范要求。尤其当一３０％≤ｘ＜一１０％，普通板式橡胶支座的 合格率最高。在合格的样品中，－２０％≤Ｘ＜０的数量最 多，占统计样品总数的５１．９％，合格样品的６６．２％。 通过以上分析，数据点近似分布在中心点为（一 ５，０），长短边为１：１对角线长２ｒ的矩形内，矩形方程为ｌ＿ ５－０．７ｒ＜￣Ｘ≤一５＋０．７ｒ，一０．７ｒ￣＜Ｙ≤Ｏ．７ｒ｝随着矩形的增大， 落在矩形内的数据点概率升高，但升高幅度递减，整体分 布可看成正态分布，可通过正态分布函数求解。 以实测抗压弹性模量和实测抗剪弹性模量与标准值 的偏差值的区间长度为长短边，矩形方程如下式（１） 所示，正态分布函数解析方程如下式（２）所示。 －５－０．７ｒ≤Ｘ≤一５＋０．７ｒ，一０．７ｒ≤Ｙ≤Ｏ．７ｒ（ｒ＝２１．２） （１） ． 一 而ｆ（Ｒ）＝２ｆ：— ｅ ｄｔ一１＝０．６８２６（Ｒ＝ ） 、／２订 Ｉ‘ （２） 通过散点图准确统计得到落在上述矩形内的概率为 ０．６７２０。与通过正态函数求解得的数值接近。因此，在 快速和简易判断时，可以利用以上二式，在一定的保证 率系数下，求得分布矩形的长短边，进而推断抗压弹性 福建交通科技２０１３年第３期冈 模量和抗剪弹性模量与标准值的偏差值的分布区间：反 之亦然。 例如，保证率系数为９０％，可求得Ｒ＝Ｉ．６４５，矩形 长短边都为４８．８，抗压弹性模量和抗剪弹性模量与标准 值的偏差值的区间分别为（一２９．４，１９．４）和（一 ２４．４，２４．４）。 ３影响因素分析 ３．１原材料的影响 （１）胶料质量 世界各国对橡胶支座使用的胶料都做了明确规定： 不允许掺入任何再生胶，掺入再生胶的支座会使支座过 早劣化而影响使用寿命。目前，标准中规定的支座橡胶 材料主要为氯丁橡胶（ＣＲ）、天然橡胶（ＮＲ）和三元 乙丙胶（ＥＰＤＭ），并有明确的使用环境要求。因氯丁 橡胶不易老化、使用寿命较长而被普遍认为是最理想的 材料；天然橡胶和三元乙丙胶由于耐低温性较好。而粘 结性较差，主要用于耐寒型支座和盆式支座。但是，由 于氯丁橡胶价格较高。生产厂家多数选用天然橡胶．甚 至采用混合橡胶，更有甚者采用再生橡胶，导致支座力 学指标和耐久性降低，质量差异极大，对桥梁结构和安 全产生严重危害。橡胶的化学成份鉴别有一定难度。而 且一般检测机构不具备该项化学检测能力，导致产品质 量控制不严。从力学性能指标进行分析，当支座的实测 抗压弹性模量与标准偏差值为较大正偏差时，说明支座 的橡胶弹性较差，很大可能性是添加了再生橡胶，故支 座较硬，试验中橡胶外鼓，局部橡胶层脱空，试验后橡 胶层表面开裂。试验后的实测抗剪弹性模量较大，甚至 超出抗剪弹模标准偏差１００％￣２００％，支座的剪切变形受 约束，对结构安全极为不利。从极限抗压强度和解剖试 验也发现，有些支座硬而易裂，钢板与橡胶粘结强度 小，粘结性能降低，说明含胶量偏小，这可能与使用再 生橡胶或粉碎的硫化橡胶有关。 （２）钢板质量 板式橡胶支座不仅要有良好的弹性，以适应梁端的 转动，而且要具有足够的竖向刚度，来承压垂直荷载， 能将上部构造的反力可靠地传递给墩台。这就要求使用 的加劲钢板承载能力一定要好。钢板平面尺寸和厚度大 小要符合规范要求。钢板尺寸偏小会降低其承载能力； 尺寸偏大会减少侧保护层的厚度，易产生露铁，从而在 使用中易造成支座的老化龟裂。同时，加劲钢板的强度 不应低于Ｑ２３５ｃ钢板强度，不得使用拼接钢板 ２］。体现 在力学性能指标为抗压弹性模量和极限抗压强度要在规 范要求的范围内。值得注意的是，在检测抗压弹性模量 不合格的情况中，过去一般以抗压弹性模量偏小的为 多，现在这种情况大有改善。历年来仅以普通板式橡胶 支座的数据统计实测抗压弹性模量（按ＩＴ／Ｔ ４－２００４标 准要求Ｅ＋Ｅ￣２０％）合格率为８７．３％。橡胶支座在抗压弹 性模量和抗剪弹性模量试验后进行极限抗压强度试验， 支座有压烂的现象，整个橡胶层开裂（见图２），钢板厚 度达不到要求，硬度也较差，从而无法承受规范要求的 ７０ＭＰａ的极限荷载。 ＿＿ 图２极限抗压强度试验后整个橡胶层开裂 ３．２生产工艺的影响 桥梁橡胶支座现在还没有完全实现自动化生产．甚 至有一些生产厂家不了解橡胶支座的技术性能，不懂生 产工艺，盲目生产，产品质量得不到有效的保证，体现 在如下几个方面： （１）尺寸不规范 有些支座构造不合理，存在橡胶层厚度不均匀，加 劲钢板厚度层数不规范的现象。规范中板式支抗压弹性 模量Ｅ和支座形状系数ｓ的关系为Ｅ＝５．４ＧＳ２，即抗压弹 性模量与形状系数的平方成正比，而形状系数Ｓ又与中 间咬层厚度ｔ１成反比，因此中间胶层厚度不均匀对支座 的抗压弹性模量将产生较大影响（１，２１。在试验时，胶层 厚薄不均不能通过宏观力学性能检测项目检测出来。但 却能造成支座局部胶层力学性能大幅下降，直接影响支 座的耐久性㈨。 （２）粘结力不够 板式橡胶支座由多层天然橡胶与薄钢板镶嵌、粘 合、硫化而成。在制作时由于工艺不合理，表现在橡胶 层与金属板粘接力不够。粘结质量不良常常在支座内部 留下初始病灶，它会造成橡胶钢板的抗剥离强度降低， 同时由于加劲钢板位置定位不准，如错位或不平行，会 造成中间胶层厚度不均匀，从而对支座抗压弹性模量产 生一定的影响 。 （３）硫化工艺差 在硫化过程中，时间、温度、压力都要严格控制。 特别在寒冷天气时，由于环境温度低，设备和模具散热 快，在工艺上和夏天一样的有时间和温度要求。硫化工 艺时间控制不严，导致硫化程度不足，在持续压力下， 缓慢蠕变，最终导致产品中间橡胶层外鼓，钢板脱层， 支座损坏。硫化工艺温度控制能力不强，支座容易发生 欠硫或者过硫。如果过硫，支座耐久性下降，短期内不 会影响使用。如果欠硫，程度不大的时候，力学性能监 测是合格的，但是长期使用会发生蠕变最终导致支座损 坏。硫化压力不足，导致硫化密实度不足，直接影响橡 胶的性能㈤。 ４应对措施 橡胶支座作为桥梁的重要构件。承受和传递梁体荷 载并适应梁体的转动和位移。抗压弹性模量和抗剪弹性 模量作为板式橡胶支座的两项重要力学性能指标，在一 定程度上反映了支座的质量。支座一旦安装，更换的成 本和技术难度都相当大。因此，必须在出厂前严格控制 支座的质量。首先从严把支座原材料关做起。保证有足 够的含胶量，严禁掺加再生胶或硫化橡胶，严格控制填 充剂的使用。保证加劲钢板的尺寸符合设计要求。硬度 及强度符合规范要求。第二，在生产加工过程中要控制 橡胶一钢板的粘结质量，保证支座内部橡胶层和钢板的 平整度、平行度及粘结强度，保证支座各胶层的性能均 匀性。第三，在生产过程中，严格控制硫化工艺时间、 温度、压力，保障硫化橡胶的质量。 严格按照国家颁布的产品标准和技术指标要求生 产。保证橡胶支座有较长的使用寿命，从而保证工程质 量。同时检测时应严格按照交通行业标准ＴＴ／Ｔ ４－２００４ 或国家标准ＧＢ２０６８８．４－２００７中的检验规则执行，检测设 备及检验方法应符合规范，检测人员应规范操作。防止 误判。 ５结束语 我国使用板式橡胶支座的历史较短。随着我国对铁 路、公路的大规模投资建设，板式橡胶支座还具有巨大 的应用市场。本文通过对普通板式橡胶支座两大力学性 能指标进行相关性分析及质量影响因素分析，为试验检 测提供技术参考，同时也为板式橡胶支座的生产提供一 定的技术支持。 参考文献 （１］ＧＢ ２０６８８．４—２００７，橡胶支座第４部分：普通橡胶支座． ［２］ＪＴ／Ｔ ４－２００４，公路桥梁板式橡胶支座． ［３］黄跃平，胥明，周明华．板式橡胶胶层厚度不均匀对支座力学 性能的影响．试验技术与试验机，２００５，４５（４）：３－７． ［４］黄跃平，周明华，胥明．影响我国公路桥梁板式橡胶支座质量 的因素及应对措施．中国橡胶，２００６。２２（１８）：３６—３９． ［５］褚夫强，王 勇．板式橡胶支座质量不合格影响因素分析．世界 橡胶工业，２００９，３６（１１）：３５—３７． 回福建交通科技２０１３年第３期