板式橡膠支座抗壓彈性模量檢測方法的試驗研究

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  　　在公路橋梁中，廣泛應用多層加勁板式橡膠支座。通常，加勁層的材料為若干層薄鋼板或鋼絲網。在加勁層的作用下，橡膠側向膨脹可有效地阻止，從而將橡膠片的抗壓強度及剛度顯著提升，并且上部結構的水平位移要求在比較大的剪切變形能力的作用下可有效滿足。抗壓彈性模量檢測方法是對板式橡膠支座力學性能檢測的主要方法，新標準實施之后，計算方法及檢測方法相應改變。筆者通過試驗研究，分析出影響檢測正確的因素及其影響程度。

　　抗壓彈性模量檢測方法概述

　　涵義

　　1981年，Lindley P.B.提出了橡膠支座豎向剛度計算理論，此理論的建立基礎為橡膠體非壓縮性彈性理論。實際測量中，該計算理論的應用比較廣泛。橡膠體在受豎向壓縮力后，體積會產生相應變化，水平方向也會出現(xiàn)一定變形。這就是橡膠支座豎向剛度計算理論的概念。

　　計算公式

　　橡膠支座中包含n層橡膠，橡膠材料不具備壓縮性時，在純壓縮狀態(tài)下，豎向剛度的計算公式為Kv=E1A0/n t1，其中，E1表示橡膠縱彈性模量，A0代表橡膠支座有效承載面積，t1表示單層橡膠的厚度。

　　自動測試系統(tǒng)設計思路

　　自動測試系統(tǒng)由壓力試驗機、傳感器、專業(yè)檢測軟件等部分構成。檢測抗壓彈性模量時，需要實時采集豎向力及豎向壓縮變形的相關數(shù)據，在分析數(shù)據的基礎上，將應力應變曲線繪制出來，接著進行自動分析，并將檢測結果計算出來，計算完成會對存在的偏差進行統(tǒng)計。檢測過程中，是否加壓完畢，可向用戶實時提示。在自動測試系統(tǒng)的作用下，大大減少了人力的使用，有效避免了人為操作錯誤的存在，將誤差控制在合理的范圍內，保證檢測的準確性。

　　抗壓彈性模量檢測方法在工程實例中的研究

　　實例概述及自動測試流程

　　筆者選擇的板式橡膠支座實例尺寸為直徑140mm，成品高25m m，中間層橡膠厚4m m，鋼板厚2m m，鋼板直徑為130mm，鋪設3層，有效承載面積15366mm2，形狀系數(shù)7.0，橡膠層總后厚度20m m。依據新標準規(guī)定，測試實例抗壓彈性模量，范圍設定在（303±60）M P a。測試結果會受到加載方法影響，為準確地對影響進行評價，設計施力方案時，共有兩套。一套是非標準規(guī)定的施力法，進行加載和卸載時，采用常規(guī)速率來進行，施力循環(huán)3次；另一套是標準規(guī)定的施力法，進行加載和卸載時，按照新標準規(guī)定嚴格進行施力，荷載增加至4M P a后，持續(xù)2min，此時將變形值采集出來，再將荷載逐級加載，每級均為2MPa，加載一級之后持續(xù)2min，并對變形值進行采集，然后再進行下一級。第一套方案實施后，與標準規(guī)定相比，偏差超出了3%，由此，支座在加載卸載過程中，滯后性非常明顯；而第二套方案實施之后，與標準規(guī)定相比，偏差小于3%，由此，荷載持續(xù)120s的過程中，支座的蠕變現(xiàn)象比較明顯。將這兩方案的偏差相比較，第一套方案明顯大于第一套方案，而且超出了規(guī)定的允許偏差范圍。

　　檢測過程中的不確定度

　　利用抗壓彈性模量法檢測時，誤差客觀存在，因此，對測量結果提出不確定度的方法。計算不確定度的數(shù)值時，受到支座對不同控制參數(shù)響應不同的影響，計算出來的數(shù)值并不具備單一性。通常，計量參數(shù)及材料和試驗參數(shù)是兩個主要影響測定結果準確度的因素。同時，各種試驗參數(shù)也會產生一定的影響。判定測量結果的準確度時，如果存在不確定度較大參數(shù)時，應謹慎進行。在自動測試系統(tǒng)測試時，相應參數(shù)的設置必須要嚴格按照規(guī)定進行。

　　與材料無關的參數(shù)測量不確定度

　　依據相關規(guī)定，結果數(shù)值需要進行修約。考慮不確定度時，修約是必須考慮的一個因素。在測量過程中，需要采用圖形記錄儀、2000kN試驗機、引伸計及游標卡尺進行，而這些測量設備和器具本身也存在一定的不確定度。不過，這可以利用檢定證書及相關資料中的數(shù)據計算。測試的開展需要通過測試人員來進行，測試人員不同時，理解的標準、量具的讀數(shù)均有所差別，而差別的存在同樣會對測試結果的準確度產生影響。試驗過程中，可通過多次試驗提升檢測結果的準確性。

　　測試人員利用相應的檢測方法對板式橡膠支座進行測量時，會存在運用上的差異性，這也將會對測量的確定度產生影響，提升操作人員操作的規(guī)范性可降低此種影響。應變速率控制參數(shù)對支座的影響非常大，而彈性模量與應變速率之間存在一定的關聯(lián)性。試驗過程中，速率和荷載持續(xù)時間的測定應嚴格按照新標準進行，材料性能會受到應變速率的影響。將影響計算出來后，再進行累計誤差的計算。

　　除了上述非材料參數(shù)因素外，支座實例本身也存在測量不確定度。比如試樣有效承載面積存在的誤差、支座橡膠總厚度存在的誤差、支座成品高度測量時發(fā)生的誤差、鋼板厚度測量時發(fā)生的誤差等。另外，試驗室的溫度、濕度均會影響測量結果的確定度。

　　總測量不確定度

　　進行測量時，與材料無關的影響參數(shù)比較多，各種影響參數(shù)均會導致測量過程中產生一定的誤差。這些誤差累積在一起，會形成比較大的誤差，從而嚴重降低測量結果的準確度。對此，處理這些誤差時，應十分謹慎。對于精密度和不確定度的估量，在相關的標準及不確定度的表達指南中有明確的指導。

　　利用抗壓彈性模量檢測方法對板式橡膠支座進行檢測時，各種試驗參數(shù)的誤差最大允許測量不確定度有著明確的標準。比如壓力試驗機位移計，其參數(shù)包含壓力和四只壓縮量，允許存在的誤差范圍為規(guī)定值±1%之間及±2%之間，再加上其他參數(shù)允許存在的誤差范圍，最終，將總的測量不確定度計算出來。總測量的不確定確定之后，可有效提升判斷結果的準確定。

　　結論

　　板式橡膠支座是公路橋梁的重要組成部分，在公路橋梁運行過程中，橡膠支座受到豎向的壓力后會變形，當支座的抗壓能力較差時，對公路橋梁運行的安全性會產生比較大的影響。通過抗壓彈性模量檢測方法的應用，以及對測量結果不確定度的分析，有效地對累積誤差進行控制，減小測量結果中存在的誤差，提升測量結果的準確性，從而為公路橋梁的建設提供科學的依據。