張學(xué)文，趙貴英，谷立寧，常廣忠，龐二紅

（衡橡科技股份有限公司，河北 衡水 053000）

板式橡膠支座是由多層薄鋼板與多層橡膠片硫化粘合而成的一種橡膠制品，是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和墩臺的重要部件。其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，同時(shí)能適應(yīng)梁體結(jié)構(gòu)所需要的變形（水平位移及轉(zhuǎn)角）。板式橡膠支座常用標(biāo)準(zhǔn)是我國交通運(yùn)輸部發(fā)布的JT/T 4—2019《公路橋梁板式橡膠支座》。

本工作對不同形狀系數(shù)的板式橡膠支座進(jìn)行試驗(yàn)，采用國內(nèi)外不同的標(biāo)準(zhǔn)對其力學(xué)性能進(jìn)行判定，并對其抗壓彈性模量進(jìn)行探討。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)設(shè)備

YJW-5000型微機(jī)控制電液伺服壓剪試驗(yàn)機(jī)，上海華龍測試儀器有限公司產(chǎn)品。其參數(shù)如下：最大試驗(yàn)壓力 5 000 kN，剪切力 1 000 kN，摩擦力 300 kN，精度 1級。

1.2 試驗(yàn)方案

將板式橡膠支座放置在試驗(yàn)機(jī)承載板上，分別按照不同的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行相應(yīng)試驗(yàn)。

（1）按照J(rèn)T/T 4—2019附錄A4.1對板式橡膠支座進(jìn)行抗壓彈性模量試驗(yàn)，按照附錄A4.2對板式橡膠支座進(jìn)行抗剪彈性模量試驗(yàn)。該標(biāo)準(zhǔn)中板式橡膠支座抗壓彈性模量的計(jì)算公式如下。

式中：E為抗壓彈性模量；G為抗剪彈性模量，一般取1.0 MPa；S為形狀因數(shù)，應(yīng)在5～12范圍內(nèi)。允許實(shí)測抗壓彈性模量（E1）在E的基礎(chǔ)上有±20%的偏差。

（2）按照新修訂的GB/T 20688.4《橡膠支座第4部分：普通橡膠支座》（征求意見稿）附錄A5.1對板式橡膠支座進(jìn)行抗壓剛度試驗(yàn)，按照附錄A 5.2對板式橡膠支座進(jìn)行抗剪彈性模量試驗(yàn)。

（3）按照EN 1337-3：2015《結(jié)構(gòu)支座 第3部分：橡膠支座》附錄H對板式橡膠支座進(jìn)行抗壓測試（檢測方法為1級），按照附錄F對板式橡膠支座進(jìn)行抗剪彈性模量試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)

應(yīng)用同種膠料生產(chǎn)5種不同形狀系數(shù)的板式橡膠支座，其結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。其力學(xué)性能按照J(rèn)T/T 4—2019進(jìn)行判定，結(jié)果如表2所示。

表1 試驗(yàn)用板式橡膠支座的結(jié)構(gòu)參數(shù)

對表2中判定不合格的支座，更換膠料后重新生產(chǎn)并進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，按照J(rèn)T/T 4—2019進(jìn)行判定，結(jié)果如表3所示。

表2 不同形狀因數(shù)板式橡膠支座按JT/T 4—2019測試的力學(xué)性能及其判定結(jié)果

表3 更換膠料后板式橡膠支座按JT/T 4—2019測試的力學(xué)性能及其判定結(jié)果

對表1所列的板式橡膠支座，按照GB/T 20688.4征求意見稿進(jìn)行試驗(yàn)并重新判定，結(jié)果見表4。

表4 不同形狀因數(shù)板式橡膠支座按GB/T 20688.4測試的力學(xué)性能及其判定結(jié)果

另選取一種規(guī)格的板式橡膠支座，按照3種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)并判定，結(jié)果如表5所示。

表5 按照不同標(biāo)準(zhǔn)測定的GBZJ 200×300×41板式橡膠支座的力學(xué)性能及其判定結(jié)果

2.2 E標(biāo)準(zhǔn)值分析

從公式（1）可以看出，板式橡膠支座的E與G和S有關(guān)。同一種膠料的硬度相同即G相同，2個(gè)參數(shù)確定后理論上E1也應(yīng)該與E偏差不大。但從表2可以看出：當(dāng)S較小時(shí)，E1為正偏差；當(dāng)S較大時(shí)，E1為負(fù)偏差。參考公司積累的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析原因可能是E的標(biāo)準(zhǔn)值不太合理，導(dǎo)致偏差參差不齊。

針對公式（1）的不合理性，還可以從國內(nèi)E計(jì)算公式的演變和國內(nèi)外相關(guān)計(jì)算公式的異同兩個(gè)角度進(jìn)行論證。

在我國，板式橡膠支座的E計(jì)算公式一直在變化，在不同時(shí)期對E計(jì)算公式的規(guī)定如表6所示。根據(jù)制定E計(jì)算公式的中交公路規(guī)劃設(shè)計(jì)院的說明，E計(jì)算公式通過對樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸方程計(jì)算得到。樣本數(shù)據(jù)分別來自1992年做的147塊支座試驗(yàn)和2003年標(biāo)準(zhǔn)修訂時(shí)做的42塊支座試驗(yàn)。

從表6可以看出，E與S的關(guān)系從早期的一次函數(shù)發(fā)展成了二次函數(shù)?？芍珽計(jì)算公式僅是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)公式，而不是一個(gè)固定公式。

表6 我國對E計(jì)算公式的規(guī)定變化

查看國內(nèi)鐵道行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 1893—2006《鐵路橋梁板式橡膠支座》，該標(biāo)準(zhǔn)的樣本數(shù)據(jù)來源于1979—1981年鐵道部科學(xué)研究院對160塊不同硬度、不同規(guī)格、不同厚度的板式橡膠支座進(jìn)行的系統(tǒng)的力學(xué)性能試驗(yàn)[1]。該標(biāo)準(zhǔn)中未列出E的計(jì)算公式，僅給出了不同S的板式橡膠支座的E標(biāo)準(zhǔn)值（見表7）。

根據(jù)表7的E標(biāo)準(zhǔn)值，參考公式（1）可以反推出計(jì)算系數(shù)（G為1.1 MPa），可以看出計(jì)算系數(shù)并不是一個(gè)固定值，JT/T 4—2019中公式（1）的計(jì)算系數(shù)5.4是計(jì)算系數(shù)范圍中的一個(gè)數(shù)值。因此，可以間接論證JT/T 4—2019中的E計(jì)算公式僅是經(jīng)驗(yàn)公式。

表7 鐵路板式橡膠支座的E與S的關(guān)系

查看國外標(biāo)準(zhǔn)，歐洲標(biāo)準(zhǔn)（EN 1337-3：2005）規(guī)定E＝5.0GS2；美國標(biāo)準(zhǔn)（AASHTO-LRFD—2007）規(guī) 定E＝6.0GS2；美 國 標(biāo) 準(zhǔn)（AASHTOLRFD—2012）規(guī)定E＝4.8GS2。不同標(biāo)準(zhǔn)的E計(jì)算系數(shù)不同，并且相差較大，充分說明E計(jì)算值的不確定性，同時(shí)，其中規(guī)定的計(jì)算系數(shù)也僅為試驗(yàn)值。因此，E作為板式橡膠支座力學(xué)性能的判定依據(jù)不夠嚴(yán)謹(jǐn)，參考國外經(jīng)驗(yàn)，E計(jì)算公式僅可作為設(shè)計(jì)者估算支座豎向變形量的一種方法。

2.3 E與G的不匹配性

從表3可以看出，降低膠料硬度即降低G后，板式橡膠支座力學(xué)性能才能合格。這說明E和G具有不匹配性[2]。兩個(gè)參數(shù)本應(yīng)都在中值附近，但為了保證支座判定合格，需調(diào)節(jié)2個(gè)參數(shù)的偏差范圍使其產(chǎn)生交集。參考公司積累的大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出：S較小時(shí)，G1為負(fù)偏差；S較大時(shí)，G1為正偏差。兩個(gè)參數(shù)的不匹配性也間接說明了E標(biāo)準(zhǔn)值的不合理性。

2.4 國內(nèi)外板式橡膠支座標(biāo)準(zhǔn)的對比分析

從表4和5可以看出，當(dāng)更改判定標(biāo)準(zhǔn)后，同一塊板式橡膠支座的判定結(jié)果便能由不合格變?yōu)楹细?。GB/T 20688.4征求意見稿參考國外標(biāo)準(zhǔn)，取消了E標(biāo)準(zhǔn)值，只規(guī)定了抗壓剛度一致性。即單塊支座的抗壓剛度允許偏差是3塊支座抗壓剛度平均值的15%。這與歐洲標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的支座抗壓剛度一致性（應(yīng)力-應(yīng)變曲線的斜率無明顯波動(dòng)）及美國標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的壓應(yīng)力與壓應(yīng)變曲線平滑無異常類似，更加科學(xué)合理。同時(shí)考慮到測試設(shè)備的影響，因不同試驗(yàn)機(jī)上下承壓板厚度、噸位不同，引起的支座變形不同，則同一塊支座的測試結(jié)果會(huì)有較大差異（最大誤差可達(dá)到20%）。檢測抗壓剛度一致性即可排除設(shè)備對測試結(jié)果的影響。

3 結(jié)語

“十四五”期間，我國公路橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施仍然有較大的建設(shè)空間，板式橡膠支座作為橋梁結(jié)構(gòu)的重要部件也將發(fā)揮更大的作用。

通過本工作試驗(yàn)結(jié)果和公司積累的大量數(shù)據(jù)可以得出：當(dāng)S較小時(shí)，E1為正偏差，若要保證板式橡膠支座合格，需使G1為負(fù)偏差；當(dāng)S較大時(shí)，E1為負(fù)偏差，若要保證板式橡膠支座合格，需使G1為正偏差。參考國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)，分析得出產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是E標(biāo)準(zhǔn)值不太合理。因此，JT/T 4—2019將E作為板式橡膠支座的判定依據(jù)是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)修訂是一個(gè)逐漸完善的過程，建議相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)制定單位應(yīng)從板式橡膠支座的實(shí)際使用出發(fā)，借鑒國外標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步對板式橡膠支座力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，從而更科學(xué)地衡量板式橡膠支座質(zhì)量。