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橡胶支座安装过程中异常现象的分析与排除
作者: 本站  来源: 百度文库  时间:2018-08-21  字体:[  复制 打印 网址
    橡胶支座是桥梁结构的一个重要组成部分,是连接桥梁上部结构和下部结构的重要构件,是直接影响桥梁寿命与行车安全的关键。
    橡胶支座在我国应用的近三十年间,经过研究与提高,在桥梁工程上得到了广泛应用,对提升桥梁的使用寿命和行车舒适性及安全性提供了可靠保证。橡胶支座就其本身技术而言在我国已成熟。但是,一个完善的技术具体到应用过程中,还应本着科学合理选型,严格制造工艺,正确安装使用三要素并举的原则,才能充分体现其技术应具备的功能。
    橡胶支座基本涵盖板式橡胶支座(图示1)和盆式橡胶支座两个类型的支座。本文主要就板式橡胶支座在安装使用过程中的常见异常现象与大家共同探讨。

    图示1
    板式橡胶支座的主要功能是将桥梁上部结构的反力可靠地传递给墩台,并同时能完成梁体结构所需要的变形(水平位移及转角)。根据这些要求,板式橡胶支座应在垂直方向具有足够的刚度,从而保证在最大竖向荷载作用下板式橡胶支座产生较小的变形;在水平方向则应具有一定的柔性,以适应梁体由于受制动力、环境、温度、混凝土的收缩和徐变及荷载作用等引起的水平位移;同时板式橡胶支座还应适应梁端的转动。
    一、板式橡胶支座的初始剪切变形现象(图示2)

    图示 2
    这种现象在板式橡胶支座安装就位,梁体落梁或现浇梁拆除模板后的近期内表现较为普遍。其原因1是由于环境温度的变化和混凝土的收缩徐变而导致。 2是由于落梁过程中在板式橡胶支座受到初始压力后人为的移动梁体而导致。原因1的避免方法交通部公路规划设计院一九八八年组织汇编的《板式橡胶支座》一书中提到:安装板式橡胶支座最好在年平均气温时进行,以减少由于环境温度变化而造成梁体膨胀或收缩给板式橡胶支座造成的不应有的初始剪切变形。当不可避免一定要在最高环境温度或最低环境温度条件下安装施工时, 可使用板式橡胶支座产生预变位的办法。但是,这一方案在施工过程中由于受多种因素的制约难以实现。我们在多年的现场服务中总结了一些经验,在这里介绍大家,供大家在板式橡胶支座安装施工过程中予以参考。
    板式橡胶支座在安装施工过程中,在有条件的前题下应对环境温度予以考虑,另外主要是保证在落梁的时候避免板式橡胶支座发生初始剪切。在落梁后不要急于拆除架梁设施,待每片梁落下后要仔细检查板式橡胶支座是否有初始剪切现象,如果有一定要进行调整,调整这种现象只需稍微的起高一侧梁端,板式橡胶支座就会在自身弹性作用下自动复位,做到了这一点就为板式橡胶支座的初始剪切变形减少了很大的不利因素。在桥面铺装前还应对板式橡胶支座的剪切变形进行一次检查调整,这次检查调整要尽量选择靠近年平均气温的天气,这时架梁设施已拆除,可使用千斤顶等相应工具将梁端稍微顶起,板式橡胶支座应自动复位,否则应予以更换。桥梁铺装前应重新检查已使用的板式橡胶支座,因为这个时候梁体经过了一个较长时期的收缩徐变已趋于稳定,而且桥面尚未铺装,每一片梁的每一端均可单独升高,施工简单而方便,所以该环节应引起施工现场工程技术人员的高度注意。
    在实际应用过程中,板式橡胶支座因受外力约束而被剪切变形,是板式橡胶支座本身具备的功能。我们在这里探讨的是减少板式橡胶支座的剪切变形,因为板式橡胶支座在受到过大的剪切变形后会加剧橡胶的老化,导致板式橡胶支座的使用寿命降低。在检查这一状态时可根据当时的环境气温,结合当地年平均气温,依据JTG D62-2004交通行业桥涵设计规范中的相关章节进行计算复核。板式橡胶支座的允许剪切模量为1.0Mpa,允许剪切角正切值tga≤0.7,所以板式橡胶支座在外力因素的影响下,其最大剪切角正切值不大于0.7时不影响它的使用性能(图示3)。

    图示 3
    二、板式橡胶支座承压后侧面波纹状凹凸现象(图示4)

    图示 4
    由于板式橡胶支座是由多层橡胶与多层钢板交替平行叠置并通过硫化工艺相互粘连制成,橡胶层的厚度和钢板的厚度由板式橡胶支座的规格及形状系数确定,板式橡胶支座的单层橡胶厚度大致分为:5㎜、8㎜、11㎜、15㎜、18㎜,板式橡胶支座的单层钢板厚度大致分为:2㎜、3㎜、4㎜、5㎜。由于其结构的特性,当板式橡胶支座受到垂直荷载的时候,在橡胶层厚度不同的支座上,其橡胶层处会出现明显或不明显的弧形突凸、钢板处会出现弧形凹槽状,因此形成了板式橡胶支座的侧面波纹状凸凹现象。这种现象从理论上讲应视为正常现象,但这种正常现象应表现为板式橡胶支座四周侧面的波纹状凸凹应基本一致,否则应视为异常现象。异常现象的产生基本上有两种因素造成, 1 是梁体偏压板式橡胶支座。也就是说在梁体的作用下,板式橡胶支座的受力点未在中心。该现象轻者表现在同块板式橡胶支座上波纹状凸凹现象不一致,重者造成板式橡胶支座单边脱空(图示5)。 2 是梁底预埋钢板不平,其表面是由于焊接钢筋引起的钢板弯曲变形。
 
    图示 5
    原因1解决的方案是:在吊梁前对梁体和墩台支承垫石进行检查,检查梁端底面与板式橡胶支座相关联处是否平整、两个板式橡胶支座相关联处是否平行。如不符合应即时修整,应杜绝落梁后使用填塞楔形块的解决方法。关于原因 2 ,应在梁底钢板焊接与制造中解决。往往有部分施工单位为了节约成本忽略了梁底钢板的质量问题,直接用毛坯钢板作为梁底钢板或焊接锚固钢筋后不进行调整,因此引起了钢板弯曲变形。因为这些原因的存在使得落梁后板式橡胶支座产生压偏现象,另外因梁底钢板的弧形弯曲变形落梁后至使板式橡胶支座周边预先受力,使板式橡胶支座的波纹状凸凹现象更为明显。较大的波纹状凸凹现象将会加剧板式橡胶支座的老化,从而出现表面龟裂现象。如梁体已预制完成或因种种原因造成了不可调整的事实,建议采用环氧树脂进行修复以达到预埋钢板表面平整之目的。
    三、板式橡胶支座中滑板支座的较大剪切变形
    由于受施工环境的约束,滑板支座的施工显的比较重要,要保持滑板支座的四氟板表面和与之摩擦的不锈钢板表面清洁,应首先把工作环境营造好,才能保证板式橡胶支座实现正常的工作状态。在施工现场常见滑板支座由于不滑动而造成支座发生较大的剪切变形现象,这种现象主要是因滑动摩擦面有杂质、不光滑或未加硅脂油引起。为防止这种现象发生,必须在落梁前排除以上不利因素,对于滑板支座的施工,一定要依据相关规范用棉丝沾丙酮或酒精擦干净摩擦表面,将板式橡胶支座上的贮油槽内注满指定的硅脂润滑油。正确的操作才能实现摩擦系数≤0.03的结果,水平剪力一旦大于正压值力的3%即会产生滑动,因此可避免较大剪切变形。但是在这里需要说明的是:滑板支座在获得正确的安装后也会有小的剪切变形,其变形量可通过下列公式计算得出。

    —滑动前的板式橡胶支座剪切变形量 单位:毫米
    0.03—滑板支座额定的摩擦系数
    —板式橡胶支座实际荷载正压力 单位:N
    —板式橡胶支座橡胶层总厚度 单位:毫米
    —板式橡胶支座的平面面积 单位:mm2
    —板式橡胶支座额定弹性模量(1.0Mpa)
    注:由于现场各方面条件不利因素的存在,在计算时其摩擦系数可设定为0.05~0.06。
    四、质量确认难
    上述三类情况是板式橡胶支座在安装使用过程中常见的异常现象,异常现象不能及时排除将会降低板式橡胶支座的使用寿命。但是有一个隐形的异常现象也不容忽视,那就是较大型的板式橡胶支座的质量确认。因为我国目前受检测能力的限制,无法对大型板式橡胶支座进行实体检验,相关技术资料也不能为此确定一个较为完善的技术数据和验证条款,严格的讲其技术数据的科学性和产品质量的符合性都无法确认和保证。也因此给市场造成了混乱,给工程的施工单位和监理单位带来了困惑,给工程埋上了质量隐患。为此建议桥梁设计单位,承载力超过3000KN的支座尽量选用盆式橡胶支座,以确保工程质量。
    铁道部科学研究院研究员庄军生老师编著的《桥梁支座》一书中有关章节显示:“根据国内外技术资料表明,在正常情况下在我国板式橡胶支座使用寿命50年应是没有什么问题的……。”当然这需要设计、制造、施工各过程都要有一个严肃认真的态度才能实现。
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