【橡膠技術(shù)網(wǎng) - 技術(shù)文章】

  　　在公路橋梁中，廣泛應(yīng)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(wǎng)。在加勁層的作用下，橡膠側(cè)向膨脹可有效地阻止，從而將橡膠片的抗壓強(qiáng)度及剛度顯著提升，并且上部結(jié)構(gòu)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(xué)性能檢測的主要方法，新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之后，計(jì)算方法及檢測方法相應(yīng)改變。筆者通過試驗(yàn)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(jì)算理論，此理論的建立基礎(chǔ)為橡膠體非壓縮性彈性理論。實(shí)際測量中，該計(jì)算理論的應(yīng)用比較廣泛。橡膠體在受豎向壓縮力后，體積會產(chǎn)生相應(yīng)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(jì)算理論的概念。

　　計(jì)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(shí)，在純壓縮狀態(tài)下，豎向剛度的計(jì)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(shè)計(jì)思路

　　自動測試系統(tǒng)由壓力試驗(yàn)機(jī)、傳感器、專業(yè)檢測軟件等部分構(gòu)成。檢測抗壓彈性模量時(shí)，需要實(shí)時(shí)采集豎向力及豎向壓縮變形的相關(guān)數(shù)據(jù)，在分析數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，將應(yīng)力應(yīng)變曲線繪制出來，接著進(jìn)行自動分析，并將檢測結(jié)果計(jì)算出來，計(jì)算完成會對存在的偏差進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。檢測過程中，是否加壓完畢，可向用戶實(shí)時(shí)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(cuò)誤的存在，將誤差控制在合理的范圍內(nèi)，保證檢測的準(zhǔn)確性。

　　抗壓彈性模量檢測方法在工程實(shí)例中的研究

　　實(shí)例概述及自動測試流程

　　筆者選擇的板式橡膠支座實(shí)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(shè)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(jù)新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，測試實(shí)例抗壓彈性模量，范圍設(shè)定在（303±60）M P a。測試結(jié)果會受到加載方法影響，為準(zhǔn)確地對影響進(jìn)行評價(jià)，設(shè)計(jì)施力方案時(shí)，共有兩套。一套是非標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的施力法，進(jìn)行加載和卸載時(shí)，采用常規(guī)速率來進(jìn)行，施力循環(huán)3次；另一套是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的施力法，進(jìn)行加載和卸載時(shí)，按照新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定嚴(yán)格進(jìn)行施力，荷載增加至4M P a后，持續(xù)2min，此時(shí)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(jìn)行采集，然后再進(jìn)行下一級。第一套方案實(shí)施后，與標(biāo)準(zhǔn)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(shí)施之后，與標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，誤差客觀存在，因此，對測量結(jié)果提出不確定度的方法。計(jì)算不確定度的數(shù)值時(shí)，受到支座對不同控制參數(shù)響應(yīng)不同的影響，計(jì)算出來的數(shù)值并不具備單一性。通常，計(jì)量參數(shù)及材料和試驗(yàn)參數(shù)是兩個(gè)主要影響測定結(jié)果準(zhǔn)確度的因素。同時(shí)，各種試驗(yàn)參數(shù)也會產(chǎn)生一定的影響。判定測量結(jié)果的準(zhǔn)確度時(shí)，如果存在不確定度較大參數(shù)時(shí)，應(yīng)謹(jǐn)慎進(jìn)行。在自動測試系統(tǒng)測試時(shí)，相應(yīng)參數(shù)的設(shè)置必須要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行。

　　與材料無關(guān)的參數(shù)測量不確定度

　　依據(jù)相關(guān)規(guī)定，結(jié)果數(shù)值需要進(jìn)行修約�？紤]不確定度時(shí)，修約是必須考慮的一個(gè)因素。在測量過程中，需要采用圖形記錄儀、2000kN試驗(yàn)機(jī)、引伸計(jì)及游標(biāo)卡尺進(jìn)行，而這些測量設(shè)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(guān)資料中的數(shù)據(jù)計(jì)算。測試的開展需要通過測試人員來進(jìn)行，測試人員不同時(shí)，理解的標(biāo)準(zhǔn)、量具的讀數(shù)均有所差別，而差別的存在同樣會對測試結(jié)果的準(zhǔn)確度產(chǎn)生影響。試驗(yàn)過程中，可通過多次試驗(yàn)提升檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。

　　測試人員利用相應(yīng)的檢測方法對板式橡膠支座進(jìn)行測量時(shí)，會存在運(yùn)用上的差異性，這也將會對測量的確定度產(chǎn)生影響，提升操作人員操作的規(guī)范性可降低此種影響。應(yīng)變速率控制參數(shù)對支座的影響非常大，而彈性模量與應(yīng)變速率之間存在一定的關(guān)聯(lián)性。試驗(yàn)過程中，速率和荷載持續(xù)時(shí)間的測定應(yīng)嚴(yán)格按照新標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行，材料性能會受到應(yīng)變速率的影響。將影響計(jì)算出來后，再進(jìn)行累計(jì)誤差的計(jì)算。

　　除了上述非材料參數(shù)因素外，支座實(shí)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(shí)發(fā)生的誤差、鋼板厚度測量時(shí)發(fā)生的誤差等。另外，試驗(yàn)室的溫度、濕度均會影響測量結(jié)果的確定度。

　　總測量不確定度

　　進(jìn)行測量時(shí)，與材料無關(guān)的影響參數(shù)比較多，各種影響參數(shù)均會導(dǎo)致測量過程中產(chǎn)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(yán)重降低測量結(jié)果的準(zhǔn)確度。對此，處理這些誤差時(shí)，應(yīng)十分謹(jǐn)慎。對于精密度和不確定度的估量，在相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)及不確定度的表達(dá)指南中有明確的指導(dǎo)。

　　利用抗壓彈性模量檢測方法對板式橡膠支座進(jìn)行檢測時(shí)，各種試驗(yàn)參數(shù)的誤差最大允許測量不確定度有著明確的標(biāo)準(zhǔn)。比如壓力試驗(yàn)機(jī)位移計(jì)，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(jì)算出來。總測量的不確定確定之后，可有效提升判斷結(jié)果的準(zhǔn)確定。

　　結(jié)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(yùn)行過程中，橡膠支座受到豎向的壓力后會變形，當(dāng)支座的抗壓能力較差時(shí)，對公路橋梁運(yùn)行的安全性會產(chǎn)生比較大的影響。通過抗壓彈性模量檢測方法的應(yīng)用，以及對測量結(jié)果不確定度的分析，有效地對累積誤差進(jìn)行控制，減小測量結(jié)果中存在的誤差，提升測量結(jié)果的準(zhǔn)確性，從而為公路橋梁的建設(shè)提供科學(xué)的依據(jù)。