板式橡胶支座抗压弹性模量检测方法的试验研究

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  　　在公路桥梁中，广泛应用多层加劲板式橡胶支座。通常，加劲层的材料为若干层薄钢板或钢丝网。在加劲层的作用下，橡胶侧向膨胀可有效地阻止，从而将橡胶片的抗压强度及刚度显著提升，并且上部结构的水平位移要求在比较大的剪切变形能力的作用下可有效满足。抗压弹性模量检测方法是对板式橡胶支座力学性能检测的主要方法，新标准实施之后，计算方法及检测方法相应改变。笔者通过试验研究，分析出影响检测正确的因素及其影响程度。

　　抗压弹性模量检测方法概述

　　涵义

　　1981年，Lindley P.B.提出了橡胶支座竖向刚度计算理论，此理论的建立基础为橡胶体非压缩性弹性理论。实际测量中，该计算理论的应用比较广泛。橡胶体在受竖向压缩力后，体积会产生相应变化，水平方向也会出现一定变形。这就是橡胶支座竖向刚度计算理论的概念。

　　计算公式

　　橡胶支座中包含n层橡胶，橡胶材料不具备压缩性时，在纯压缩状态下，竖向刚度的计算公式为Kv=E1A0/n t1，其中，E1表示橡胶纵弹性模量，A0代表橡胶支座有效承载面积，t1表示单层橡胶的厚度。

　　自动测试系统设计思路

　　自动测试系统由压力试验机、传感器、专业检测软件等部分构成。检测抗压弹性模量时，需要实时采集竖向力及竖向压缩变形的相关数据，在分析数据的基础上，将应力应变曲线绘制出来，接着进行自动分析，并将检测结果计算出来，计算完成会对存在的偏差进行统计。检测过程中，是否加压完毕，可向用户实时提示。在自动测试系统的作用下，大大减少了人力的使用，有效避免了人为操作错误的存在，将误差控制在合理的范围内，保证检测的准确性。

　　抗压弹性模量检测方法在工程实例中的研究

　　实例概述及自动测试流程

　　笔者选择的板式橡胶支座实例尺寸为直径140mm，成品高25m m，中间层橡胶厚4m m，钢板厚2m m，钢板直径为130mm，铺设3层，有效承载面积15366mm2，形状系数7.0，橡胶层总后厚度20m m。依据新标准规定，测试实例抗压弹性模量，范围设定在（303±60）M P a。测试结果会受到加载方法影响，为准确地对影响进行评价，设计施力方案时，共有两套。一套是非标准规定的施力法，进行加载和卸载时，采用常规速率来进行，施力循环3次；另一套是标准规定的施力法，进行加载和卸载时，按照新标准规定严格进行施力，荷载增加至4M P a后，持续2min，此时将变形值采集出来，再将荷载逐级加载，每级均为2MPa，加载一级之后持续2min，并对变形值进行采集，然后再进行下一级。第一套方案实施后，与标准规定相比，偏差超出了3%，由此，支座在加载卸载过程中，滞后性非常明显；而第二套方案实施之后，与标准规定相比，偏差小于3%，由此，荷载持续120s的过程中，支座的蠕变现象比较明显。将这两方案的偏差相比较，第一套方案明显大于第一套方案，而且超出了规定的允许偏差范围。

　　检测过程中的不确定度

　　利用抗压弹性模量法检测时，误差客观存在，因此，对测量结果提出不确定度的方法。计算不确定度的数值时，受到支座对不同控制参数响应不同的影响，计算出来的数值并不具备单一性。通常，计量参数及材料和试验参数是两个主要影响测定结果准确度的因素。同时，各种试验参数也会产生一定的影响。判定测量结果的准确度时，如果存在不确定度较大参数时，应谨慎进行。在自动测试系统测试时，相应参数的设置必须要严格按照规定进行。

　　与材料无关的参数测量不确定度

　　依据相关规定，结果数值需要进行修约。考虑不确定度时，修约是必须考虑的一个因素。在测量过程中，需要采用图形记录仪、2000kN试验机、引伸计及游标卡尺进行，而这些测量设备和器具本身也存在一定的不确定度。不过，这可以利用检定证书及相关资料中的数据计算。测试的开展需要通过测试人员来进行，测试人员不同时，理解的标准、量具的读数均有所差别，而差别的存在同样会对测试结果的准确度产生影响。试验过程中，可通过多次试验提升检测结果的准确性。

　　测试人员利用相应的检测方法对板式橡胶支座进行测量时，会存在运用上的差异性，这也将会对测量的确定度产生影响，提升操作人员操作的规范性可降低此种影响。应变速率控制参数对支座的影响非常大，而弹性模量与应变速率之间存在一定的关联性。试验过程中，速率和荷载持续时间的测定应严格按照新标准进行，材料性能会受到应变速率的影响。将影响计算出来后，再进行累计误差的计算。

　　除了上述非材料参数因素外，支座实例本身也存在测量不确定度。比如试样有效承载面积存在的误差、支座橡胶总厚度存在的误差、支座成品高度测量时发生的误差、钢板厚度测量时发生的误差等。另外，试验室的温度、湿度均会影响测量结果的确定度。

　　总测量不确定度

　　进行测量时，与材料无关的影响参数比较多，各种影响参数均会导致测量过程中产生一定的误差。这些误差累积在一起，会形成比较大的误差，从而严重降低测量结果的准确度。对此，处理这些误差时，应十分谨慎。对于精密度和不确定度的估量，在相关的标准及不确定度的表达指南中有明确的指导。

　　利用抗压弹性模量检测方法对板式橡胶支座进行检测时，各种试验参数的误差最大允许测量不确定度有着明确的标准。比如压力试验机位移计，其参数包含压力和四只压缩量，允许存在的误差范围为规定值±1%之间及±2%之间，再加上其他参数允许存在的误差范围，最终，将总的测量不确定度计算出来。总测量的不确定确定之后，可有效提升判断结果的准确定。

　　结论

　　板式橡胶支座是公路桥梁的重要组成部分，在公路桥梁运行过程中，橡胶支座受到竖向的压力后会变形，当支座的抗压能力较差时，对公路桥梁运行的安全性会产生比较大的影响。通过抗压弹性模量检测方法的应用，以及对测量结果不确定度的分析，有效地对累积误差进行控制，减小测量结果中存在的误差，提升测量结果的准确性，从而为公路桥梁的建设提供科学的依据。