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1、公路工程检测技术精品课程 173 第十三章第十三章 桥梁支座和伸缩装置检测桥梁支座和伸缩装置检测 【内容提要】 教学内容： 1.板式橡胶支座的试验检测方法。 2.桥梁伸缩缝试验检测方法。 教学要求： 应知：了解桥梁支座与伸缩缝的作用、分类及构造特征。 应会：掌握桥梁支座与伸缩缝的试验检测方法。 第一节第一节板式橡胶支座板式橡胶支座 一、板式橡胶支座的检测一、板式橡胶支座的检测 (一)板式桥梁橡胶支座构造特性：板式桥梁橡胶支座(见图13-1)通常由若干层橡胶 片与以薄钢板为刚性加劲物组合而成，各层橡胶与上下钢板经加压硫化牢固的粘接成为 一体。支座在竖向荷载作用下，具有足够的刚度，主要是由于嵌入橡
2、胶片之间的钢板限 制橡胶的侧向膨胀。在水平力作用下，支座的水平位移量取决于橡胶片的净厚度。在运 营期间为防止嵌入钢板的锈蚀，支座的上下面及四边都有橡胶保护层。目前一般在支座 顶部设计成橡胶球冠形（称之为橡胶球冠支座），使桥梁结构的受力状况更接近于计算 模型。如果结构有滑动要求时，在橡胶支座的底部加设四氟滑板层（此时在支座垫板上 需要设置不锈钢板层）。 图 13-1板式橡胶支座结构 (二)板式桥梁橡胶支座的技术要求：交通部行业标准(JTT4-93)规定了桥梁板式 橡胶支座标准系列规格，其设计参数应符合表13-1，支座成品力学性能指标及质量要求 应符合表13-26的规定，标准系列规格以外型式的支座
3、应根据试验结果自行确定设计 参数 第十三章桥梁支座和伸缩装置检测 174 标准系列规格支座设计参数标准系列规格支座设计参数表表13-113-1 注：当温度低于-30时，抗剪弹模值应增大20，四氟滑板与不锈钢板间摩擦系数小值应增 大30。四氟板与不锈钢板间若不加润滑硅脂时，摩擦系数加倍。 支座解剖检验支座解剖检验表表13-213-2 支座成品力学性能指标支座成品力学性能指标表表13-313-3 每块支座成品外观检验每块支座成品外观检验表表13-413-4 (MPa) G (MPa) E (MPa) tgtgf 矩形支座圆形支座 E=53S-41.8 S-支座形状系数 不计 制动力 计制 动力 钢
4、筋混 凝土桥 钢 桥 0.06 10.012.51.00.50.713001500 项目质量要求 锯开后胶层厚度 胶层厚度必须均匀， 为 5mm 或 8mm 时， 其偏差为额定 厚度的10%；为 1lmm 时，其偏差不得大于土 1mm； 为 15mm 或 18mm 时，其偏差不得大于1.3mm 钢板与橡胶粘结 钢板与橡胶粘结应牢固， 且无离层现象， 其平面尺寸偏 差为1mm，上下保护层偏差土 0.5mm 剥离胶层(应按 GB527 规定制成试样) 剥离胶层后， 测定橡胶性能与规定的标准值相比， 拉伸 强度下降不大于 20，扯断伸长率下降不大于 35。 项目 指标 矩形支座圆形支座 极限抗压强度
5、 Ru(MPa)7075 抗压弹性模量 E(MPa)EE20EE20 抗剪弹性模量 G(MPa)GG15GG15 橡胶片允许剪切角正切值tga0.70.7 支座允许转角正切值 tg 钢筋混凝土桥13001300 钢桥15001500 四氟板与不锈钢板表面摩擦系数f(加硅脂时)0.060.06 项目质量要求(不允许有以下三项缺陷同时存在) 气泡、杂质 气泡、 杂质总面积小得超过支座平面面积的 0.1，且每一 处气泡、杂质面积不能大于 0.5m2，最大深度不超过 2mm 公路工程检测技术精品课程 175 (三)板式桥梁橡胶支座检验方法 桥梁橡胶支座检验有型号检验、出厂检验和使用前抽检三种质量控制环
6、节。型号检 验是指厂家在投产、胶料配方改变、工艺和结构型式改变及正常生产中质检部门或国家 监督机构定期检测。 出厂检验必须由厂家质量管理部门进行检验， 确认合格后才可出厂 ， 供货时必须附有产品质量合格证明文件及合格证。而桥涵工程使用前抽检是指针对具体 支座的设计要求，以行业标准为依据，进行的常规性检验。通常应在支座进人工地后抽 取一定比例送检，主要检验项目有支座成品力学性能检验、支座成品解剖检验和外观、 几何尺寸检验等。 支座成品平面尺寸偏差范围支座成品平面尺寸偏差范围表表13-513-5 凹凸不平 当支座平面面积小于 1500cm2时， 不多于2处； 大于1500cm2 时，不得多干 4
7、处且每处凹凸高度不超过 0.5cm，面积不 超过 6cm2. 四侧面裂纹、钢板外露不允许 掉块、崩裂、机械损伤不允许 钢板与橡胶粘接处开裂或剥落不允许 支座表面不平整度 橡胶支座：小于或等于平面最大长度的 0.4； F4 滑板式支座：小于等于四氟板平面最大长度的 0.2 四氟滑板表面划痕、碰伤、敲击不允许 四氟板与橡胶支座粘贴错位不得超过橡胶支座短边或直径尺寸的 0.5 矩形支座圆形支座矩形支座圆形支座 长边或短边 范围(mm) 偏差 (mm) 直径范围 (mm) 偏差 (mm) 长边或短边 范围(mm) 偏差 (mm) 直径范围 (mm) 偏差 (mm) 100200 +2 0 d250 +
8、2 0 400 +6 0 550d750 +6 0 200300 +4 0 250d400 +4 0 D750 +7 0 300400 +5 0 400d550 +5 0 第十三章桥梁支座和伸缩装置检测 176 支座成品厚度偏差范围支座成品厚度偏差范围表表13-613-6 1.抗压弹性模量检验 试验方法为通过中心受压试验，得出橡胶支座的应力应变曲线，并据此求出支座的 抗压弹性模量， 实测出使用应力下支座的最大压缩量并观察支座在受压情况下的工作状 态。大量的试验研究表明，橡胶支座在受压荷载作用下，在压应力不大时，支座的应力 应变是非线性关系，即-关系开始有一曲线段；其后随着荷载的逐步加大，压缩变
9、 形几乎成比例增加，则-曲线呈线性关系，卸载后变形基本上可完全恢复原位。橡 胶支座抗压弹性模量就是根据上述曲线中的直线段确定的。其试验步骤为： (1)将橡胶支座成品直接置于试验加荷装置承压板上，对准中心，加荷至压力应为 1.0Mpa，在承载板的四角对称安装四只位移计。 (2)进行预压，将压应力缓缓增至，持荷5min，然后卸至应力为1.OMpa记录百 分表初始值，预压三次。 (3)正式加载。每一加载循环自1=1.OMPa开始，每级压应力为1.OMpa，持荷3min， 读取百分表读数， 至为止， 然后卸载至压应力为1.0Mpa。10min4后进行下一个循环 。 加载过程连续进行三次。 以承载四角所
10、测得的变位平均值作为各级荷载下试样的累计压缩变形，按试样 橡胶层的总厚度i求出在各级试验荷载作用下试样的累计压缩应变i。 试样抗压弹性模量按正式计算： （13-1） 10 5 10 5 2 )( )( ii i E 式中：i第i级试验压应力，Mpa； 试验压力的算术平均值，Mpa； i第i级试验荷载作用下的累计压缩应变值； E试件的抗压弹性模量，Mpa； 矩形支座圆形支座矩形支座圆形支座 厚度范围 (mm) 偏差 (mm) 厚度范围 (mm) 偏差 (mm) 厚度范围 (mm) 偏差 (mm) 厚度范围 (mm) 偏差 (mm) 1428 +1 0 2170 +2 0 78 +4 0 1502
11、00 +5 0 2849 +2 0 70f110 +3 0 200250 +6 0 4978 +3 0 110150 +4 0 250 +7 0 公路工程检测技术精品课程 177 每块试件的抗压弹性模量E为三次加载过程所得的三个结果的算术平均值。但单项 结果和算术平均值之间的偏差不应大于算术平均值的10%，否则应重新试验一次。 橡胶支座在一定的压力作用下，其竖向变形主要由两个因素决定。一是支座中间橡 胶片与加劲钢板接触面的状态，即是橡胶与钢板粘接的质量，如果粘接牢固，橡胶的侧 向膨胀受到钢板的约束减少了支座的竖向变形，反之则增大竖向变形。同批支座中，个 别支座受压后变形比同类支座相比差异比较大
12、，说明在支座加工时，胶片与钢板的粘接 处存在缺陷，达不到极限抗压强度时会有剧响。第二个决定作用的因素是支座的受压面 积与其自由膨胀侧面积之比值，常称之为形状系数。对于矩形支座 （13-2） iba ba LL LL S )(2 对于圆形支座 （13-3） i d S 4 式中：S形状系数； La支座短边长度，mm； La支座长边长度，mm； i支座中间单层橡胶片厚度，mm； d圆形支座的直径，mm； 支座抗压弹性模量容许值按正式计算： （13-4） 16266SE 2.极限抗压强度检验 由于桥梁支座的极限抗压强度很大， 因此部颁标准规定了70Mpa（矩形支座） 和75Mpa （圆形支座）作为橡
13、胶支座的极限抗压强度，极限抗压强度检验可在抗压弹模试验完成 后按每分钟1.0MPa的加荷速率加载至压应力达到极限抗压强度为止，并随时观察，支座 完好无损，其指标合格。 3.抗剪弹性模量检验 由于梁体受温度、 收缩徐变及车辆自动力等环境重要条件产生的水平位移将使支座 产生剪切变形，而橡胶支座水平位移量的大小主要取决于橡胶片的净厚度，也就是说， 支座的剪切变形，而橡胶支座水平位移是靠胶层的变形产生的，我国交通部行业标准规 定了橡胶支座的剪切模量检验办法。 橡胶支座弹性模量试验是以正压力为容许应力，并在剪切过程中保持不变的情况 第十三章桥梁支座和伸缩装置检测 178 下，采用2块支座用中间钢拉板推或
14、拉组成双剪装置，橡胶支座的顶面或底面必须以实 桥（钢筋混凝土梁或钢梁）设计图纸一致，而且中间钢拉板的对称轴应力和加载设备的 中轴处在同一垂直面上。剪切变形量的量测一般采用两个大标距的位移传感器或百分 表，正压力和剪切力一般采用力的传感器进行量测控制。正式检验前应进行预载，以控 制安装偏差和消除初应力，正式加载时，施加水平力至剪应力=1.0Mpa后持荷5min， 然后卸载至剪应力=0Mpa。10min后进行下一个循环。加载过程连续进行三次。将各级 水平荷载下位移所测出的试样累计为水平变形，按试样橡胶层的总厚度i求出在各 级试验作用下试样的累计剪切应变i。 抗剪弹性模量按正式计算： （13-5）
15、10 3 10 3 2 )( )( i ii i i G 式中：i第i试验剪应力，Mpa； 试验剪应力的算术平均值，Mpa； i第i级试验荷载作用下的累计剪切应变值； G试样的抗剪弹性模量，Mpa。 每两个检验支座所组成试样综合剪弹性模量G为这组试样三次加载所得到的三个结 果的算术平均值。但各单项结果与算术平均值的偏差不应大于算术平均值的10%，否则 该试样应重新进行一次试验。 4.容许剪切角检验 容许剪切角试验方法与抗剪弹性模量试验方法一样，并可以于抗剪弹性模量试验同 时完成。 试样的容许剪切角按正式计算 （13-6） G tg max 式中：试验最大剪应力，Mpa； max G试样的抗剪弹性模量，Mpa； tg试样橡胶片容许剪切角的正切值。 5.摩擦系数检验 摩擦系数试验，除要求必须对四氟板与不锈钢板进行检验外，对橡胶与混凝土、橡 公路工程检测技术精品课程 179 胶与钢板间的摩擦系数试验可按需要或用户要求进行检验。 施加压应力至，并在整个摩擦系数试验过程中保持不变。 逐级均匀施加水平力，每级间隔30s增加水平剪应力为0.2MPa，至支座试样与混凝 土板、钢板、不锈钢板试样接触面间发生滑动时为止，记录此时水平剪应力。试验过程 连续进行三次。 试样的摩擦系数按下式计算，并求出三次的算术平均值。 （13-7）
