板式橡胶支座的病害研究 摘要：通过对镇江城市主干道桥梁，共计300多个板式橡胶支座进行检测，发现部分板式橡胶支座存在病害现象，病害类型主要为支座破损开裂、支座转角过大、支座剪切变形通过对各类病害进行分析，了解各类病害成因，通过有限元模拟橡胶支座的转角变形、剪切变形等病害情况，通过使用有限元软件ABAQUS试算得出了支座转角限值和支座剪切角度限值，并考虑两者同时存在时支座转角限值和剪切角限值的关系关键词：支座病害 支座转角 剪切角 ABAQUS 有限元模拟橡胶支座具有造价低廉、安装使用方便、构造简单等特点[1]我国自1965年首次运用板式橡胶支座于公路桥梁以来，经过多年发展，板式橡胶支座已广泛运用于我国的大中小型各类桥梁[2]，并随着设计与制造业的发展不断革新但橡胶支座经长期使用后工况如何，是否失效，缺乏统一的判断失效的标准1橡胶支座的病害调研本次研究针对镇江城市主干道桥梁300多个橡胶支座进行检测，发现损坏支座共43个，其中支座破损开裂3个，支座脱空19个，支座变形21个支座脱空和支座变形为支座失效的主要原因1.1支座破损开裂通常橡胶支座的破损开裂主要有两大原因：(1)橡胶支座安装不规范；(2)橡胶支座质量不过关。
橡胶支座的安装未按照规范要求进行施工安装，造成初始剪切应力过大、脱空等情况；滑板支座移动面未涂硅脂、或涂抹过少，从而导致接触面摩擦力过大产生变形破坏；支座安装方向有误，影响支座的正常转动，产生破裂1.2 支座的转角增大引起的局部脱空橡胶支座转角增大导致支座的局部脱空是支座损害的主要原因之一，引起支座转角变化的因素很多，包括: 设计阶段时仅考虑承载力的验算，未对支座进行转角验算，导致在使用过程中产生转角；预应力梁预拱度设置及徐变变形产生的梁端转角，结构纵横坡设置产生的转角，墩柱变形产生的墩顶转角等通常支座转角的变化引起的局部脱空会使支座局部压应力增大，导致支座局部荷载超过设计要求而产生破坏发生局部脱空时，支座的受力状态发生改变，由原来的均布受压变为偏心受压，产生应力集中的情况，导致破坏同时脱空面长期暴露在空气中，加速橡胶老化影响使用寿命1.3 橡胶支座剪切变形支座的剪切变形主要受梁体的水平力影响，即上部车辆的制动产生的水平力，大跨度桥梁同时还受混凝土的收缩徐变的影响桥梁在使用过程中发生剪切变形属于正常情况，支座通过剪切变形来承受上部结构传递的水平荷载，若剪切变形未超限，则支座的剪切变形满足要求，反之橡胶支座即会发生剪切破坏，造成安全隐患。
2橡胶支座病害的有限元模拟在对桥梁支座进行检测过程中，发现该桥圆形橡胶支座GYZ250mm52mm存在局部脱空情况为进一步研究橡胶支座的受力情况及损伤方式，现根据实际工况进行有限元模拟分析使用有限元软件ABAQUS对橡胶支座的受力变形进行了模拟ABAQUS拥有各种类型的材料模型库，可以模拟典型工程材料的性能2.1 橡胶支座有限元模型的验证为验证有限元模拟正确性，便于之后分析将脱空的橡胶支座取出并进行压缩试验，得到相应的应力应变曲参数，与有限元计算结果进行比较通过模型验证发现实际使用的橡胶支座承载能力略弱于模拟值，这是因为所投入使用的橡胶支座发生了老化，结果具有一定误差，但误差仍在允许范围内，仍可以使用有限元分析来探究橡胶支座的损伤状况2.2橡胶支座转角变化的有限元模拟分析根据设计图纸，橡胶支座的设计强度为10MPa，考虑最不利工况，施加10MPa的压力进行试算，依次对支座转角0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0进行模拟，当橡胶支座脱转角在3.0时，产生的拉应力最大为18.39MPa，超过了 JTG 3362—2018《公路桥梁板式橡胶支座》中规定的橡胶抗拉强度限值17 MPa，橡胶支座已经失效。
进行更进一步的模拟发现，当橡胶支座转角达到2.6时，达到抗拉强度限值17MPa，这里可以将支座转角达到2.6视为橡胶支座的失效值2.3 橡胶支座剪切变形的有限元模拟分析橡胶支座剪切变形过程中同时受竖向和水平力的作用，这里使用设计强度10MPa进行不同剪切角度的模拟，剪切角度正切值分别为0.0、0.5、0.7、1.0从模拟结果可以看出，随着剪切角的增大，橡胶支座的竖向变形和拉应力在不断增大，当剪切角正切值为0.7时，达到限值17MPa可以将剪切角正切值达到0.7定为支座的失效标准2.4 橡胶支座转角和剪切同时存在的有限元模拟分析通常橡胶支座的破坏，由支座转角和剪切变形共同作用产生的，不能只依据单方面的转角变形或剪切变形的的限值来判断支座是否失效，要考虑两者的耦合作用使用有限元软件进行模拟，当橡胶支座在设计强度10MPa作用时，进行大量试算，在橡胶支座内部产生的拉应力达到橡胶支座的失效值17MPa时，支座转角0、0.5、1.0、1.5、2.0、2.6对应的剪切角度的正切值分别为0.7、0.47、0.30、0.16、0.07、0根据结果绘制脱空率和剪切角度正切值相关的失效曲线，如图2.1 图2.1 支座转角和剪切变形共同作用下支座失效曲线图3 结论通过对桥梁的实际检测发现橡胶支座的病害主要有支座转角和剪切变形两大类，对橡胶支座进行了有限元模拟，进而对两种病害形式进行分析，总结出各类条件下的失效情况，为橡胶支座的失效判断提供依据。
1. 橡胶支座的病害有支座破损、支座转角、剪切变形支座破损通常由橡胶支座本身质量不过关、施工不到位引起；支座转角则因设计时未考虑板梁起拱、徐变等因素导致；剪切变形则是桥梁上车辆的水平制动引起，设计时未充分考虑水平力的作用引起的支座剪切变形其中支座转角和剪切变形引起的支座失效较为普遍，设计、施工时应充分考虑2. 对橡胶支座的病害进行有限元模拟，仅考虑局部脱空情况时，支座在设计强度10MPa压力作用下，支座转角达到2.6时，支座失效；仅考虑剪切变形时，在设计强度10MPa压力作用下，支座剪切角正切值达到0.7时，支座失效；两者同时存在的情况下，根据支座转角和剪切角正切值的关系绘制一条失效曲线，支座受力情况超出曲线时，可判定支座失效参考文献：［1］ 包杰．斜曲连续梁桥板式橡胶支座设计关键技术研究［D］.西安: 长安大学公路学院，2015:7－8．［2］ 李建中，汤虎，管仲国．中小跨径板式橡胶支座梁桥新型隔震系统［J］．中国公路学报，2015，28(3):35－43．-全文完-。