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臺灣橡膠支座超轉(zhuǎn)角的原因和控制措施

     橡膠支座是連接橋梁上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)的重要結(jié)構(gòu)部件。它必須具有足夠的承載能力，以保證安全可靠地傳遞支座反力。同時，橡膠支座對橋梁變形的約束應(yīng)盡可能小，以便能夠讓梁體自由伸縮及轉(zhuǎn)動。支座的轉(zhuǎn)動必然引起支座的轉(zhuǎn)角，支座的實際轉(zhuǎn)角有2個方面，一是上部結(jié)構(gòu)彎曲變形，這只是支座轉(zhuǎn)角的一部分，是臨時作用在支座上的；二是縱坡、橫坡和施工安裝誤差引起的轉(zhuǎn)角，這一部分的轉(zhuǎn)角長期作用在支座上，所以要加以重視。 
     橡膠支座實際轉(zhuǎn)角要控制在允許范圍內(nèi)，按支座在使用時不出現(xiàn)脫空的條件來進行控制。因此，在橡膠支座設(shè)計時不僅要控制豎向壓應(yīng)力，還必須對其轉(zhuǎn)角加以嚴格控制。支座在轉(zhuǎn)動時，鋼板與膠層粘結(jié)的邊緣存在剪應(yīng)變集中現(xiàn)象，引起較大的局部剪應(yīng)變，如果轉(zhuǎn)角不加以嚴格控制，實際轉(zhuǎn)角過大，將導(dǎo)致橡膠支座局部脫空，膠層局部變形，引起層開裂，這樣就會導(dǎo)致橡膠支座過早劣化，降低支座的使用壽命。本文著重探討產(chǎn)生支座超轉(zhuǎn)角的原因和相應(yīng)的控制措施。 
一，橡膠支座轉(zhuǎn)動的原因 
（1）梁的彎曲變形； 
（2）橋梁縱橫坡的影響； 
（3）混凝土面的不平整度； 
（4）施工時的安裝誤差。 
二，橡膠支座自身轉(zhuǎn)動性能的影響 
     橡膠支座自身轉(zhuǎn)動性能取決于使用時豎向壓縮的變形量，該變形量的大小取決于支座的設(shè)計應(yīng)力、膠層總厚度和抗壓彈性模量。根據(jù)實際經(jīng)驗總結(jié)，橡膠支座的設(shè)計應(yīng)控制在10MPa左右。凡是影響到支座的膠層總厚度和抗壓彈性模量的因素都會影響到支座的轉(zhuǎn)動性能。其中比較大的因素有： 
（1）溫度的影響 
     常溫下橡膠支座的剪變模量為1.0MPa，其隨橡膠變冷而逐漸增加。而這種增加必然會引起橡膠支座抗壓彈性模量的增加，從而使豎向壓縮變形減少，按不脫空條件來校核，設(shè)計允許轉(zhuǎn)角降低。 
（2）形狀系數(shù)的影響 
     同一種規(guī)格的橡膠支座形狀系數(shù)越大，其抗壓彈性模量越大，設(shè)計允許轉(zhuǎn)角越小，轉(zhuǎn)動性能越低。反之橡膠支座形狀系數(shù)越小，抗壓彈性模量越小，設(shè)計允許轉(zhuǎn)角越大，轉(zhuǎn)動性能越高。因此對形狀系數(shù)大的橡膠支座，應(yīng)適當增加橡膠層總厚度來提高其轉(zhuǎn)動性能。 
（3）抗壓彈性模量不確定的影響 
     當抗壓彈性模量以標準值計算時，能滿足轉(zhuǎn)角的設(shè)計要求；以標準值的1.2倍計算時，不滿足轉(zhuǎn)角的設(shè)計要求。因此，在設(shè)計橡膠支座轉(zhuǎn)角時必須考慮抗壓彈性模量的變化范圍。 
三，橡膠支座超轉(zhuǎn)角的危害 
     橡膠支座的允許轉(zhuǎn)角大部分是在0.01rad以下，如果超過這個范圍，橡膠支座就會處于超轉(zhuǎn)角工作狀態(tài)。這樣就容易造成支座局部脫空，局部剪應(yīng)變總過大，嚴重的甚至?xí)�造成支座膠層開裂，降低其使用壽命。所以在設(shè)計和施工中應(yīng)注意以下幾點： 
（1）在設(shè)計方面 
①在設(shè)計橡膠支座時，要兼顧到豎向承載力，剪切變形，轉(zhuǎn)角三方面的驗算，特別要重視轉(zhuǎn)角的驗算。 
②對于實際轉(zhuǎn)角超出允許轉(zhuǎn)角范圍的，要單獨設(shè)計，不能直接選用。 
③應(yīng)盡量選用或設(shè)計矩形支座，因為矩形支座沿短邊方向的轉(zhuǎn)動性能要優(yōu)于長邊方向；而圓形支座雖然轉(zhuǎn)動性能各向相同，但不如矩形支座轉(zhuǎn)動性能的效果明顯。 
④設(shè)計上下承壓鋼板時，注意消除混凝土的不平整度。 
⑤驗算橡膠支座轉(zhuǎn)角時，必須考慮抗壓彈性模量不確度的影響，取抗壓彈性模量的上限值進行計算。同時還要考慮溫度因素，以提高橡膠支座自身轉(zhuǎn)動性能。 
（2）在施工方面 
     嚴格按照規(guī)定進行施工，上下承壓鋼板必須調(diào)平，若沒有上下承壓鋼板，則墩臺支承的墊石頂面應(yīng)找平，每塊墊石的相對水平誤差控制在1mm以內(nèi)。 
     橡膠支座轉(zhuǎn)角超限非常重要，在施工時不能被忽視。因為轉(zhuǎn)角超限會引起較大的局部變形，導(dǎo)致橡膠支座的使用壽命減少。因此在設(shè)計和施工時，必須采取正確的設(shè)計方法和規(guī)范的施工方法，以保證橡膠支座的轉(zhuǎn)角不超出設(shè)計允許的范圍，保證其處于設(shè)計允許的受力狀態(tài)。