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廊坊氯丁橡胶支座在冻融环境下的实验结果
板式橡胶支座由多层均匀分布的橡胶与钢板粘接叠合而成,是重要的承力和抗震减振装置,其质量直接影响支座的作用功能、安全可靠度和使用寿命。针对板式橡胶支座耐久性的研究已有较多[12],Kalpakidis与杜永峰[35]等对高温下叠层橡胶支座的受力性能进行研究;Takenaka[6]对叠层橡胶支座的热力学性能进行了实验研究;由世岐等[7]对低温环境下叠层橡胶支座变形特性进行研究;吴波等[8]对隔震橡胶支座防火性能进行了研究;Gu等[911]对桥梁天然橡胶支座的老化性能进行了研究;李慧等[12]进行了-20~-50℃寒冷环境下的隔震叠层橡胶支座的性能试验。许冬华等[13]研究表明氯丁橡胶在低于10℃时开始出现轻微结晶现象,低于0℃时,结晶现象加剧,橡胶变硬,硬度和定伸应力的增大,影响支座的弹性模量,温度继续降低,这种现象更加明显[13]。在世界的温带及寒带地区,气温变化较大,在这种环境下,公路桥梁橡胶支座比建筑橡胶支座更容易受到气候的影响。迄今关于氯丁橡胶支座在冻融循环下的耐久性研究十分匮乏。因此对桥梁板式氯丁橡胶支座进行冻融循环处理,而后对其进行轴心受压试验,研究其受压性能,并利用最小二乘法给出相关的衰减曲线和衰减模型。
根据《军用设备气候极值》(GJB1172.11-91)[15]数据及统计温带地区在冬季的最高及最低平均气温显示,中国东北、华北及西北地区(除青海)的平均年冻融循环日数一般为60~130 d,实际冬季的昼夜温差约为12℃,而实验的温差为35℃,因此1次快速冻融循环约为实际1次冻融循环的3倍,此时25、50、75、100次冻融循环大约为实际的1、2、3、4 a的冻融情况,将极限抗压强度的数据通过曲线拟合成50 a氯丁橡胶支座的极限抗压强度,采用最小二乘法进行处理,其拟合曲线如图8所示。
1)经过冻融循环处理的氯丁橡胶支座的破坏情况比标准试件严重,且循环次数越多,裂缝越大,钢板外露情况越明显,层状破坏越严重。
2)氯丁橡胶支座的弹性阶段随冻融循环增加而缩短,经过处理的试件的极限承载力较标准试件低,极限承载力随冻融循环次数增加而降低。
3)冻融循环处理的试件的极限抗压强度小于标准试件,且随着冻融循环次数的增加,极限抗压强度逐渐降低,采用最小二乘法对数据进行拟合,得出的50 a的衰减模型符合实际情况。
4)氯丁橡胶支座的竖向刚度受冻融循环影响,经过冻融循环处理试件的竖向刚度低于标准试件。
5)冻融循环对氯丁橡胶支座的抗压弹性模量影响较大,采用最小二乘法对数据进行拟合,得出的50 a的衰减模型符合实际情况。
6)冻融循环后,公路桥梁板式氯丁橡胶支座的各项力学性能指标显著降低,已无法满足实际工程需求,因此应严格控制公路桥梁板式氯丁橡胶支座的温度适用范围,并建议提高其最低适用温度,在寒冷地区尽量采用天然橡胶支座。
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