鐵路橋梁板式橡膠支座病害原因及處治對策研究
2015-09-14
1.鐵路橋梁板式橡膠支座病害的原因分析
鐵路橋梁板式橡膠支座的常見病害，有支座脫空、剪切變形、中間膠層鼓凸變形、橡膠層開裂、支座位置串動(dòng)、附屬構(gòu)件次生病害幾種，這些病害產(chǎn)生的原因，需要從設(shè)計(jì)、加工制造、施工三方面的角度進(jìn)行分析：
（1）設(shè)計(jì)方面原因。設(shè)計(jì)是板式橡膠支座病害防治的關(guān)鍵，但如果設(shè)計(jì)關(guān)把控不嚴(yán)，反而會(huì)成為病害滋生的誘因，具體表現(xiàn)為設(shè)計(jì)工程師沒有全面了解板式橡膠支座的性能，在設(shè)計(jì)計(jì)算的過程中，缺乏對支座承載能力、抗剪能力、偏轉(zhuǎn)驗(yàn)算、抗滑性能等的周全考慮，所設(shè)計(jì)的支座無法全面滿足實(shí)際的承載、抗剪、抗滑、抗拉等受力要求。另外相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范不完善，同樣使得支座的質(zhì)量大打折扣，譬如目前設(shè)計(jì)規(guī)范規(guī)定避免支座最外緣局部脫空的措施，是在最大活載撓曲轉(zhuǎn)角作用下，對支座最外緣壓縮變形量進(jìn)行驗(yàn)算，但一旦梁上荷載消除，支座受到預(yù)拱度和混凝土收縮徐變的共同作用，反而會(huì)加劇最外緣的脫空。（2）加工制造方面原因。橡膠材料是板式橡膠支座病害處治的基礎(chǔ)，也是提高支座性能指標(biāo)的關(guān)鍵，但由于橡膠材料配方、加工、制造等方面因素的影響，造成支座受力的差異，譬如個(gè)別支座受力偏大。國內(nèi)諸多支座的生產(chǎn)商，生產(chǎn)質(zhì)量問題非常突出，譬如個(gè)別廠家采用劣質(zhì)鋼板，導(dǎo)致支座受力太大而出現(xiàn)連鎖型的破壞。目前板式橡膠支座的加工制造問題，表現(xiàn)為選用材料品種規(guī)格不規(guī)范、支座橡膠層厚度不均勻、金屬板厚度層數(shù)不規(guī)范、橡膠層與金屬板粘結(jié)力不足、廠家不了解支座技術(shù)性能和盲目生產(chǎn)等。這樣的支座應(yīng)用到鐵路橋梁工程當(dāng)中，很有可能造成事故隱患。（3）施工方面原因。板式橡膠支座的安裝施工，直接關(guān)系到支座的受力狀況和耐久性能，但實(shí)際施工過程中，常見以下幾方面的質(zhì)量問題：支座墊石施工質(zhì)量不過關(guān)，譬如強(qiáng)度低于C30，使得墊石混凝土強(qiáng)度不夠；支座安放時(shí)沒有控制好中心線，與設(shè)計(jì)中心線不重合，影響支座的受力狀態(tài)；支座的規(guī)格型號與設(shè)計(jì)規(guī)范要求不吻合，潛伏了梁體不正?；瑒?dòng)的隱患；支座安裝后，沒有清除周邊的雜物，使支座不能夠傳遞荷載，從而喪失部分或者全部作用。
2.鐵路橋梁板式橡膠支座病害的處治措施
鑒于鐵路橋梁板式橡膠支座存在的病害問題，以及結(jié)合這些病害問題產(chǎn)生的原因，我們需要從設(shè)計(jì)、加工制造、施工等角度，探討這些病害的處治方法，筆者綜合相關(guān)的施工技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，將其總結(jié)為以下三方面的措施：
2.1設(shè)計(jì)方面的措施
鐵路橋梁橡膠支座的設(shè)計(jì)，從新型支座設(shè)計(jì)、箱梁底部支座布置方式改進(jìn)、支座使用應(yīng)力降低幾個(gè)方面，減少支座使用時(shí)發(fā)生病害的概率。（1）新型支座設(shè)計(jì)。鑒于支座存在串動(dòng)和脫空的病害現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)新型支座的時(shí)候，要確保支座的平均受力，盡可能減少支座安裝的偏差，確保能夠在水平作用力下，有效防止支座的移動(dòng)，筆者認(rèn)為有必要綜合考慮支座的結(jié)構(gòu)型式、反力大小和縱橫坡大小，并在進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)試驗(yàn)驗(yàn)證之后，才能夠應(yīng)用到實(shí)際橋梁工程施工當(dāng)中。（2）箱梁底部支座布置方式的改進(jìn)。箱梁底部支座的布置，要對比計(jì)算不同支座數(shù)量的布置方案，并分析對端橫梁關(guān)鍵截面橫向應(yīng)力的影響狀況，考慮哪一種方式對端橫梁受力最有利。（3）支座使用應(yīng)力的降低。在掌握橡膠材料力學(xué)性能的基礎(chǔ)上，選用具有較高抗壓強(qiáng)度、良好彈性、徐變變形小、適應(yīng)溫度變化影響、耐老化性能優(yōu)越、良好粘結(jié)性能、良好耐磨耗性能的材料，譬如美國進(jìn)口的開姆洛克膠，以降低支座的使用應(yīng)力，提高支座的耐久性能。
2.2加工制造方面的措施
目前國內(nèi)生產(chǎn)板式橡膠支座的水平低下，筆者建議全面規(guī)范整個(gè)加工制造的環(huán)節(jié)。
（1）控制煉膠質(zhì)量。首先是對原材料進(jìn)行嚴(yán)格檢驗(yàn)，并清洗和烘干軟化生膠，粉碎所有配料和固體添加劑之后，根據(jù)配方比進(jìn)行均勻配料，可借助計(jì)量器進(jìn)行校準(zhǔn)。其次是嚴(yán)格按照工藝的規(guī)范要求，進(jìn)行投料混煉，在此過程中，一方面要嚴(yán)格核對膠號、配合劑、配方等，保證配合劑處于分散均勻狀態(tài)，避免出現(xiàn)早期焦燒情況，另一方面是在混煉完成后，將滑石粉均勻散布在半成品橡膠上面，然后進(jìn)行強(qiáng)制冷卻，并存放在通風(fēng)和恒溫位置。（2）改進(jìn)硫化工藝。為了提高橡膠的物理機(jī)械性能，我們需要硫化橡膠，將硫化機(jī)加入到橡膠里，改善橡膠的定伸應(yīng)力、彈性、硬度、拉伸強(qiáng)度等性能，其中硫磺用量需要控制在合適范圍內(nèi)，避免出現(xiàn)“噴硫”現(xiàn)象，同時(shí)還需要在盡可能低的溫度下，均勻硫化的程度。在實(shí)際施工當(dāng)中，接近熱模板支座表面橡膠，經(jīng)常存在焦燒現(xiàn)象，要求我們按照支座的厚度和橡膠的傳熱效率，在配比之前進(jìn)行試驗(yàn)，高精度控制硫化溫度，根據(jù)橡膠物理性能，減輕過硫化的程度，使得支座內(nèi)部和外部硫化均勻。（3）提高加工精度。支座內(nèi)部受力均勻保證，要求控制好支座的外形尺寸、外觀質(zhì)量和內(nèi)部橡膠層質(zhì)量，其中支座外形尺寸控制重點(diǎn)包括矩形支座的長度范圍和厚度范圍、圓形支座的直徑范圍和厚度范圍，而支座的外觀質(zhì)量，則要求檢查是否存在氣泡、雜質(zhì)、凹凸不平、側(cè)面裂紋、鋼板外露、掉塊、機(jī)械損傷等質(zhì)量問題，其內(nèi)橡膠層質(zhì)量則關(guān)注橡膠層厚度、鋼板與橡膠粘結(jié)程度、橡膠層剝離膠層情況等。
2.3施工方面的措施
橡膠支座位于橋梁的上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)連接點(diǎn)，直接關(guān)系到橋梁的安全性和耐久性，在施工的時(shí)候，需要做好以下幾方面施工技術(shù)措施。
（1）準(zhǔn)備工作。首先是取樣試驗(yàn)補(bǔ)償收縮砂漿和混凝土等原材料，控制好砂漿和混凝土的配合比。其次是將支承墊石設(shè)置在墩臺頂，方便支座的安裝、調(diào)整和更換，其中墊石內(nèi)部要求布置鋼筋網(wǎng)，并保證表面平整。（2）控制施工精度。鐵路橋梁每片梁底通常安裝有2-4個(gè)支座，對于這些支座的精度要求，是保持支承墊石平面的一致，同時(shí)避免偏壓、受力不均等現(xiàn)象。首先需要清潔墩臺墊石的頂面，可用水泥砂漿調(diào)整墊石標(biāo)高的差距。其次是根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)出支承墊石的中心，以確保支座中心和支承墊石頭中心線重合在一起。再次是在支承墊石和支座的中間鋪設(shè)水泥砂漿，便于在梁體的壓力下，支座進(jìn)行自動(dòng)找平。（3）改進(jìn)安裝工藝。安裝開始后，檢查支承墊石 標(biāo)高、預(yù)留孔直徑、預(yù)留孔深度、預(yù)留孔位置、支座中心線，然后確保固定支座和活動(dòng)支座安放的準(zhǔn)確性，將支座就位部分的墊石表面進(jìn)行鑿毛，清除預(yù)留錨栓孔的雜物，并通過千斤頂調(diào)整梁體位置和標(biāo)高，制備砂漿和重力灌漿，在灌漿材料達(dá)到規(guī)定強(qiáng)度之后，方可拆除鋼模板和臨時(shí)千斤頂。
3.結(jié)束語
綜上所述，鐵路橋梁板式橡膠支座常見支座脫空、剪切變形、中間膠層鼓凸變形、橡膠層開裂、支座位置串動(dòng)等病害，對這些病害的處治，要求重視豎向承載力、水平承載力、剪切變形和轉(zhuǎn)角等的驗(yàn)算，根據(jù)按照以下支座加工制造的工藝流程，控制煉膠質(zhì)量和改進(jìn)硫化工藝，并提高加工的精度，以及在施工的時(shí)候，認(rèn)真審核相關(guān)的安裝圖紙，并編制合理的施工方案，做好充分的施工準(zhǔn)備工作，以及控制施工精度和改進(jìn)安裝工藝。
