板式橡胶支座中加劲钢板的作用

橡胶是一种柔性的材料, 具有独特的粘弹性行为, 不仅可以像弹簧一样通过弹性形变来吸收储存能量, 而且还可以通过粘弹性大幅度消耗能量, 这种能力是其它材料所不具备的。标准规定天然橡胶(NR)、氯丁橡胶(CR)、三元乙丙橡胶可用于桥梁支座, 含胶量大于 55%。用于橡胶支座的 3 种胶料各具有特点。天然橡胶抗破坏、抗蠕变性能、对变形的恢复能力很强, 弹性模量对温度变化的敏感性较弱, 但抗臭氧、耐老化的能力较差; 氯丁橡胶和三元乙丙橡胶虽有良好的抗臭氧性能, 但抗蠕变以及对变形的复原能力比不上天然橡胶, 其中氯丁橡胶的耐寒性一般。另外, 由于氯丁橡胶属于结晶型橡胶,在使用期间或延长的贮存期会逐渐结晶硬化, 其硬度、剪切模量和压缩模量将会提高, 这会对橡胶支座的使用性能产生一定的影响。三元乙丙橡胶由于分子链内缺少极性基团, 内聚力小, 粘性差, 三元乙丙橡胶需要特殊胶粘剂才能与钢板粘接良好, 制造成本较高。若防老体系配方设计恰当, 天然橡胶抗臭氧能力可有较大程度的提高, 完全达到标准要求。综合上述情况, 在一般条件下天然橡胶是生产桥梁橡胶支座的首选胶种。

1.2 加劲钢板的作用

由于泊松效应, 受压时橡胶材料将产生横向膨胀变形。板式橡胶支座内部的加劲板可以改变并约束橡胶的横向膨胀变形能力, 使橡胶在受压时变硬, 从而提高橡胶支座的竖向承载能力和竖向抗压刚度, 但加劲板不会影响橡胶层的剪切变形能力和刚度。板式支座内部橡胶的膨胀效应和加劲板的约束效应由形状系数(S)确定, 形状系数的定义如下:

形状系数(S)=有效承压面积/单层橡胶层的侧表面积。形状系数(S)和橡胶的剪切模量(G)共同决定了橡胶支座的力学性能。调节形状系数可以控制极限应变和承载力。