铁路桥梁板式橡胶支座病害原因及处治对策研究
2015-09-14
1.铁路桥梁板式橡胶支座病害的原因分析
铁路桥梁板式橡胶支座的常见病害，有支座脱空、剪切变形、中间胶层鼓凸变形、橡胶层开裂、支座位置串动、附属构件次生病害几种，这些病害产生的原因，需要从设计、加工制造、施工三方面的角度进行分析：
（1）设计方面原因。设计是板式橡胶支座病害防治的关键，但如果设计关把控不严，反而会成为病害滋生的诱因，具体表现为设计工程师没有全面了解板式橡胶支座的性能，在设计计算的过程中，缺乏对支座承载能力、抗剪能力、偏转验算、抗滑性能等的周全考虑，所设计的支座无法全面满足实际的承载、抗剪、抗滑、抗拉等受力要求。另外相关的设计规范不完善，同样使得支座的质量大打折扣，譬如目前设计规范规定避免支座最外缘局部脱空的措施，是在最大活载挠曲转角作用下，对支座最外缘压缩变形量进行验算，但一旦梁上荷载消除，支座受到预拱度和混凝土收缩徐变的共同作用，反而会加剧最外缘的脱空。（2）加工制造方面原因。橡胶材料是板式橡胶支座病害处治的基础，也是提高支座性能指标的关键，但由于橡胶材料配方、加工、制造等方面因素的影响，造成支座受力的差异，譬如个别支座受力偏大。国内诸多支座的生产商，生产质量问题非常突出，譬如个别厂家采用劣质钢板，导致支座受力太大而出现连锁型的破坏。目前板式橡胶支座的加工制造问题，表现为选用材料品种规格不规范、支座橡胶层厚度不均匀、金属板厚度层数不规范、橡胶层与金属板粘结力不足、厂家不了解支座技术性能和盲目生产等。这样的支座应用到铁路桥梁工程当中，很有可能造成事故隐患。（3）施工方面原因。板式橡胶支座的安装施工，直接关系到支座的受力状况和耐久性能，但实际施工过程中，常见以下几方面的质量问题：支座垫石施工质量不过关，譬如强度低于C30，使得垫石混凝土强度不够；支座安放时没有控制好中心线，与设计中心线不重合，影响支座的受力状态；支座的规格型号与设计规范要求不吻合，潜伏了梁体不正常滑动的隐患；支座安装后，没有清除周边的杂物，使支座不能够传递荷载，从而丧失部分或者全部作用。
2.铁路桥梁板式橡胶支座病害的处治措施
鉴于铁路桥梁板式橡胶支座存在的病害问题，以及结合这些病害问题产生的原因，我们需要从设计、加工制造、施工等角度，探讨这些病害的处治方法，笔者综合相关的施工技术经验，将其总结为以下三方面的措施：
2.1设计方面的措施
铁路桥梁橡胶支座的设计，从新型支座设计、箱梁底部支座布置方式改进、支座使用应力降低几个方面，减少支座使用时发生病害的概率。（1）新型支座设计。鉴于支座存在串动和脱空的病害现象，在设计新型支座的时候，要确保支座的平均受力，尽可能减少支座安装的偏差，确保能够在水平作用力下，有效防止支座的移动，笔者认为有必要综合考虑支座的结构型式、反力大小和纵横坡大小，并在进行严谨试验验证之后，才能够应用到实际桥梁工程施工当中。（2）箱梁底部支座布置方式的改进。箱梁底部支座的布置，要对比计算不同支座数量的布置方案，并分析对端横梁关键截面横向应力的影响状况，考虑哪一种方式对端横梁受力最有利。（3）支座使用应力的降低。在掌握橡胶材料力学性能的基础上，选用具有较高抗压强度、良好弹性、徐变变形小、适应温度变化影响、耐老化性能优越、良好粘结性能、良好耐磨耗性能的材料，譬如美国进口的开姆洛克胶，以降低支座的使用应力，提高支座的耐久性能。
2.2加工制造方面的措施
目前国内生产板式橡胶支座的水平低下，笔者建议全面规范整个加工制造的环节。
（1）控制炼胶质量。首先是对原材料进行严格检验，并清洗和烘干软化生胶，粉碎所有配料和固体添加剂之后，根据配方比进行均匀配料，可借助计量器进行校准。其次是严格按照工艺的规范要求，进行投料混炼，在此过程中，一方面要严格核对胶号、配合剂、配方等，保证配合剂处于分散均匀状态，避免出现早期焦烧情况，另一方面是在混炼完成后，将滑石粉均匀散布在半成品橡胶上面，然后进行强制冷却，并存放在通风和恒温位置。（2）改进硫化工艺。为了提高橡胶的物理机械性能，我们需要硫化橡胶，将硫化机加入到橡胶里，改善橡胶的定伸应力、弹性、硬度、拉伸强度等性能，其中硫磺用量需要控制在合适范围内，避免出现“喷硫”现象，同时还需要在尽可能低的温度下，均匀硫化的程度。在实际施工当中，接近热模板支座表面橡胶，经常存在焦烧现象，要求我们按照支座的厚度和橡胶的传热效率，在配比之前进行试验，高精度控制硫化温度，根据橡胶物理性能，减轻过硫化的程度，使得支座内部和外部硫化均匀。（3）提高加工精度。支座内部受力均匀保证，要求控制好支座的外形尺寸、外观质量和内部橡胶层质量，其中支座外形尺寸控制重点包括矩形支座的长度范围和厚度范围、圆形支座的直径范围和厚度范围，而支座的外观质量，则要求检查是否存在气泡、杂质、凹凸不平、侧面裂纹、钢板外露、掉块、机械损伤等质量问题，其内橡胶层质量则关注橡胶层厚度、钢板与橡胶粘结程度、橡胶层剥离胶层情况等。
2.3施工方面的措施
橡胶支座位于桥梁的上部结构和下部结构连接点，直接关系到桥梁的安全性和耐久性，在施工的时候，需要做好以下几方面施工技术措施。
（1）准备工作。首先是取样试验补偿收缩砂浆和混凝土等原材料，控制好砂浆和混凝土的配合比。其次是将支承垫石设置在墩台顶，方便支座的安装、调整和更换，其中垫石内部要求布置钢筋网，并保证表面平整。（2）控制施工精度。铁路桥梁每片梁底通常安装有2-4个支座，对于这些支座的精度要求，是保持支承垫石平面的一致，同时避免偏压、受力不均等现象。首先需要清洁墩台垫石的顶面，可用水泥砂浆调整垫石标高的差距。其次是根据设计图纸标出支承垫石的中心，以确保支座中心和支承垫石头中心线重合在一起。再次是在支承垫石和支座的中间铺设水泥砂浆，便于在梁体的压力下，支座进行自动找平。（3）改进安装工艺。安装开始后，检查支承垫石 标高、预留孔直径、预留孔深度、预留孔位置、支座中心线，然后确保固定支座和活动支座安放的准确性，将支座就位部分的垫石表面进行凿毛，清除预留锚栓孔的杂物，并通过千斤顶调整梁体位置和标高，制备砂浆和重力灌浆，在灌浆材料达到规定强度之后，方可拆除钢模板和临时千斤顶。
3.结束语
综上所述，铁路桥梁板式橡胶支座常见支座脱空、剪切变形、中间胶层鼓凸变形、橡胶层开裂、支座位置串动等病害，对这些病害的处治，要求重视竖向承载力、水平承载力、剪切变形和转角等的验算，根据按照以下支座加工制造的工艺流程，控制炼胶质量和改进硫化工艺，并提高加工的精度，以及在施工的时候，认真审核相关的安装图纸，并编制合理的施工方案，做好充分的施工准备工作，以及控制施工精度和改进安装工艺。
