综述：普通板式氯丁橡胶支座的研究现状与展望

由天下分享时间：2025/2/19 21:49:55 加入收藏我要投稿点赞

普通板式氯丁橡胶支座的研究现状与展望

指导教师

（内蒙古大学交通学院桥梁工程系土木1001班修洪亮）

摘要：随着我国经济的突飞猛进，工程技术的不断进步，桥梁建设事业的不断发展，各种桥式大跨度桥梁不断建设，因此对桥梁支座的承载能力、对支座适应位移、转角能力和适应自然因素影响能力的要求不断提高，从而开发和研究了与之相适应的各种新型桥梁支座，涌现出了大量的研究成果。本文将对普通板式氯丁橡胶支座的研究成果分成以下两方面进行阐述和总结：（1）耐久性；（2）安装与施工。

关键词：板式橡胶支座；耐久性；安装与施工

1.引言

在桥梁结构中，支座是桥梁上、下部结构的连接点，其作用是将上部结构的荷载顺适、安全地传递到桥梁墩台上去，同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩与徐变等因素作用下的自由变形，以便使结构的实际受力情况符合计算图式，并保护梁端、墩台帽不受损伤（钟进武，2008）。

板式橡胶支座分为普通板式橡胶支座和四氟板式橡胶支座，从形状上分为矩形和圆形支座。支座所用的橡胶类型有三种，天然橡胶，氯丁橡胶和三元乙丙橡胶，天然橡胶适用温度为-25℃～+60℃，氯丁橡胶适用温度-40℃～+60℃，三元乙丙橡胶适用温度为-45℃～+60℃（庄军生，2008）。

普通板式橡胶支座是由多层橡胶与薄钢板镶嵌、粘合、硫化而成一种桥梁支座产品。该种类型的橡胶支座有足够的竖向刚度以承受垂直荷载，且能将上部构造的压力可靠地传递给墩台；有良好的弹性以适应梁端的转动；有较大的剪切变形以满足上部构造的水平位移（李淑萍，2001）。此类支座主要用于 6～20m 中小跨径的钢筋混凝土、预应力混凝土及钢桁架铁路及公路桥上，最大支座反力约达 2.2MN。

板式橡胶支座的劣化问题(耐久性)是工程界一直以来较为关心的技术问题。国内使用板式橡胶支座至今己有30年以上的历史，但对其使用寿命的认识还不足，也缺乏统一的、系统的试验。国外对橡胶支座的耐久性说法也不一，美国工程师们认为氯丁橡胶支座寿命至少在50年以上，其至100年也是可能的。英国权威Lindley则认为天然橡胶支座寿命在100年以上，但也未见到有充分的试验依据。因此关于板式橡胶支座使用寿命的评估，还需要有长期科学试验数据的积累。

板式橡胶支座具有构造简单、加工制造容易、用钢量少和成本低廉等优点，因此在桥梁建设中被广泛使用。支座本身的质量和施工安装质量关系到桥梁功能正常发挥，因此重视和加强板式橡胶支座材料质量和安装质量无疑是一项重要的工作（庄军生，2008）。

本文主要针对国内外对板式橡胶支座劣化性能的的研究成果进行归纳总结，并就普通板式橡胶支座的安装与施工进行简单的阐述，从而为板式橡胶支座的发展、应用及进一步探索奠定基础。

2.发展情况

板式橡胶支座目前几乎在世界各地普遍采用，早在1936 年，法国首先将橡胶支座用在巴黎郊区的一座铁路桥上，至50年代末，美国第一次将板式橡胶支座安装在位于林肯城的 Pelham大桥上，苏联将板式橡胶支座使用在公路和铁路上开始于1959年，而日本在1961年时将板式橡胶支座应用于东北干线的鬼怒川铁路预应力混凝土连续梁桥上，该桥每年通过的列车载重量达1000多万吨，目前状况良好。法国1977年建造的塞纳河布罗东纳斜拉桥主塔下采用了加劲板式橡胶支座，它将十块大小不等的板式橡胶支座沿塔周边安置，所有支座承受高达9750吨的竖向荷载（叶蔚嫦，2005）。

我国于六十年代初开始，由上海市政设计院、研究院、橡胶制品研究所等研制板式氯丁橡胶支座，1965年起陆续应用于广东肇庆、山东潍坊、广西柳州和上海某些郊县的中小跨

- 1 -

度的公路桥上。铁路方面从1968年以来也进行了大量的板式橡胶支座的试验研究，并在太原铁路局、上海铁路局、沈阳铁路局等一些桥上试铺。1973年由上海橡胶制品十厂开始大批量生产，1975年在生产氯丁胶支座的基础上试制了用于低温地区的板式天然橡胶支座并陆续应用于黑龙江、吉林、内蒙古等地区（张大鹏，2005）。经过多年研究，最终于2004年6月1日起实施了《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)标准。标准的修订参考了国际标准《橡胶制品-桥梁支座-橡胶材料规定》(ISO6446-1999)、美国《公路桥梁设计规范-LRFD》和欧洲标准 CEN/TC167N185(2001)等标准，并充分考虑了我国的国情。目前我国各个行业执行的板式橡胶支座标准主要有以下三个：

1.国家标准：《橡胶支座第4部分：普通橡胶支座》(GB20668.4-2007)； 2.公路行业标准：《公路桥梁板式橡胶支座》(JT/T4-2004)； 3.铁路行业标准：《铁路桥梁板式橡胶支座》(TB/T1893-2006)（刘利，2012）。

3.研究现状

3.1劣化性能

橡胶支座的成品力学性能是确保支座正常工作的重要技术性能指标，支座的主要实验项目有：抗压弹性模量试验、剪切模量试验、容许剪切角试验、抗剪粘结性能试验、抗剪老化试验、四氟板与不锈钢板的摩擦系数试验、容许转角试验、极限抗压强度试验。在这些力学性能试验项目中，抗压弹性模量试验与抗剪弹性模量试验是最重要也是最基本的橡胶支座力学性能指标。支座的劣化类型包括裂纹、铜板外露，不均匀鼓凸与脱腔，脱空、剪切超限和支座位置串动等。

针对板式氯丁橡胶支座的劣化性能（耐久性），国内外的科研工作者进行了试验研究，得到了大量的研究成果。Kalpakidis和 Takenaka对高温下叠层橡胶支座的受力性能进行了研究；Gu等对桥梁天然橡胶支座的老化性能进行了研究。张延年等（2012）进行了公路桥梁板式氯丁橡胶支座在热老化条件下的抗压与受剪试验，实验得出氯丁橡胶支座在热老化处理后，比标准试件更易发生脆性破坏,且钢板外露、层状破坏、裂缝等剪切破坏现象更为严重。随着热老化程度加深，氯丁橡胶支座抗压与抗剪承载力、极限抗压与抗剪强度、水平等效刚度和抗压与抗剪弹性模量逐渐降低。并且采用最小二乘法对50年的抗剪弹性模量和抗压弹性模量进行了分析。在热老化实验中，试件分别进行了20d、40d、60d、80d热老化处理，然后进行标准的抗压与抗剪实验。该实验仅仅是单一因素（温度）作用下，进行的抗压与抗剪实验，并没有考虑其他的影响因素如荷载、风的影响，且实验中热老化处理的时间偏短，仅仅是利用最小二乘法进行了曲线拟合，并不能准确的反映出实际外界环境中的支座劣化性能随时间的变化规律。许东华等（2010）进行了环境温度对氯丁橡胶支座压剪性能试验的研究，实验得出橡胶材料的弹性模量E、剪切模量G与橡胶的硬度、外界气温有关，一般情况下，橡胶材料的E、G值随温度下降而增大，随温度升高而减小。在不同的环境温度下，橡胶支座的压剪性能均有不同程度的偏差，温度越低，偏差越大，反之则偏差小。因此在进行橡胶支座的力学性能检测时，应充分考虑环境温度对试验结果的影响，在相对稳定的恒温环境中对试样进行状态调节，使试样内外温度一致后再进行检测。氯丁橡胶的结晶现象会对支座的压剪性能产生较大影响，使支座的压、剪弹性模量测试值偏离真值较大，当外界温度较低时,应延长试样在标准温度下的停放时间，以尽量解除结晶。在此实验中考虑到了板式橡胶支座在低温下结晶对压剪性能的影响，但是实验数据偏少，没有进行全面的研究氯丁橡胶低温结晶问题。因此关于氯丁橡胶在低温下结晶的特性需要进行系统的研究，从而解决板式氯丁橡胶支座在冻融实验中进行受压与抗剪试验研究时不受其影响的难题。沈小俊等（2013）研究得出，矩形氯丁橡胶在盐冻条件下，矩形氯丁橡胶支座更易发生脆性破坏，弹性阶段缩短，发生钢板外露、裂缝、层状破坏等现象更严重；承载力、极限抗压强度、竖向

- 2 -

刚度、抗压弹性模量随盐冻程度的加深而逐渐降低，采用最小二乘法对试验结果进行回归，得到盐冻条件下矩形氯丁橡胶支座抗压强度及抗压弹性模量衰减曲线和衰减模型，统计分析表明衰减曲线和衰减模型符合实际情况。张延年等（2013）对冻融条件下公路桥梁板式圆形氯丁橡胶支座进行了力学性能试验，结果表明，圆形氯丁橡胶支座经过冻融循环处理，更易发生脆性破坏，破坏现象较标准试件更为严重，随着冻融程度的加深，圆形氯丁橡胶支座的极限承载力、抗压及抗剪弹性模量都逐渐降低，整体稳定性变差。在对氯丁橡胶支座冻融循环与盐冻条件下的实验中，虽然得出支座劣化性能随着冻融循环与盐冻处理的时间而变化，但是实验过程中并没有考虑氯丁橡胶低温下结晶的影响，且仅仅进行了抗压与抗剪实验，并没有设计其他力学性能试验。黄跃平等（2006）研究了影响板式橡胶支座耐久性的因素与对策。对调查结果进行分类和统计后，将板式橡胶支座的病害主要分为两大类，一类源于支座内在质量，如橡胶质量；橡胶层厚度不均匀；橡胶料中夹杂、微气孔等形成的初始裂纹源。另一类源于外在因素，如施工质量；支座设计、布置不当；支座工作应力过高维护不当。通过对耐久性的研究，文章提出了相关防治对策，但是缺乏全面的对于影响支座耐久性因素的研究，因此需要进行对影响支座耐久性因素的试验，找出影响支座耐久性的主要因素，对相应的性能检测指标进行完善，纳入规范，使支座的生产，使用更加安全可靠。王树芝（2003）通过对华北地区使用16～22年的板式橡胶支座的调查、试验与研究，采用天然橡胶进行热空气快速老化试验，测定其断裂伸长率的变化，得出老化速度方程的经验公式后，用不同实际使用年限支座的实测值进行公式验证后得出支座的使用寿命，对铁路桥上铺设使用的板式橡胶支座提出了可供参考的失效条件和使用寿命。该研究仅仅针对华北地区的支座进行了寿命评估，我们需要按照气候区域划分，对不同地区使用中的支座进行大规模抽样，开展试验研究。同时针对不同地区进行支座的投入使用，定期进行试验研究。对两种情况下的实验结果对比分析，探究支座老化随时间的变化规律。 3.2安装与施工

桥梁支座处于桥梁上、下部构造连接点的重要位置，一旦有所损坏，将直接影响桥梁结构的安全性和耐久性。对于桥梁的安全运营，做好桥梁支座经常性养护是必不可少的，但更为关键的是不但要保证桥梁支座的设计选型合理及加工质量符合技术标准，还要保证支座的正确施工与安装。

在支座的安装与施工发面，国内外涌现了大量研究成果，杜潇等（2007）在浅析板式橡胶支座施工安装中常见问题及预防措施中指出支座安装的常见问题，并提出了解决的办法。王立峰等（2008）在公路桥梁板式橡胶支座施工质量控制要点一文中进行了影响支座施工质量的主要因素分析，提出了支座施工过程中的注意要点。张雪梅（2012）在桥梁板式橡胶支座安装质量控制中分析了当前桥梁板式橡胶支座安装常见问题，并联系实际施工操作分析了问题的原因，提出了加强支座安装质量控制方法。以下就桥梁工程中普遍使用的板式橡胶支座施工质量控制进行阐述，以期保证支座施工质量，降低桥梁在运营中支座维护的费用和支座更换的次数，延长桥梁使用寿命。 3.2.1支承垫石的设置

为了保证橡胶支座的施工质量，以及安装、调整、观察及更换支座的方便；不管是采用现浇梁还是预制梁法施工，不管是安装何种类型的板式橡胶支座，在墩台顶设置支承垫石都是必要的。在施工支承垫石时应注意以下几点事项：

1.支承垫石的平面尺寸大小应能承受上部构造荷载为宜，一般长度与宽度应比橡胶支座大10cm左右。垫石高度应大于6cm，以保证梁底到墩台顶面有足够的空间高度，用来安放千斤顶，供支座调换使用；

2.支承垫石内应布设钢筋网片，竖向钢筋应与墩台内钢筋相连接。浇注垫石的砼标号应不低于C30号或不低于设计标号，垫石砼顶面应预先用水平尺校准，力求平整而不光滑；

- 3 -

3.支承垫石顶面标高力求准确一致。尤其是一片梁的两个或四个支座的支承垫石顶面应

处于同一平面内，以免发生偏压，初始剪切与不均匀受力现象（刘振宇，2008）。 3.2.2普通板式橡胶支座的安装

现浇梁安装橡胶支座较方便。施工顺序如下： 1.先将墩台垫石顶面去除浮沙，表面应清洁、平整无油污。若墩台垫石的标高差距过大，可用水泥砂浆调整；

2.在支承垫石上按设计图标出支座位置中心线，同时在橡胶支座上也标上十字交叉中心线。将橡胶支座安放在支座垫石上，使支座的中心线同墩台上设计位置中心相重合，支座就位准确；

3.同一片梁的两个或四个支座应处于同一平面上，为方便找平，可于浇注前在橡胶支座与垫石间铺涂一层水泥砂浆，让支座在重力下自动找平；

4.在浇注砼梁体前，在橡胶支座上需加设一块比支座平面稍大的支承钢板，钢板上焊锚固钢筋与梁体相连接。将此支承钢板视作现浇梁模板的一部分进行浇注。为防止漏浆，可在支承钢板之间四周空隙处，用纱回丝，油灰或软木板填设。以后在拆除模板时，再将填充物除去，按以上施工可使支座上下面同梁底钢板、垫石顶面全部密贴。

预制梁橡胶支座的安装。安装好预制梁橡胶支座的关键，在于尽可能地保证梁底与垫石顶面的平行、平整，使其同橡胶支座上下面全部密贴，避免偏压、脱空、不均匀支承的发生。施工顺序如下：

1.先按现浇梁处理好支承垫石；

2.预制梁同支座接触的底平面应保证水平与平整。若有蜂窝或倾斜度应预先用水泥砂浆捣实、整平；

3.橡胶支座的正确就位。先按现浇梁将橡胶支座在墩台垫石上按设计中心位置就位。T型梁的纵轴线应同支座中心线相重合；板梁与箱梁的纵轴线应与支座中心线相平行。为落梁准确，在架第一跨板梁或箱梁时，可在梁底划好两个支座的十字位置中心线，在梁端立面上标出两个支座位置中心线的沿直线；落梁时同墩台上的位置中心线相吻合。以后数跨可依第一跨梁为基准落梁；

4.梁落梁时应平稳，防止支座偏心受压或产生初始剪切变形； 5.在安放T梁支座时，若支座比梁肋宽，则在支座与梁底之间加设比支座略大的钢筋混凝土垫块或厚钢板作过渡，以免橡胶支座局部超载、应力集中。该钢筋混凝土垫块或钢板应同梁底用环氧树脂砂浆粘结；

6.橡胶支座安装落梁后，一般情况下，其顶面应保持水平。预应力简支梁，其支座顶面可略微后倾；非预应力简支梁其支座顶面可略微前倾，但倾斜角不得超过5′（庄军生，2008）。

3.2.3橡胶支座安装时的调整。

橡胶支座安装后，若发现下述情况应及时加以调整： 1.个别支座脱空，出现不均匀受力； 2.支座发生较大的初始剪切变形；

3.支座偏压严重，局部受压，侧面鼓出异常，而局部脱空调整的方法一般可用千斤顶顶起梁端，在支座上下表面铺涂一层水泥砂浆（或环氧树脂砂浆）。再次落梁，在重力作用下支座上下表面平行且同梁底、墩台顶面全部密贴；同时使一片梁两端的支座处于同一平面内，梁的纵向倾斜度应加以控制，以支座不产生明显初始剪切变形为佳（王立峰，2008）。

3.2.4普通板式橡胶支座安装注意事项

矩形支座短边应与顺桥方向平行安置，以利于梁端转动。若需长边平行于顺桥向时，需

- 4 -

通过转角验算；圆形支座具有各向同性，安装无需考虑方向性，只需将支座圆心同设计位置中心点相重合即可。为防止在离心力下梁体横向移动，可安装横向挡块；使用普通板式橡胶支座一般设有固定端与活动端。使用等高支座时，水平位移由同一片梁的两端支座的剪切变形共同实现；当梁体有纵向坡度或综合坡度时，应按坡度的大小采用不同方法进行处理（张雪梅，2012）。

4.总结与展望

虽然板式橡胶支座已经有三十年以上的使用历史，很多工艺已经成熟，且随着我国科学技术的不断发展，桥梁支座在生产，施工，安装等方面上不断得到完善。但由于板式橡胶支座在桥梁工程造价中所占比例很小，往往未引起工程技术和管理人员的重视，在使用过程中极易成为桥梁结构的薄弱环节。且随着近年来国内高速公路网建设的大力发展，板式橡胶支座的生产投入要求较低、利润较高，生产厂家日益增多，市场竞争加剧，导致各个厂家投标价格一路下行，产品质量每况愈下，令人忧虑。因此板式橡胶支座在以下方面需要进行完善，从而保证支座的长久使用。

1.对规范进行修正随着公路建设的发展，各种类型简支结构及先简支后连续结构大跨度桥梁不断建设，对于支座的性能要求不断提高，因此有必要进行所有类型支座在材料、生产标准、安装、使用及维护上全面的试验研究，从而使规范更加标准、可靠。研究内容如下：

1.1需要进行多因素（荷载、温度、风）同时作用下的所有物理力学性能试验，研究影响劣化性能的主要因素，探究评估支座寿命的性能指标，通过对性能指标的研究，并对数据总结分析，从而进行板式橡胶支座寿命评估。

1.2在进行支座低温性能试验时，要充分考虑氯丁橡胶的结晶问题，并研究氯丁橡胶低温结晶时的温度变化区域。

1.3在试验研究中，评定出检测各种类型支座性能指标的重要实验。

1.4按照气候区域划分，对不同区域的使用中的支座进行试验研究，与实验室条件下的实验数据统计分析，评估支座寿命。

2.加强检测

支座进场质量检测是确保支座安装质量的首要工作。 3.加强管理

施工上加强管理，是包括支座安装在内的工程质量的根本，支座安装需要有责任心、技术熟练的施工人员和测量检测人员，包括质检人员、监理人员。实施支座安装，并从预制梁承托设置垫石等各个环节精心控制。

参考文献：

[1]钟进武.桥梁支座类型及其应用[J].公路桥梁，2008（3）：125-127. [2]庄军生编著.桥梁支座[M].北京:中国铁道出版社,2008.12.

[3]李淑萍，李衡.板式橡胶支座的发展历程与现状[J]. 森林工程，2001(2):50-53.

[4]叶蔚嫦.桥梁板式橡胶支座剪切模量检测方法研究抗压弹性模量测试系统刚度分析[D]. 浙江工业大学硕士学位论文，2005:5-10.