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盆式橡胶支座转角、盆底、盆环的研究与应用

双林橡胶  2020-8-2 14:54:46  5699
内容摘要:盆式橡胶支座的主要作用是传递载荷,在使用过程中主要承受桥梁传递过来的静压力,又要承受汽车、火车等交通工具通过桥梁时产生的活载。随着桥梁的上下抖动,盆式橡胶支座要承受一定转动力矩的作用。针对各种复杂的载...

盆式橡胶支座的主要作用是传递载荷,在使用过程中主要承受桥梁传递过来的静压力,又要承受汽车、火车等交通工具通过桥梁时产生的活载。随着桥梁的上下抖动,盆式橡胶支座要承受一定转动力矩的作用。针对各种复杂的载荷工况,盆式橡胶支座的应变、应力情况如何?设计盆式橡胶支座应该注意的主要问题有那些?在以往盆式橡胶支座的研究过程中,只是给出了大概的设计公式,这些设计公式取的安全系数比较大,相对比较保守。这样就势必会造成一些不必要的浪费,基于此,本章节将研究盆式橡胶支座中设计载荷与橡胶直径,橡胶厚度,盆环厚度之间的关系,以确定一个比较合理的设计范围,期望在以后的实际工程中具有相应的价值。

盆式橡胶支座转动力矩与转角关系

上述验证有效性里面只计算到转角为0.02Rad的情况。在《公路盆式橡胶盆式橡胶支座设计规范》里面规定:

有全部载荷产生的总转角不得超过±0.045Rad。而在试验中没有涉及到转角为极限转角的情况。转动力矩越大,转角越大,且呈线性关系。在力矩施加到80MNm时,转角出现一个明显的拐点。0.02Rad是一个分界点,小于0.02Rad时的斜率要小于0.02-0.045Rad之间的斜率。这条曲线对于实际工程有很大指导价值。当转角小于0.02Rad时,所需转动力矩较小,转矩与转角为线性关系。大于0.02Rad小于0.045Rad时,所需转动力矩增大,转矩与转角也是线性关系。

盆式橡胶支座盆底研究与应用

1、盆环应力

为了解盆式橡胶支座再载荷作用下盆环的应力情况,铁道科学研究院与交通部规划设计院做了试验研究。盆环上各点应力平均值汇总与表。可见再使用载荷作用下盆环承压,且数值不大。由于钢盆中橡胶车厢力的作用,盆环理应受拉,但由于混凝土的弹性压缩,使盆式橡胶支座发生锅底状变形,因而盆环受压。这种变形使盆环产生预压应力,可抵消部分盆环拉应力,对盆环受力是有利的。当将这些盆式橡胶支座直接支撑在钢垫板上加压时,盆环应力也列于表.此时盆式橡胶支座处于刚性支撑状态,盆环上的应力有拉有压,即使有的盆式橡胶支座盆环上产生压应力,但数值上远小于弹性支撑的。在刚性支撑条件下,盆环仍产生压应力得原因有以下可能,一方面由于盆式橡胶支座的初始状态盆底可能不平,因而承压时,由盆式橡胶支座盆底的变形,会引起盆环受压。另一方面盆式橡胶支座承压时,盆式橡胶支座钢盆上的载荷由橡胶面扩展到盆式橡胶支座底面,盆底应力对盆环产生弯曲应力,使盆环上口承压。

由试验结果可以看出:ANSYS计算结果与试验结果中有的试件相差不多。盆环上主要承受压应力,在盆环盆环底部与盆底交界处承受压应力。从而证明计算的正确性。

2、盆环在盆式橡胶支座中的作用

铁道科学研究院与交通部规划设计院分别对一个焊接件盆式橡胶支座和一个铸钢盆式橡胶支座加压到完全破坏,以了解盆式橡胶支座的破坏状态。焊接件盆式橡胶支座的破坏状态为钢盆内环焊缝撕裂,盆环向外翻出,橡胶从盆环破坏部位挤出,同时丧失承载能力。破坏瞬间发出响声,且冒青烟,钢件温度可达50-60摄氏度,橡胶搓碎,局部有糊状。铸钢件盆式橡胶支座破坏吨位为18.4MN,破坏时钢环断裂,然后沿钢盆盆底与盆环接触处撕裂,钢盆脆性破坏成3片。破坏瞬间发生很大响声,并有破坏部件飞出。通过有限元模拟计算,当载荷加到16MN时,盆环上应力最大值593Mpa,除去应力集中部分,应力值为329-400Mpa,均己经超过了钢铁得应力极限。况且,橡胶所承受的最大压应力已经达到了100Mpa,大大超出了橡胶所能承受得最大压应力,这个时候肯定破坏。

盆式橡胶支座

3、盆环厚度对盆式橡胶支座的影响

盆式橡胶支座的盆环对橡胶起三向约束的作用,没有盆环对橡胶的约束,橡胶很容易被压坏。如果盆环破坏,盆式橡胶支座必将会失去其原有的承载能力,因此研究盆环厚度对承载能力的影响很有必要。
由于盆式橡胶支座转动力矩对盆环的影响要大于静载作用。因此,在计算时采用盆式橡胶支座极限偏角状态。由工程实际情况可知,盆环对于承受竖向载荷的盆式橡胶支座来讲起固定橡胶作用。其主要受力为橡胶受到静载荷载荷作用后对盆环的张力,盆环相当于一镶嵌在盆底一周的悬臂梁。由悬臂梁的一般知识可知,最大变形应出现在盆环的顶部,最大应力部分应该在盆环和盆底相交处。用ANSYS计算结果和试验结果于理论十分符合。并且最大变形会随着盆环厚度的增加而减小,减小的趋势为一非线性趋势,在盆环厚度增加很小的时候最大变形减小很大,但是当盆环厚度达到一个水平后,盆环变形的减小程度就相当小了。因此,在实际工程实践中,并非是盆环厚度越大越好,或者是越薄越好,其厚度与橡胶盆式橡胶支座的直径,橡胶的厚度有一定关系的。盆环变形随着盆环厚度的增加而减小,减小的规律呈非线性趋势。

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