耐磨板整板与分体式设计对高速铁路桥梁球型支座性能影响的试验研究.pdf

铁道建筑
2012年第6期
Railway Engineering
文章编号:1003-1995(2012)06-0039-03
耐磨板整板与分体式设计对高速铁路桥梁
球型支座性能影响的试验研究
刘立峰,黄涛,李心,林达文,易伟光,王进,卢瑞林
(株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲412007)
摘要:铁路桥梁球形支座的耐磨板主要有两种设计方式,一种是整体式,一种是分体式。研究两种不同
的耐磨板设计对支座性能的彩响,对于球型支座的应用具有重要意义。基于大量的球型支座力学性能
试验,对多项力学性能的试验结果进行了对比、分析与总结。研究表明,采用整体式耐磨板的球型支座,
在性能上优于采用分片式的球型支座。
关键词:耐磨板球型支座力学性能
中图分类号:U443.36文献标识码:A
支座包括单向活动支座和双向活动支座,双向活动支
1试验概述
座为桥梁的水平位移提供位移的载体;单向活动支座
桥梁支座是连接桥梁上部结构和下部结构的重要只有单向位移的性能。固定型支座能够承受各个方向
部件,其主要功能是将上部结构承受的各种静、动及冲水平载荷,为桥梁的水平承载提供保障。球型支座承
击载荷传递给墩台,并能适应上部结构由于荷载、温度载能力大,力学性能稳定,而且具有耗能少、转动灵活、
变化、混凝土收缩等产生的变形。其中耐磨板发挥着转动反力矩小、容许转角大、养护工作量少等特点,受
至关重要的作用,桥梁水平位移是通过支座中间衬板到越来越多的关注。而从使用寿命来看,球型支座要
的耐磨板与上支座的不锈钢板的摩擦来实现,转动是优于盆式橡胶支座,盆式橡胶支座存在橡胶垫老化和
通过下座板球面耐磨板与球冠摩擦来实现。而摩擦系应力集中的问题,而球型支座则避免了这些问题,所以
数的大小,直接关系到支座在承载过程中,是否发挥了球型支座是我国桥梁建设中的优选。因此,在我国铁
水平位移、转角的作用。球型支座耐磨板有整体式和路桥梁中广泛应用
分片镶嵌式两种形式。通过对球型支座大量的试验研3试验装置与测试
究,结果表明:球型支座中耐磨板采用整体式或者分片
镶嵌式,对其力学性能试验结果影响较大。本文以某3.1试验装置
公司同高、同球半径、同材质耐磨板两种型号600t球
试验采用52MN试验机(如图1),其竖向最大静
型支座试件为例,对其力学性能数据进行对比分析。
态载荷为52000kN,动态在振幅±1mm状态下,最大
频率可达10Hz。自带6个高精度外接位移传感器,荷
2球型支座的结构和特点
球型支座是我国铁路桥梁目前广泛应用的一种支
座,尤其适用于弯桥、坡桥和大跨度桥梁。它具有承受
额定竖向荷载并能实现转动的功能,其主要作用是支
承上部结构,并把上部结构的各种荷载传至下部结构。
它一般是由上支座板、上支座板不锈钢板、平面聚四氟
乙烯板、球冠衬板、球面聚四氟乙烯板和下支座板以及
防尘结构组成。支座分为固定型和活动型两种。活动
收稿日期:2011-09-22;修回日期:2012-04-01
作者简介:刘立峰(1982-),男,湖南株洲人,工程师。
图152MN试验机
40
铁道建筑
June, 2012
载、位移精度可达1%以内。有荷载、位移两种控制方
表1整体式与分片式耐磨板球型支座水平摩掾试验对比
式,能够进行两维动态和静态加载,并能实现程序自动
试验
整体式耐磨板
分片镶嵌式耐磨板
加载,实时数据监控及采集。
次数水平荷載/kN摩擦系数水平荷载kN摩擦系数
0.013
3.2试验测试
0.010
试验样品:超高分子量聚乙烯板6000kN球型支座;
105.85
206.2
试验测试依据:CB/T17955-2009桥梁球型支座。
0.008
0.014
主要包括竖向承载力试验、摩擦系数试验、转动性第2次至平均摩擦
平均摩擦
0.009
0.017
能试验和水平承载力试验。
第5次系数值
系数值
3.2.1竖向承载力试验
注:第2次至第5次平均摩擦系数值要求≤0.03。
将样品安装于试验机中心,并在样品的竖向四周3.2.3转动性能试验
安装位移传感器(AC1~AC4),在盆径方向安装两个
两个样品按双剪组合互叠在一起,上下对称安装于
位移传感器(DC5,DC6)。预压:先对样品施加设计荷试验机受力中心,在支座竖向加载6000kN荷载,并保
载3次,然后正式加载3次。以设计荷载的0.5%持不変,转动作动器顶起加载横梁,以5kN/min的速度
(30kN)作为初始荷载,对位移传感器清零,竖向以均施加转动力矩,直至支座发生转动,记录发生转动瞬间
匀的速度施加1.5倍的设计荷载9000kN于支座上,的最大荷载,计算试验支座转动力矩,试验连续进行3
然后卸载,记录设计荷载(30~6000kN)下的竖向压次,取3次平均值作为转动性能力矩结果,见表2。
缩变形、盆径变形值(变形分别取平均值)。荷载一变
表2整体式与分片式耐磨板球型支座转动试验对比结果
形曲线见图2、图3
整体式耐磨板
分片镶嵌式耐磨板
试验
次数转动荷载/实测转动力转动荷载/实测转动
矩/(N?m)
力矩/(N·m)
8000
螫体式耐磨
分片镶嵌式耐
102552
板球型支座
磨板球型支座
6000
173,05
69220
333.19
133276
4000
3次实测力
82576
158876
3000
矩平均值
2000
注:实测转动力矩≤设计转动力矩(144kN?m
1000
1.0
1.5
3.2.4水平承载力试验
变形
将支座安装于试验机受力中心,在支座竖向加载
图2球型支座竖向承载荷载一变形曲线
50%设计荷载3000kN,用水平承载力的20%(120
10000
kN)预推,反复进行3次后,正式加载。先将支座竖向
9000
整体式耐磨
分片嵌式耐
η载50%设计荷载3000kN,横向以设计水平力的
板球型支座
磨板球型支座
0.5%(3kN)作为初始荷载,待设计水平力达到90%
6000
(540kN)时,再将竖向承载力加至设计荷载6000kN,
解
4000
然后将水平承载力加至设计水平承载力的1.2倍(720
3000
kN),保载3min后卸载,见表3
1000
表3整体式与分片式耐磨板球型支座水平承載试验对比
0.5
变形mm
耐磨板结构
水平承载力试验
图3球型支座竖向承载荷载一盆环径向变形曲线
整体式
试验后:支座无明显异常变形、破坏现象
分片镶嵌式试验后:支座无明显异常变形、破坏现象
3.2.2摩擦系数试验
注:试验后支座变形是否能恢复,变形不能恢复的产品不
两个样品按双剪组合互叠在一起,上下对称安装
合格。
于试验机受力中心,竖向加载设计荷载6000kN于支4整体式和分片镶