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內(nèi)容摘要：1概述鋼盆式橡膠支座的主要作用是傳遞載荷，在使用過程中主要承受橋梁傳遞過來的靜壓力，又要承受汽車、火車等交通工具通過橋梁時產(chǎn)生的活載。隨著橋梁的上下抖動，支座要承受一定轉(zhuǎn)動力矩的作用。針對各種復(fù)雜的...的主要作用是傳遞載荷，在使用過程中主要承受橋梁傳遞過來的靜壓力，又要承受汽車、火車等交通工具通過橋梁時產(chǎn)生的活載。
隨著橋梁的上下抖動，支座要承受一定轉(zhuǎn)動力矩的作用。針對各種復(fù)雜的載荷工況，鋼盆式橡膠支座的應(yīng)變、應(yīng)力情況如何?設(shè)計支座應(yīng)該注意的主要問題有那些?在以往支座的研究過程中，只是給出了大概的設(shè)計公式，這些設(shè)計公式取的系數(shù)比較大，相對比較保守。這樣就勢必會造成一些不必要的浪費，基于此。
本章節(jié)將研究支座中設(shè)計載荷與橡膠直徑，橡膠厚度，盆環(huán)厚度之間的關(guān)系，以確定一個比較合理的設(shè)計范圍，期望在以后的實際工程中具有相應(yīng)的價值。2鋼盆中橡膠的轉(zhuǎn)動性能研究2.1鋼盆中橡膠轉(zhuǎn)動性能試驗研究轉(zhuǎn)動試驗用來測定支座轉(zhuǎn)角與盆式橡膠支座反力矩之間的關(guān)系。鐵道部科學(xué)研究院與交通部科學(xué)規(guī)劃研究院對此做了相關(guān)研究。
通過研究得出以下結(jié)論：1)試件厚度與轉(zhuǎn)動力矩的關(guān)系，試件厚度愈大，滿足相同轉(zhuǎn)角得轉(zhuǎn)動力矩愈小。2)橡膠轉(zhuǎn)角和正應(yīng)力的關(guān)系：正應(yīng)力越高轉(zhuǎn)動力矩相應(yīng)較大。3)試件硬度和橡膠轉(zhuǎn)動力矩的關(guān)系:在相同的轉(zhuǎn)角條件下，橡膠硬度越大轉(zhuǎn)動力矩越大。4)試件直徑與轉(zhuǎn)動力矩的關(guān)系:盆式橡膠支座的轉(zhuǎn)動力矩與直徑的立方成反比。
以上結(jié)論只對檢驗支座和設(shè)計支座有一定的意義。關(guān)于橡膠支座轉(zhuǎn)動到極限轉(zhuǎn)角時支座的應(yīng)力、應(yīng)變沒有提到，轉(zhuǎn)動對支座性能的影響沒有展開深入討論，轉(zhuǎn)動對盆環(huán)的破壞也沒有做研究。因此，在驗證有限元模擬支座轉(zhuǎn)動正確的基礎(chǔ)上展開這方面的討論很有實際意義?；诖耍鸵韵聠栴}展開討論：1)通過和試驗結(jié)果比較。
驗證有限元計算結(jié)果；2)計算出設(shè)計極限(轉(zhuǎn)角±0.045Rad)下支座應(yīng)力、應(yīng)變。2.2轉(zhuǎn)動力矩對支座性能影響有限元分析1)轉(zhuǎn)動力矩的施加為保持計算結(jié)果的合理性，有限元分析時所采用模型與上面分析所采用模型參數(shù)相同。分析模型為實體模型。在橡膠面上再授蓋一層很薄的鋼板，以模擬上蓋板。
由于上蓋板不作為主要研究對象，且上蓋板主要是傳遞力的作用，因此取上蓋板的彈性模量是鋼板彈性模量的1000倍來計算。ANSYS中關(guān)于端面上施加力矩沒有給出，但是可以把橡膠表面鋼化，鋼化的面與定義的鋼化點禍合連接，轉(zhuǎn)動力矩可以直接施加到鋼化點上。避免了轉(zhuǎn)動力矩向節(jié)點力的轉(zhuǎn)化。2)計算參數(shù)：支座反力：3MN。
支座極限轉(zhuǎn)角：0.045Rad。計算模型為上面典型模型，約束為剛性約束。3)計算結(jié)果分析當(dāng)支座上蓋板施加轉(zhuǎn)動力矩時，上蓋板將隨著轉(zhuǎn)動力矩而轉(zhuǎn)動，橡膠塊也將會在上蓋板的帶動下而轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)動停止的時候，橡膠板將會是下面厚一面薄。因此可以做以下推論：厚橡膠面的平均壓應(yīng)力會隨著轉(zhuǎn)動而減小。
對盆環(huán)的壓力面積將增大。薄面橡膠的平均壓應(yīng)力會變大，對盆環(huán)的壓力面積減小。因此對于這兩個點的應(yīng)力與只承受壓力狀態(tài)下會產(chǎn)生什么樣的變化還不確定。通過有限元計算能夠得到合理的結(jié)果。橡膠塊在承受壓力與轉(zhuǎn)動力矩共同作用下后橡膠的應(yīng)力分布沿橡膠塊徑向呈線性分布。中央部位由于橡膠的流動而變得不是很穩(wěn)定。
是由于有限元軟件本身問題?？傮w趨勢很明顯。從這個側(cè)面反映了橡膠的流動性。靜載作用下鋼盆底部受力為對稱壓應(yīng)力，靠近盆環(huán)是受拉應(yīng)力作用。應(yīng)力分布比較均勻。在收到靜載荷與轉(zhuǎn)動力矩共同作用時，鋼盆受到的 壓應(yīng)力明顯比單純收到靜載荷情況下增大，且 壓應(yīng)力作用的也有所改變，向盆環(huán)方向移動。
在另一側(cè)，鋼盆底部收到的壓應(yīng)力明顯比靜載荷情況下減小。 拉應(yīng)力也有所增大，只是對鋼盆產(chǎn)生很小影響。3盆底研究與應(yīng)用3.1盆底應(yīng)力鋼盆式橡膠支座主要承受橋梁傳遞靜壓力和由于橋梁轉(zhuǎn)動所帶來轉(zhuǎn)動力矩得作用，一般情況下，橋梁支座是承受橋梁得靜壓力作用。在橋梁的作用下，支座底部應(yīng)力如何。
對于橋墩的設(shè)計十分重要。3.2不同D/H情況為研究不同D川情況下支座盆底應(yīng)力情況，分別取D/H=10，11，……，20等11個系列進行了計算，計算載荷為3MN。相同載荷情況下，不同D/H值的支座底部拉應(yīng)力趨勢:在盆中央壓應(yīng)力變化程度不大， 拉應(yīng)力出現(xiàn)距中心200mm處，也就是在橡膠與鋼盆相交處。
隨著D/H值的增大， 拉應(yīng)力減小，說明橡膠厚度減小以后，盆底所受拉力減小。從盆底應(yīng)力可以得出結(jié)論，橡膠塊厚度越小越好。4盆環(huán)的研究與應(yīng)用4.1盆環(huán)應(yīng)力為了解鋼盆式橡膠支座再載荷作用下盆環(huán)的應(yīng)力情況，鐵道科學(xué)研究院與交通部規(guī)劃設(shè)計院做了試驗研究。盆環(huán)上各點應(yīng)力平均值匯總與表?？梢娫偈褂幂d荷作用下盆環(huán)承壓。
且數(shù)值不大。由于鋼盆中橡膠車廂力的作用，盆環(huán)理應(yīng)受拉，但由于混凝土的彈性壓縮，使支座發(fā)生鍋底狀變形，因而盆環(huán)受壓。這種變形使盆環(huán)產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力，可抵消部分盆環(huán)拉應(yīng)力，對盆環(huán)受力是有利的。當(dāng)將這些支座直接支撐在鋼墊板上加壓時，盆環(huán)應(yīng)力也列于表.此時支座處于剛性支撐狀態(tài)，盆環(huán)上的應(yīng)力有拉有壓。
即使有的支座盆環(huán)上產(chǎn)生壓應(yīng)力，但數(shù)值上遠小于彈性支撐的。在剛性支撐條件下，盆環(huán)仍產(chǎn)生壓應(yīng)力得原因有以下可能，一方面由于支座的初始狀態(tài)盆底可能不平，因而承壓時，由支座盆底的變形，會引起盆環(huán)受壓。另一方面支座承壓時，支座鋼盆上的載荷由橡膠面擴展到支座底面，盆底應(yīng)力對盆環(huán)產(chǎn)生彎曲應(yīng)力。
使盆環(huán)上口承壓。鋼盆式橡膠支座的盆環(huán)對橡膠起三向約束的作用，沒有盆環(huán)對橡膠的約束，橡膠很容易被壓壞。如果盆環(huán)破壞，支座必將會失去其原有的承載能力，因此研究盆環(huán)厚度對承載能力的影響很有必要。由于支座轉(zhuǎn)動力矩對盆環(huán)的影響要大于靜載作用。因此，在計算時采用支座極限偏角狀態(tài)。由工程實際情況可知。
盆環(huán)對于承受豎向載荷的支座來講起固定橡膠作用。其主要受力為橡膠受到靜載荷載荷作用后對盆環(huán)的張力，盆環(huán)相當(dāng)于一鑲嵌在盆底一周的懸臂梁。由懸臂梁的一般知識可知， 變形應(yīng)出現(xiàn)在盆環(huán)的頂部， 應(yīng)力部分應(yīng)該在盆環(huán)和盆底相交處。用ANSYS計算結(jié)果和試驗結(jié)果于理論十分符合。并且 變形會隨著盆環(huán)厚度的增加而減小。
減小的趨勢為一非線性趨勢，在盆環(huán)厚度增加很小的時候 變形減小很大，但是當(dāng)盆環(huán)厚度達到一個水平后，盆環(huán)變形的減小程度就相當(dāng)小了。因此，在實際工程實踐中，并非是盆環(huán)厚度越大越好，或者是越薄越好，其厚度與橡膠支座的直徑，橡膠的厚度有一定關(guān)系的。盆環(huán)變形隨著盆環(huán)厚度的增加而減小，減小的規(guī)律呈非線性趨勢。