水平力分散型橡胶支座-LNR建筑隔震橡胶支座
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随着列车的提速,现有桥梁平板橡胶支座暴露出“横向位移过大”之缺陷, 对行车构成安全隐患。提出一种新的材料搭配和结构形式,研制出的新型LNR水平力分散型橡胶支座能大幅度提高支座横向抗剪刚度 ,同时仍保留了现有平板橡胶支座在抗压和纵向抗剪方面较低的有利特性。
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LNR水平力分散型橡胶支座除有成本低廉、安装方便、便于养护等诸多优点外 ,另一显著特点是具有良好的弹性和粘性阻尼特性。因而有吸振和缓冲作用, 能显著改善桥梁的动力学特性 。目前 , 这种LNR水平力分散型橡胶支座主要用于中、小跨度桥梁, 在列车提速之前, 使用情况良好 。但随着我国铁路干线列车运行速度的提高, 列车运行时的摇摆力亦随之增大 。提速试验发现, 梁体及支座横向位移过大, 有危及行车安全的忧虑。于是 ,在提速的区段, 现在均采用的一种应急措施是安装横向限位装置。但这种措施带来的缺点是桥梁墩台顶部构造复杂化, 且还增加了施工 、养护维修之负担,也影响了桥梁的美观和简洁。为此 ,有必要研制一种在现有支座性能上“取长补短”的换代产品。
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预期目标是:平压模量 E 基本不变 ,仍保持“弹性好”优势 ;为抵抗横向错动 ,应大幅度提高横向剪切模量 G,且 G应大于纵向剪切模量 G;应使 E 、G 不随 G的增加而增大;新型支座与原支座的外形 、尺寸规格一致 ,便于更换 ;具有良好的疲劳特性,使用寿命长 。
经调研、实地考察支座在列车通过时的变形与横移情况,认为造成钢轨横移过大的原因 ,除支座水平面内剪切刚度过低这一主要因素外, 还有抗横向转动刚度较低的因素 , 即支座的不均匀压缩变形所导致的梁体侧向转动。
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如何使LNR水平力分散型橡胶支座的横向抗剪刚度和横向抗转动刚度同时提高,且要保持支座的原有优势 ,便构成了本课题的一个难点。其根本原因是平板橡胶支座各项弹性性能有着相互紧密关联的特性 ,即下文所述的“弹性纠葛” 。或者说 ,它的纵横二向的抗剪刚度 、纵横二向的转动刚度都与抗压弹性模量 E 相关。
因此 ,若采用常规材料和结构是难以突破上述技术难点的 。经过分析和反复论证 ,认为只有突破传统思路, 大胆采用复合材料和相应的新型结构相结合的方式,才有可能找到一条可行的出路。
为了产生大的“戗 —涨效应” , 需通过材料的合理设计和对倾角 α的调整及耦合系数的优化 ,并需采用特殊的工艺成型技术 。这些便构成了本新型支座设计制作的关键。
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本新型LNR水平力分散型橡胶支座的基体材料仍采用弹性好、工艺成熟的LNR水平力分散型橡胶支座。增强材料需有较好的抗压刚度和强度 。竹材的弹性模量较橡胶高一个数量级 ,其抗压屈的承载力可通过竹签的粗细和组份予以调整, 加之它、加工方便。所以决定采用竹签/橡胶复合材料 ,其中竹签用特殊技术严格定向, 定向角 α已经优化 。
该新型LNR水平力分散型橡胶支座的材料选用、结构设计与优化、制造工艺已趋于完善，其静力性能测试和模拟列车运行动力作用的疲劳考核结果，证明达到了预期的目标。在保持了老产品优势的前提下，能大幅度提高横向抗剪刚度，从而有效抑制梁体的横移。由于它的规格尺寸与老产品完全相同.可沿用现有维修规程，有利于提速线路改造时的更换作业。
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