影响板式橡胶支座耐久性的因素与对策
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胶料质量是影响橡胶支座使用寿命的主要因 素， 由于橡胶的硬度和抗剪弹性模量（Ｇ）及其力学性 能与含胶量密切相关， 而橡胶支座的抗剪弹性模量 （Ｇ）和形状系数（Ｓ）决定作橡胶支座成品的力学性能， 因而胶料质量实质取决于橡胶的含胶量， 各国标准 对含胶量的规定见表 １。
近几年有掺入再生胶的支座流入市场的现象， 给桥梁建设带来巨大的危害， 世界各国对橡胶支座 使用的胶料都明确规定： 不允许掺入任何再生胶， 我国交通行业标准 ＪＴ／Ｔ ４－ ２００４《公路桥梁板式橡胶 支座》中， 明确规 定 不 允 许 在 支 座 胶 料 配 方 中 使 用 任何再生胶或粉碎的硫化橡胶， 同时规定通过抗剪 粘结性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是 否含有再生胶。 ２．２ 橡胶－ 钢板叠合质量（界面粘合剂、厚薄均匀性） 的影响
· １５ ·
《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期 刚度， 但加劲板不会影响橡胶层的剪切变形能力和 刚度。板式支座内部橡胶的膨胀效应和加劲板的约
束效应由形状系数（Ｓ）确定， 形状系数的定义如下： 形状系数（Ｓ）＝有效承压面积／单层橡胶层的侧表
面积。形状系数（Ｓ）和橡胶的剪切模量（Ｇ）共同决定了 橡胶支座的力学性能。调节形状系数可以控制极限 应变和承载力。
图 ４ 临界撕裂能下形状系数与临界应力水平曲线
２．４ 板式橡胶支座安装质量的影响 支座的安装技术与工艺很重要， 支座安装质量
将直接影响支座的受力状态和耐久性。调查发现支 座安装中常见质量问题如下： ①支座垫石与梁底支 承楔块的位置、尺寸、标高的施工偏差过大。即支座 垫石与梁底支承楔块的位置不准确， 每边宽出支座 的 尺 寸 过 小 、支 座 垫 石 与 梁 底 支 承 楔 块 的 高 度 过 大 或 过 小 、垫 石 顶 标 高 的 施 工 偏 差 过 大 。 ② 支 座 垫 石 混 凝 土 顶 不 水 平 、不 平 整 。 ③ 支 座 垫 石 与 梁 底 支 承 楔块内钢筋缺漏或保护层厚度过大， 个别支座的规 格型号与设计要求不完全相符。④支座安装的位 置、方向的施工偏差过大。⑤支座上、下面未与梁底 支 承 面 、 垫 石 顶 面 完 全 密 贴 或 支 座 顶 面 不 水 平 、支 座顶标高的施工偏差过大， 出现支座局部脱空、偏
剪切模量 Ｇ（ＭＰａ） （ＮＲ） （ＣＲ） ≥１６ ≥１６
≥１５．５ ≥１５．５
≥１５．５ ≥１３ ≥１８ ≥１７
随着载荷的增加， 内部胶层空穴（含固体杂质） 的发展， 如果存在交变负荷则裂纹必将在初始病灶 处形成裂纹并扩展， 直接影响支座的耐久性。橡胶 和钢板界面破坏形式见图 ３。
应力已大于临界疲劳极限值， 如图 ４ 所示， 支座的 疲劳强度储备下降很多， 在周期载荷的作用下， 支 座的表面和内部均有可能萌生裂纹。
板式橡胶支座由多层均匀分布的橡胶与钢板 粘接叠合而成， 是公路桥梁重要的承力和抗震减振 装置， 其质量的优劣直接影响着支座的作用功能和 桥梁结构的安全可靠度和使用寿命。本文通过对影 响板式橡胶支座耐久性各因素的分析探讨， 提出了 增加橡胶支座耐久性的防治对策。
１ 板式橡胶支座的特点
１．１ 橡胶的特点 橡胶是一种柔性的材料， 具有独特的粘弹性行
桥隧工程 文章编号： １６７２－ ９８８９（２００６）０４－ ００１５－ ０４
《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期
影响板式橡胶支座耐久性的因素与对策
黄跃平， 周明华， 胥 明
（东南大学土木工程学院， 江苏 南京 ２１００９６）
摘 要： 本文介绍了板式橡胶支座的特点及其内部橡胶层的应力分布情况， 根据撕裂能理论说明了橡胶支座内损 伤的萌生机理和现象， 提出了橡胶支座的临界疲劳损伤应力和强度储备的概念， 并针对影响板式橡胶支座耐久性 的各因素提出了防治对策。 关键词： 橡胶支座； 许用应力； 耐久性； 临界疲劳极限应力； 损伤 中图分类号： Ｕ４４３．３６１ 文献标识码： Ａ
乙丙橡胶虽有良好的抗臭氧性能， 但抗蠕变以及对 变形的复原能力比不上天然橡胶， 其中氯丁橡胶的 耐寒性一般。另外， 由于氯丁橡胶属于结晶型橡胶， 在使用期间或延长的贮存期会逐渐结晶硬化， 其硬 度、剪切模量和压缩模 量 将 会 提 高 ， 这 会 对 橡 胶 支 座的使用性能产生一定的影响。三元乙丙橡胶由于 分子链内缺少极性基团， 内聚力小， 粘性差， 三元乙 丙橡胶需要特殊胶粘剂才能与钢板粘接良好， 制造 成本较高。若防老体系配方设计恰当， 天然橡胶抗 臭氧能力可有较大程度的提高， 完全达到标准要 求。综合上述情况， 在一般条件下天然橡胶是生产 桥 梁 橡 胶 支 座 的 首 选 胶 种 ［ １］ 。 １．２ 加劲钢板的作用
实验研究还发现， 叠合质量对支座成品性能同 样 重 要 。 叠 合 质 量 包 括 橡 胶 与 钢 板 的 粘 结 质 量 、支 座内部加劲钢板位置定位平行度和橡胶层厚薄均 匀性。粘结质量不良在造成橡胶钢板的剥离强度降 低的同时， 还常常在支座内部留下初始病灶（如残余 气泡形成的空穴、胶层夹杂等）。加劲钢板位置定位 错位和不平行， 造成胶层和保护层厚薄不均。胶层 厚薄不均确造成支座局部胶层力学性能大幅下滑。 因此， 保证产品叠合质量对板式橡胶支座的使用寿 命至关重要［２］ 。
（ＣＲ）
０．７±０．１０ ０．９±０．１５ １．１５±０．２０
０．６５ １．０ １．３５ ０．６２～０．９０ ０．９０～１．４０ １．４０～２．０５ １．０±０．１５
《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期
硬度 ＩＲＨＤ （ＮＲ） （ＣＲ） ≥４５０ ≥４５０ ≥４２５ ≥４２５ ≥３００ ≥３００ ≥４５０ ≥４００ ≥４００ ≥４００ ≥３００ ≥３００ ≥４００ ≥４５０ ≥３５０ ≥４００ ≥３００ ≥３００ ≥４５０ ≥４００
欧标 ｐｒＥＮ １３３７－ ３ 根据橡胶－ 钢双材料界面的 疲 劳 特 性 规 定 板 式 橡 胶 支 座 设 计 压 应 力 为 σｃ≤ＧＳ 且 σｃ 不大于 ５Ｇ； 美标 ＡＡＳＨＴＯ Ｍ２５１ 规定板式橡 胶支座的设计压应力值为 σｃ≤１．６６×ＧＳ≤１１ ＭＰａ。欧 标和美标规定的许用应力 σｃ 由 Ｇ 和 Ｓ 确定， 都小 于在临界疲劳应力最小值（σＴａ）， 如图 ４ 所示， 而我国 公路桥梁板式橡胶支座（ＪＴ／Ｔ４－ ２００４）规定橡胶支座 的许用应力统一取为 １０ ＭＰａ， 过于简化， 且缺乏科 学根据。当支座形状系数小于 ７ 时， 部分支座设计
２ 支座的劣化与影响因素
通 过 对 江 苏 、安 徽 、贵 州 、宁 夏 等 省 高 速 公 路 板 式橡胶支座的使用状况的抽样调查发现， 一部分桥 梁橡胶支座使用不久就出现老化开裂， 有部分支座 甚至在安装不到一年， 桥梁尚未通车的情况下， 就 出现老化开裂， 造成了巨大的经济损失。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。 ２．１ 胶料质量对耐久性的影响
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｐａｄ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｕｂｂｅｒ ｌａｙｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｔｈｅｏｒｙ， ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｓｉｄｅ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｒｅ ａｎａｎｌｙｓｅｄ， ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｆａｔｉｇｕｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ， ｉｔ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄ： ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｂｅａｒｉｎｇｓ； ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｓｔｒｅｓｓ； ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ； ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔｒｅｓｓ； ｄａｍａｇｅ
由于泊松效应， 受压时橡胶材料将产生横向膨 胀变形。板式橡胶支座内部的加劲板可以改变并约 束橡胶的横向膨胀变形能力， 使橡胶在受压时变 硬， 从而提高橡胶支座的竖向承载能力和竖向抗压
基金项目： 江苏省交通厅科研项目（项目编号： ０５Ｙ４７） 作者简介： 黄跃平（１９５９－ ）， 男， 安徽黄山（市）人， 工程师， 长期从事实验力学电测非电量的实验研究工作。
图 ３ 像胶和钢板界面破坏形式
２．３ 设计应力与疲劳强度储备的影响 当橡胶支座的工作应力大于临界疲劳应力时，
橡胶支座在周期载荷下即可能发生裂纹并扩展， 板 式 橡 胶 支 座 的 临 界 疲 劳 应 力 （σＴ）与 剪 切 模 量 和 形 状 系数紧密关联， 临界疲劳应力最低值与形状系数的 关系曲线如图 ４ 所示。
桥隧工程
标准 Ｐｒ ＥＮ １３３７
ＩＳＯ ６４４６ ＡＡＳＨＴＯ Ｍ２５１
ＪＴ／Ｔ４－ ２００４
表 １ 各标准对含胶量的规定
含 胶 量 ／％
扯断伸长率／％ 拉伸强度／ＭＰａ
６０
６０
５５
５５
５０
５０
６０
６０
５５
５５
５０
５０
６０
６０
５５
５５
５０
５０
≥５５
（ＮＲ）
５０±５ ６０±５ ７０±５ ５０±５ ６０±５ ７０±５ ５０±５ ６０±５ ７０±５ ６０±５
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ ｓ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒ ｍｅａｓｕｒ ｅ ｆｏｒ Ｐｌａｔｅ Ｔｙｐｅ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｉｃ Ｐａｄ Ｂｅａｒ ｉｎｇｓ Ｄｕｒ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒ ｉｄｇｅｓ
Ｈｕａｎｇ Ｙｕｅｐｉｎｇ， Ｚｈｏｕ Ｍｉｎｇｈｕａ， Ｘｕ Ｍｉｎｇ
（Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６， Ｃｈｉｎａ）
图 １ 橡胶支座的结构特点
１．３ 应力集中现象 根据不可压缩弹性理论， 文 献 ［２～５］ 的 研 究 表 明 ，
当形状系数 Ｓ＜２０ 时， 则在橡胶层与钢板连接的边 缘 处 （即 半 径 坐 标 与 半 径 比 值（ｒ／Ｒ＝０．９９）处）存 在 应 力 集中的现象。橡胶与钢板连接面边缘处的局部力集 中系数最大， 高达 １０ 倍， 且与支座的形状系数成反 比， 形状系数越小， 集中系数越大。
为， 不仅可以像弹簧一样通过弹性形变来吸收储存 能量， 而且还可以通过粘弹性大幅度消耗能量， 这 种能力是其它材料所不具备的。标准规定天然橡胶 （ＮＲ）、氯 丁 橡 胶（ＣＲ）、三 元 乙 丙 橡 胶 可 用 于 桥 梁 支 座， 含胶量大于 ５５％。用于橡胶支座的 ３ 种胶料各 具有特点。天然橡胶抗破坏、抗蠕变性能、对变形的 恢复能力很强， 弹性模量对温度变化的敏感性较 弱， 但抗臭氧、耐老化的能力较差； 氯丁橡胶和三元
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《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期
压 等 现 象 。 ⑥ 四 氟 乙 烯 滑 板 与 不 锈 钢 滑 板 划 伤 、表 面脏污、硅脂未注满。 ２．５ 橡胶支座设计选型和布置的影响
（ａ） 压缩剪切状态下的应力分布
（ｂ） 应力集中分布 图 ２ 压力作用下圆形支座中的应力分布
图 ２ 给出了不同形状系数的橡胶支座内部橡 胶 与 钢 板 连 接 面 的 边 缘 处 的 竖 向 应 力 、径 向 应 力 和 剪切应力分布梯度变化。 · １６ ·
桥隧工程
当 Ｓ 取 ７ 和 ｒ／Ｒ 取 ０．９９ 时， 竖向应力 σ ＝－ Ｖ（ｒ／Ｒ＝０．９９） ２σＶ； 径向应力 σ ＝－ Ｈ（ｒ／Ｒ＝０．９９） １２σＨ； 剪切应力 τ ＝－ Ｖ（ｒ／Ｒ＝０．９９） １４τ
近几年有掺入再生胶的支座流入市场的现象， 给桥梁建设带来巨大的危害， 世界各国对橡胶支座 使用的胶料都明确规定： 不允许掺入任何再生胶， 我国交通行业标准 ＪＴ／Ｔ ４－ ２００４《公路桥梁板式橡胶 支座》中， 明确规 定 不 允 许 在 支 座 胶 料 配 方 中 使 用 任何再生胶或粉碎的硫化橡胶， 同时规定通过抗剪 粘结性能与老化后抗剪的交叉试验来检测支座是 否含有再生胶。 ２．２ 橡胶－ 钢板叠合质量（界面粘合剂、厚薄均匀性） 的影响
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《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期 刚度， 但加劲板不会影响橡胶层的剪切变形能力和 刚度。板式支座内部橡胶的膨胀效应和加劲板的约
束效应由形状系数（Ｓ）确定， 形状系数的定义如下： 形状系数（Ｓ）＝有效承压面积／单层橡胶层的侧表
面积。形状系数（Ｓ）和橡胶的剪切模量（Ｇ）共同决定了 橡胶支座的力学性能。调节形状系数可以控制极限 应变和承载力。
图 ４ 临界撕裂能下形状系数与临界应力水平曲线
２．４ 板式橡胶支座安装质量的影响 支座的安装技术与工艺很重要， 支座安装质量
将直接影响支座的受力状态和耐久性。调查发现支 座安装中常见质量问题如下： ①支座垫石与梁底支 承楔块的位置、尺寸、标高的施工偏差过大。即支座 垫石与梁底支承楔块的位置不准确， 每边宽出支座 的 尺 寸 过 小 、支 座 垫 石 与 梁 底 支 承 楔 块 的 高 度 过 大 或 过 小 、垫 石 顶 标 高 的 施 工 偏 差 过 大 。 ② 支 座 垫 石 混 凝 土 顶 不 水 平 、不 平 整 。 ③ 支 座 垫 石 与 梁 底 支 承 楔块内钢筋缺漏或保护层厚度过大， 个别支座的规 格型号与设计要求不完全相符。④支座安装的位 置、方向的施工偏差过大。⑤支座上、下面未与梁底 支 承 面 、 垫 石 顶 面 完 全 密 贴 或 支 座 顶 面 不 水 平 、支 座顶标高的施工偏差过大， 出现支座局部脱空、偏
剪切模量 Ｇ（ＭＰａ） （ＮＲ） （ＣＲ） ≥１６ ≥１６
≥１５．５ ≥１５．５
≥１５．５ ≥１３ ≥１８ ≥１７
随着载荷的增加， 内部胶层空穴（含固体杂质） 的发展， 如果存在交变负荷则裂纹必将在初始病灶 处形成裂纹并扩展， 直接影响支座的耐久性。橡胶 和钢板界面破坏形式见图 ３。
应力已大于临界疲劳极限值， 如图 ４ 所示， 支座的 疲劳强度储备下降很多， 在周期载荷的作用下， 支 座的表面和内部均有可能萌生裂纹。
板式橡胶支座由多层均匀分布的橡胶与钢板 粘接叠合而成， 是公路桥梁重要的承力和抗震减振 装置， 其质量的优劣直接影响着支座的作用功能和 桥梁结构的安全可靠度和使用寿命。本文通过对影 响板式橡胶支座耐久性各因素的分析探讨， 提出了 增加橡胶支座耐久性的防治对策。
１ 板式橡胶支座的特点
１．１ 橡胶的特点 橡胶是一种柔性的材料， 具有独特的粘弹性行
桥隧工程 文章编号： １６７２－ ９８８９（２００６）０４－ ００１５－ ０４
《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期
影响板式橡胶支座耐久性的因素与对策
黄跃平， 周明华， 胥 明
（东南大学土木工程学院， 江苏 南京 ２１００９６）
摘 要： 本文介绍了板式橡胶支座的特点及其内部橡胶层的应力分布情况， 根据撕裂能理论说明了橡胶支座内损 伤的萌生机理和现象， 提出了橡胶支座的临界疲劳损伤应力和强度储备的概念， 并针对影响板式橡胶支座耐久性 的各因素提出了防治对策。 关键词： 橡胶支座； 许用应力； 耐久性； 临界疲劳极限应力； 损伤 中图分类号： Ｕ４４３．３６１ 文献标识码： Ａ
乙丙橡胶虽有良好的抗臭氧性能， 但抗蠕变以及对 变形的复原能力比不上天然橡胶， 其中氯丁橡胶的 耐寒性一般。另外， 由于氯丁橡胶属于结晶型橡胶， 在使用期间或延长的贮存期会逐渐结晶硬化， 其硬 度、剪切模量和压缩模 量 将 会 提 高 ， 这 会 对 橡 胶 支 座的使用性能产生一定的影响。三元乙丙橡胶由于 分子链内缺少极性基团， 内聚力小， 粘性差， 三元乙 丙橡胶需要特殊胶粘剂才能与钢板粘接良好， 制造 成本较高。若防老体系配方设计恰当， 天然橡胶抗 臭氧能力可有较大程度的提高， 完全达到标准要 求。综合上述情况， 在一般条件下天然橡胶是生产 桥 梁 橡 胶 支 座 的 首 选 胶 种 ［ １］ 。 １．２ 加劲钢板的作用
实验研究还发现， 叠合质量对支座成品性能同 样 重 要 。 叠 合 质 量 包 括 橡 胶 与 钢 板 的 粘 结 质 量 、支 座内部加劲钢板位置定位平行度和橡胶层厚薄均 匀性。粘结质量不良在造成橡胶钢板的剥离强度降 低的同时， 还常常在支座内部留下初始病灶（如残余 气泡形成的空穴、胶层夹杂等）。加劲钢板位置定位 错位和不平行， 造成胶层和保护层厚薄不均。胶层 厚薄不均确造成支座局部胶层力学性能大幅下滑。 因此， 保证产品叠合质量对板式橡胶支座的使用寿 命至关重要［２］ 。
（ＣＲ）
０．７±０．１０ ０．９±０．１５ １．１５±０．２０
０．６５ １．０ １．３５ ０．６２～０．９０ ０．９０～１．４０ １．４０～２．０５ １．０±０．１５
《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期
硬度 ＩＲＨＤ （ＮＲ） （ＣＲ） ≥４５０ ≥４５０ ≥４２５ ≥４２５ ≥３００ ≥３００ ≥４５０ ≥４００ ≥４００ ≥４００ ≥３００ ≥３００ ≥４００ ≥４５０ ≥３５０ ≥４００ ≥３００ ≥３００ ≥４５０ ≥４００
欧标 ｐｒＥＮ １３３７－ ３ 根据橡胶－ 钢双材料界面的 疲 劳 特 性 规 定 板 式 橡 胶 支 座 设 计 压 应 力 为 σｃ≤ＧＳ 且 σｃ 不大于 ５Ｇ； 美标 ＡＡＳＨＴＯ Ｍ２５１ 规定板式橡 胶支座的设计压应力值为 σｃ≤１．６６×ＧＳ≤１１ ＭＰａ。欧 标和美标规定的许用应力 σｃ 由 Ｇ 和 Ｓ 确定， 都小 于在临界疲劳应力最小值（σＴａ）， 如图 ４ 所示， 而我国 公路桥梁板式橡胶支座（ＪＴ／Ｔ４－ ２００４）规定橡胶支座 的许用应力统一取为 １０ ＭＰａ， 过于简化， 且缺乏科 学根据。当支座形状系数小于 ７ 时， 部分支座设计
２ 支座的劣化与影响因素
通 过 对 江 苏 、安 徽 、贵 州 、宁 夏 等 省 高 速 公 路 板 式橡胶支座的使用状况的抽样调查发现， 一部分桥 梁橡胶支座使用不久就出现老化开裂， 有部分支座 甚至在安装不到一年， 桥梁尚未通车的情况下， 就 出现老化开裂， 造成了巨大的经济损失。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。 ２．１ 胶料质量对耐久性的影响
Ａｂｓ ｔｒａｃｔ： Ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｐａｄ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｓｔｒｅｓｓ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｎｇ ｏｆ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｒｕｂｂｅｒ ｌａｙｅｒ．Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｅａｒ ｅｎｅｒｇｙ ｔｈｅｏｒｙ， ｔｈｅ ｄａｍａｇｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｉｎｓｉｄｅ ｒｕｂｂｅｒ ａｎｄ ｐｈｅｎｏｍｅｎｏｎ ａｒｅ ａｎａｎｌｙｓｅｄ， ｔｈｅ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｆａｔｉｇｕｅ ｓｔｒｅｓｓ ｏｆ ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｂｅａｒｉｎｇ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｎｃｅｐｔ ｏｆ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｓｔｏｒａｇｅ ａｒｅ ａｌｓｏ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｆａｃｔｏｒｓ， ｉｔ ｐｕｔｓ ｆｏｒｗａｒｄ ｔｈｅ ｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄ： ｅｌａｓｔｏｍｅｒｉｃ ｂｅａｒｉｎｇｓ； ａｌｌｏｗａｂｌｅ ｓｔｒｅｓｓ； ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ； ｆａｔｉｇｕｅ ｌｉｍｉｔ ｓｔｒｅｓｓ； ｄａｍａｇｅ
由于泊松效应， 受压时橡胶材料将产生横向膨 胀变形。板式橡胶支座内部的加劲板可以改变并约 束橡胶的横向膨胀变形能力， 使橡胶在受压时变 硬， 从而提高橡胶支座的竖向承载能力和竖向抗压
基金项目： 江苏省交通厅科研项目（项目编号： ０５Ｙ４７） 作者简介： 黄跃平（１９５９－ ）， 男， 安徽黄山（市）人， 工程师， 长期从事实验力学电测非电量的实验研究工作。
图 ３ 像胶和钢板界面破坏形式
２．３ 设计应力与疲劳强度储备的影响 当橡胶支座的工作应力大于临界疲劳应力时，
橡胶支座在周期载荷下即可能发生裂纹并扩展， 板 式 橡 胶 支 座 的 临 界 疲 劳 应 力 （σＴ）与 剪 切 模 量 和 形 状 系数紧密关联， 临界疲劳应力最低值与形状系数的 关系曲线如图 ４ 所示。
桥隧工程
标准 Ｐｒ ＥＮ １３３７
ＩＳＯ ６４４６ ＡＡＳＨＴＯ Ｍ２５１
ＪＴ／Ｔ４－ ２００４
表 １ 各标准对含胶量的规定
含 胶 量 ／％
扯断伸长率／％ 拉伸强度／ＭＰａ
６０
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５５
５５
５０
５０
６０
６０
５５
５５
５０
５０
６０
６０
５５
５５
５０
５０
≥５５
（ＮＲ）
５０±５ ６０±５ ７０±５ ５０±５ ６０±５ ７０±５ ５０±５ ６０±５ ７０±５ ６０±５
Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ Ｆａｃｔｏｒ ｓ ａｎｄ Ｃｏｕｎｔｅｒ ｍｅａｓｕｒ ｅ ｆｏｒ Ｐｌａｔｅ Ｔｙｐｅ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ ｉｃ Ｐａｄ Ｂｅａｒ ｉｎｇｓ Ｄｕｒ ａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈｗａｙ Ｂｒ ｉｄｇｅｓ
Ｈｕａｎｇ Ｙｕｅｐｉｎｇ， Ｚｈｏｕ Ｍｉｎｇｈｕａ， Ｘｕ Ｍｉｎｇ
（Ｓｏｕｔｈｅａｓｔ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ， Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｃｏｌｌｅｇｅ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００９６， Ｃｈｉｎａ）
图 １ 橡胶支座的结构特点
１．３ 应力集中现象 根据不可压缩弹性理论， 文 献 ［２～５］ 的 研 究 表 明 ，
当形状系数 Ｓ＜２０ 时， 则在橡胶层与钢板连接的边 缘 处 （即 半 径 坐 标 与 半 径 比 值（ｒ／Ｒ＝０．９９）处）存 在 应 力 集中的现象。橡胶与钢板连接面边缘处的局部力集 中系数最大， 高达 １０ 倍， 且与支座的形状系数成反 比， 形状系数越小， 集中系数越大。
为， 不仅可以像弹簧一样通过弹性形变来吸收储存 能量， 而且还可以通过粘弹性大幅度消耗能量， 这 种能力是其它材料所不具备的。标准规定天然橡胶 （ＮＲ）、氯 丁 橡 胶（ＣＲ）、三 元 乙 丙 橡 胶 可 用 于 桥 梁 支 座， 含胶量大于 ５５％。用于橡胶支座的 ３ 种胶料各 具有特点。天然橡胶抗破坏、抗蠕变性能、对变形的 恢复能力很强， 弹性模量对温度变化的敏感性较 弱， 但抗臭氧、耐老化的能力较差； 氯丁橡胶和三元
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《现代交通技术》２００６ 年第 ４ 期
压 等 现 象 。 ⑥ 四 氟 乙 烯 滑 板 与 不 锈 钢 滑 板 划 伤 、表 面脏污、硅脂未注满。 ２．５ 橡胶支座设计选型和布置的影响
（ａ） 压缩剪切状态下的应力分布
（ｂ） 应力集中分布 图 ２ 压力作用下圆形支座中的应力分布
图 ２ 给出了不同形状系数的橡胶支座内部橡 胶 与 钢 板 连 接 面 的 边 缘 处 的 竖 向 应 力 、径 向 应 力 和 剪切应力分布梯度变化。 · １６ ·
桥隧工程
当 Ｓ 取 ７ 和 ｒ／Ｒ 取 ０．９９ 时， 竖向应力 σ ＝－ Ｖ（ｒ／Ｒ＝０．９９） ２σＶ； 径向应力 σ ＝－ Ｈ（ｒ／Ｒ＝０．９９） １２σＨ； 剪切应力 τ ＝－ Ｖ（ｒ／Ｒ＝０．９９） １４τ