老化-海蚀循环作用下高阻尼橡胶隔震支座橡胶材料性能劣化规律

考虑到设置于跨海大桥位置较低处的隔震支座可能会遭受海水侵蚀和老化的循环作用,开展了高阻尼橡胶隔震支座橡胶材料海蚀-老化循环作用试验,研究了橡胶的硬度、定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率随劣化时间和劣化深度的变化规律。结果表明,老化-海蚀循环作用对橡胶性能影响较大。随着老化-海蚀循环作用时间的延长,橡胶的硬度、定伸应力呈增长趋势,试验150 d后分别增长了21.05%和128.87%～244.95%;拉伸强度和扯断伸长率则呈减小趋势,试验150 d后分别下降了55.86%和76.52%,这对高阻尼橡胶隔震支座的极限变形能力和抗拉能力极为不利。经历150 d老化-海蚀循环作用后,硬度和定伸应力主要在劣化深度20 mm范围内增大,表层橡胶分别增长19.3%和87.04%～100.77%;拉伸强度和扯断伸长率在劣化深度10 mm范围内下降,表层橡胶分别减小44%和57.9%,说明橡胶材料性能劣化主要发生在距离表面较近的部分,内部橡胶性能变化较小。     

老化及海蚀作用下近海桥梁隔震支座橡胶材料性能劣化试验

设计了由与橡胶隔震支座相同材料的橡胶片组成的橡胶块体,将橡胶支座与橡胶块体和橡胶片放置在同样的试验环境下开展试验,研究橡胶材料硬度、定伸应力、拉伸强度及扯断伸长率在老化和海蚀作用下随时间及厚度方向的变化规律。试验结果表明:老化仍然是影响橡胶材料性能的主要因素;橡胶含水率的高低会极大影响其性能;随老化时间的增长,橡胶的硬度、定伸应力呈增大的趋势,而拉伸强度、扯断伸长率呈减小的趋势;单纯海蚀对橡胶硬度、定伸应力的影响不明显,但拉伸强度和扯断伸长率则随着海蚀时间的增长而减小;老化+海蚀试验结果是老化作用与海蚀作用的叠加,该作用会使得橡胶的性能劣化在大应变时表现得更为明显;从橡胶表面至内部,橡胶材料性能大体呈略微减小的趋势,老化及海蚀作用基本发生在表面,而内部橡胶的性能变化程度均较轻。     

海水干湿循环作用下天然橡胶支座橡胶材料性能劣化试验

考虑到近海桥梁极易遭受晴雨交替变化天气、高湿高温及海风海浪交替作用等产生的海水干湿循环作用,针对天然橡胶隔震支座所使用的橡胶材料开展了同时同步的试验研究。重点探讨橡胶材料各项力学性能随海水干湿循环作用时间的变化规律。结果表明:海水干湿循环作用对橡胶材料的力学性能影响较大。经过了长达60 d海水干湿循环试验后,橡胶材料的硬度和定伸应力均呈现增大的趋势,前者增大了约22%,后者增大了58.2%～118%,且大变形情况下的增长幅度更大;拉伸强度及扯断伸长率均呈降低趋势,分别降低了65.7%,51.53%,可能对橡胶支座的拉伸性能和极限剪切性能产生不利影响。以上研究成果可为橡胶材料的本构关系变化规律、橡胶隔震支座性能劣化规律研究,以及隔震结构全寿命性能评估和设计打下坚实的基础。     

纳米高岭土在矿用卡车轮胎中的应用

将纳米高岭土(NK)改性后应用于矿用卡车轮胎的胶料中,在天然橡胶与丁苯橡胶共混为基底的条件下,探讨NK与炭黑、白炭黑的协同作用及其对传统矿用卡车轮胎胎面胶性能的影响。结果表明,添加NK之后,矿用卡车轮胎胎面胶的硬度基本保持不变,定伸应力、拉伸强度和扯断伸长率都略有提升,但撕裂强度下降,在NK用量为15份,老化后的条件下,矿用卡车轮胎胎面胶的硬度为68H,300%定伸应力为15.18MPa,拉伸强度为19.56MPa,扯断伸长率为398%,但撕裂强度为48.00kN/m(未老化条件下),比没有添加NK的轮胎胎面胶下降31.03%。添加NK后,打破了高填充量的炭黑、白炭黑对橡胶分子链的圈闭作用,胎面胶的动态生热减少。     

不饱和羧酸盐对硅橡胶/EPDM并用胶结构与性能的影响

探索了2种不饱和羧酸盐对硅橡胶/三元乙丙橡胶并用胶结构与性能的影响,并与EVA树脂的补强效果进行了比较。实验结果发现,在甲基丙烯酸镁用量较少时,并用胶仍基本保持原有的交联结构,定伸应力升高,强度和伸长率提高;在大用量下,由于不饱和镁盐的就地聚合微米粒子的生成,使并用胶的交联和补强结构发生了变化,橡胶定伸应力、硬度和刚性大幅提高,但伸长率显著降低。甲基丙烯酸锌盐与镁盐相比,定伸应力更高,抗张强度和伸长率略低。EVA树脂的引入使并用胶的定伸应力轻微增大,拉伸强度和伸长率提高,扯断永久变形有所增大。     

木质纤维素/蒙脱土橡胶补强剂的制备及应用

以木质纤维素和蒙脱土为原料,制备新型橡胶补强剂,用此部分替代炭黑,制备了天然橡胶复合材料。研究了木质纤维素/蒙脱土质量比、用量等因素对天然橡胶复合材料性能的影响。结果表明,当木质纤维素/蒙脱土质量比为1∶4,用量为8份时,天然橡胶复合材料的综合力学性能最优,拉伸强度为20.88MPa,断裂伸长率为653%,邵氏A硬度为72.3;同时改善了天然橡胶复合材料的热氧老化性能。     

橡胶隔震支座拉伸刚度理论模型与分析

为定量分析橡胶隔震支座的受拉性能, 该文建立了橡胶隔震支座双弹簧拉伸刚度简化分析模型, 根据支座的剪切和拉伸几何变形条件, 以及受力平衡条件, 推导了不同剪切变形下橡胶隔震支座拉伸刚度理论计算公式。根据推导结果对支座拉伸刚度变化规律进行了分析, 并与ABAQUS有限元数值模型及支座拉伸试验结果进行了对比, 结果表明, 该文计算公式可以较好地分析不同直径叠层橡胶隔震支座在剪切变形小于100%时拉伸刚度定量变化。     

不同剪切变形下橡胶隔震支座竖向压缩刚度试验研究

针对橡胶隔震支座,研究了其在不同水平剪切变形状态下的竖向压缩刚度理论计算方法,基于双弹簧模型,提出了改进的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度理论计算公式。采用建筑结构中常用的第二形状系数S 2=5系列(G4)天然橡胶支座及铅芯橡胶支座,进行了不同压应力及不同剪切变形下的压缩性能试验,通过试验研究不同水平剪切变形状态下的橡胶隔震支座竖向压缩刚度。研究结果表明:橡胶隔震支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小,随设计压应力增大而增大;在设计压应力相同的条件下,橡胶隔震支座竖向压缩刚度随压应力变化范围的增大而减小;基于橡胶隔震支座有效承载面积的公式虽能反映支座竖向压缩刚度随剪应变增大而减小这一趋势,但与试验结果相比误差较大;既有的基于双弹簧模型的竖向压缩刚度计算公式计算精度优于基于有效承载面积的竖向压缩刚度计算公式,但在150%以上剪应变时,也存在误差较大的问题;提出的改进的基于双弹簧模型的不同剪切变形状态下橡胶隔震支座竖向压缩刚度计算公式与试验结果吻合较好,与既有基于有效承载面积计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度和基于双弹簧模型的计算橡胶隔震支座竖向压缩刚度的公式相比较,具有较高的计算精确度。     

导轨式抗拉橡胶支座力学性能研究

针对传统隔震橡胶支座在抗拉性能方面存在的不足,设计了一种为橡胶支座提供附加抗拉刚度导轨式抗拉装置(RTD),提出了可用于大高宽比高层建筑结构的新型导轨式隔震橡胶支座。借助拟静力试验,研究了天然橡胶支座LNR600和导轨式隔震橡胶支座RTDLNR600的水平压剪和竖向抗拉力学性能;基于ABAQUS分析平台,研究了单RTD竖向抗拉力学性能本构关系,并分析了RTDLNR600水平压剪和拉剪状态下的水平力学性能。研究结果表明:压剪状态下导轨式隔震橡胶支座RTDLNR600的等效水平刚度较天然橡胶支座LNR600略有提高,但不超过4%;RTDLNR600的竖向拉力-位移关系呈双线性关系,抗拉承载力远大于天然橡胶支座LNR600; RTD的抗拉性能不受偏心状态影响,力学行为可用双线性模型来进行描述;导轨式隔震橡胶支座RTDLNR600在拉剪状态下水平性能稳定,其拉力相关性不明显。     

硫酸钙晶须在胎面胶中的应用性能研究

该文采用硫酸钙晶须部分替代白炭黑,研究了硫酸钙晶须替代量对胎面复合材料性能的影响。结果表明:随着硫酸钙晶须替代量的增大,复合材料的门尼黏度降低,加工性能提高,Payne效应减小,填料分散性变好,焦烧时间延长,硫化速度变化不大,力学性能中硬度、定伸应力、拉伸强度和撕裂强度降低,拉断伸长率增大,磨耗性能降低,动态力学性能提升。     

考虑老化时间影响的隔震支座橡胶本构Moony-Rivlin模型常数研究

目前Moony-Rivlin模型被广泛应用于橡胶隔震支座的有限元分析中,其中,材料常数的标定是关键环节。为充分了解老化作用对橡胶材料常数的影响,采用最小二乘拟合法计算老化试验后的Moony-Rivlin模型材料常数,拟合出材料常数随老化时间的变化关系式,提出了修正Moony-Rivlin模型,并将拟合值和计算值进行对比。最后,根据上述方法确定的材料常数用Abaqus软件对隔震橡胶支座老化前后的性能进行了模拟分析,并将有限元分析结果与试验结果进行对比。结果表明:随着老化时间的增加,Moony-Rivlin模型常数逐渐增大;老化前、后橡胶隔震支座的竖向刚度、水平刚度试验测试与有限元模拟值的误差均在可接受的范围内,验证了所建立修正本构模型的准确性,可为橡胶隔震支座老化性能的研究和桥梁等结构全寿命性能设计提供理论支撑。     

凹凸棒土与炭黑粉体协同补强天然橡胶的性能

采用球磨溶液改性的方法制备改性凹凸棒土,利用机械共混法制备凹凸棒土-炭黑-天然橡胶复合材料,研究凹凸棒土与炭黑相互作用对天然橡胶性能的影响。结果表明:Si11-110型硅烷偶联剂对凹凸棒土有良好的改性作用,凹凸棒土与炭黑之间具有明显的协同补强效果,改性的凹凸棒土-炭黑-天然橡胶复合材料可以显著提高100%和300%的定伸强度、拉伸强度、断裂伸长率和耐切割性能;硅烷改性的凹凸棒土与炭黑协同补强能明显改善复合材料的网络结构,使得橡胶复合材料有更大的储能模量;通过增加结合胶的厚度,橡胶分子链在结合胶表面,更容易滑移和解缠,有效增大了拉伸强度和断裂伸长率。     

杜仲/天然共混硫化胶的结晶与动态力学性能

对杜仲胶(EUG)与天然橡胶(NR)的共混硫化胶在普通硫化体系中的静态力学性能及动态伸张疲劳性能进行了研究。结果表明,含有适量杜仲胶的胶料具有良好的包辊性,混炼胶停放冷却时,胶料挺性较好。掺用杜仲胶的共混硫化胶的拉伸强度、断裂伸长率略有下降,定伸应力、硬度(邵尔A)有所提高,动态压缩生热降低,耐疲劳性能、磨耗性能优异;通过X射线衍射和橡胶加工分析仪分析以及扫描电镜分析,产生这一现象与体系内杜仲胶存在的微晶的变化与作用有关。     

长期储存后橡胶材料湿热老化分析

对选择典型的丁腈橡胶、氟橡胶和氟硅橡胶材料先开展1.5年储存期老化实验,再进行0,5,10,20天和60天的湿热老化实验研究。分别对选取的三种典型橡胶材料在实验前后的外观、增重率、邵氏A硬度、拉伸强度、拉断伸长率和拉断永久变形等性能的对比分析。得出结论:三种典型橡胶材料中,湿热环境对储存后的丁腈橡胶影响较小;氟橡胶的吸湿量较大,但没有对材料的硬度和拉伸性能产生明显的老化影响,氟硅橡胶在储存期后就已经出现明显老化迹象,湿热环境会加快氟硅橡胶的老化过程。     

热氧老化作用对丁腈橡胶力学性能和摩擦学行为的影响

对丁腈橡胶在热氧环境下进行了加速老化及老化状态下的摩擦学性能实验,在不同温度和时间的老化实验基础上,利用静态拉伸试验机、SEM、EDS和3 D光学轮廓等方法考察了老化前后及程度对橡胶力学性能、摩擦学性能随老化温度和时间的变化情况,探讨了丁腈橡胶热氧老化后的性能衰退、磨损表面微观形貌变化和磨损机制演变行为.结果表明:老化温度和时间对橡胶力学性能有重要影响;橡胶伸长率以及断裂应力随老化时间的延长逐渐降低,且随老化温度的提高,温度小幅增加会导致力学性能显著下降;橡胶硬度对温度的变化更敏感,邵氏硬度演变曲线随温度的增加由低速线性变更为先快后慢式增长;因老化程度的不同,将橡胶老化的演变规律划分为A,B,C 3个区域,区域间的损伤机制呈现差异化,磨损机制由黏着磨损逐渐转变为磨粒磨损或疲劳、磨粒共存的损伤机制.     

轨道车辆橡胶堆材料热空气老化性能研究

采用扫描电镜(SEM)、核磁共振交联密度仪对热空气老化前后某轨道车辆橡胶堆材料结构进行对比分析,并分析了其常规力学性能和动态力学性能的变化。试验结果表明,80℃条件下,随着老化时间的延长,材料内部结构变化直观上不明显,交联密度先增大后减小,拉伸强度先增大后减小,拉断伸长率呈减小趋势,硬度呈增大趋势,储能模量逐步增大,损耗因子先增大后减小。     

带预应力橡胶支座相邻隔震结构碰撞分析

普通橡胶支座(RB)隔震结构在强震作用下因水平位移过大而容易与相邻结构产生碰撞。应用非线性Hertz-damp碰撞单元,建立了带预应力隔震支座(PRB)的相邻结构碰撞模型,推导了其动力碰撞方程。在此基础上,研究预应力隔震支座对相邻隔震结构碰撞的影响,分析了其碰撞响应的影响因素。研究表明:与普通橡胶隔震支座相比,预应力橡胶隔震支座能有效减小隔震结构的水平位移,从而减小相邻结构的碰撞响应。     

纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座有限元分析

利用轻质、低价纤维增强工程塑料板作为加劲层开发出一种新型隔震支座—纤维增强工程塑料板夹层橡胶隔震支座(FRPB)。利用通用有限元程序ABAQUS建立了无约束型支座、可靠约束型支座三维实体模型。对比探讨了无约束型支座、可靠约束型支座压剪状态下内部橡胶层中水平向应力、竖向应力、剪切应力的大小及分布状态。分别提出无约束型支座、可靠约束型支座水平承载机理。揭示了翘曲因素对于无约束型支座内部橡胶层应力状态影响的规律,为无约束型支座水平承载力及水平刚度的设计和研究提供参考。     

极低温度下LRB力学性能及对高层结构地震响应的影响

摘 要：研究极低气温（﹣40℃）下温度变化对隔震结构中铅芯橡胶支座力学性能的影响及其力学性能变化特征,及﹣40℃至40℃区间支座的温度相关性。选用直径为600 mm的原型铅芯橡胶支座,采用电液伺服加载系统完成剪切应变为100%情况不同恒定温度下的低周反复加载试验。发现支座在极低温度下的力学性能与常温下的力学性能差异显著。提出铅芯橡胶支座屈服后刚度与屈服荷载的温度修正方程,及隔震结构设计中铅芯橡胶支座基于温度的力学参数取值建议。给出考虑温度影响的隔震结构地震反应影响算例,分析结果表明温度对强震下隔震结构的隔震层位移、上部结构层间剪力以及上部结构顶层的加速度响应影响显著。     

村镇建筑新型简易隔震技术研究

该文提出采用工程塑料板替代传统橡胶支座中的钢板,研发了一种简易隔震支座。选用环氧树脂纤维与不饱和聚酯纤维加强工程塑料板这两类板材,分别对其进行了拉伸和弯曲性能试验。探索了简易支座的冷粘结与热硫化成型工艺,并对简易隔震支座进行了试验性能研究。在此基础上,提出了一整套适用于村镇低矮建筑的隔震连接构造与隔震层的施工方法。该新型简易隔震支座具有重量轻、造价低、便于运输与施工等优点,可望在不发达村镇地区普及推广,具有重要的现实意义与应用前景。