CKPZ-T液压调高盆式橡胶支座调高试验研究.pdf

桥 梁 C K P Z T液压调高盆式橡胶支座调高试验研究 胡宇新 ，卢瑞琳 ，郭红峰 ，蒋瑞秋 株洲 时代新材料科技股份有 限公司 ，湖南株洲4 1 2 0 0 7 摘要 介 绍 C KP ZT液 压 调 高 盆 式 橡 胶 支座 调 高 的 原 理 和 优点 ． 通过 大量的 支座试验室调高试验以及武 广客 运专线 工地 现场 实桥 调高试验 ， 验 证 了 C K P ZT液 压调 高盆 式橡胶 支座 调高的可靠性 和良好的操 作性 ， 总 结 C K P ZT液 压调 高盆式 橡胶 支座调 高工艺和相 关注 意事项 ， 提 出 了 C K P ZT液压调 高盆式橡胶 支座调 高材料要 求， 为今后 我 国客运 专线运营后桥 梁盆式橡胶 支座 实桥调 高操作提供 了宝贵的经验。 关键 词 盆 式 橡胶 支座 ；液 压调 高 支座 ；试 验 ；工 艺 ；研 究 中 图分 类 号 U 4 4 3 ． 3 6 1 文献 标 识 码 A 文章编号 1 0 0 4 2 9 5 4 2 0 1 0 1 2 0 0 6 1 0 4 我国客运专线建设 中广泛采用 了无砟轨道技术 ， 这 对桥 梁基础 沉降控 制提 出 了更 严格 的要 求 。如 何 可 靠 快捷地 解决 桥梁基 础沉 降 问题 是客 运专 线无砟 轨道 技 术应用 必须 解 决 的课 题 。通 过 对 C K P ZT液 压 调 高盆式橡胶支座试验性研究 ， 可以看 出采用液压调高 盆式 橡胶 支座是 一种 解 决 桥 梁基 础 沉 降 问题 的方 便 、 可靠 方法 。 1 CK P ZT液 压调 高盆式橡 胶 支座调 高原 理和 优点 1 ． 1 液压 调高 方式与 垫板 调高方 式 比较 目前 国内外 已采用 过 的支 座调 高方 案主要 有垫 板 调高 、 螺旋调 高 、 楔块 调 高 、 液压 调 高等 4种方式 ， 通 过 在支 座顶部或 底部 加垫 钢板 的垫板 调高 方式是 目前 国 内外最常用也是最简便实用 的方案 ； 目前在我 国客运 专线使 用 的盆 式橡 胶支 座 要 求 都具 有 垫 板 调 高 功能 。 然 而 ， 垫 板调 高方式 虽然 简单 ， 但 因为每次 调高 时需要 根 据调 高高度 另外加 工 钢 垫 板 ， 并 且加 工 钢 垫 板 时需 要 与 已有 支座 相关尺 寸 配 合加 工 ， 否则 会 导 致 调 高钢 板装 不上 ； 另外 每次 实施 垫 板 调 高 时需 先 使 用 千斤 顶 将梁顶起后再将加工好 的调高钢垫板插入支座和梁底 之 间 ， 然后 还需要 拧紧 支座锚 固螺 栓 ， 调 高操 作时需 要 在墩 台上多 人配合 ， 因此 垫 板调 高 方 式 在具 体 组 织 实 施时会 带来 进度 和施工 安全保 障上 的很 多 困难 。 而液 压调 高方式 可 以很好 地避 免垫 板调 高方式 带来 的上 述 不便。液压调高的原理是用高压注射设备 向密闭的支 座钢盆 内注 入填充 液态 弹性 材 料 ， 使 支座 上 板 和 梁底 抬高从 而达 到调高 目的 ， 其 原 理类 似 油 压 千斤 顶 。注 收 稿 日期 2 0 1 0 0 72 8 作者简介 胡宇新 1 9 7 1 一 ， 男 ， 高 级工程 师， 1 9 9 2年毕 业于 湖南工 业 大学 ， 工学学士。 铁道标准设 计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0 1 2 射进 入支 座钢 盆 内的填 充液 态弹性 材料 在一定 的时 间 内 可 以根 据 实际需 要调 节 可 以 快速 固化 ， 固化 后材 料可以可靠地承受桥梁荷载。从调高原理可 以发现 ， 液压调高方式具有可以实现无级调高、 持荷调高、 调高 操作简便安全 ， 无需千斤顶顶梁、 调高时间短等众多优 点 ， 同时 ， 液压 调高 方式在 支座 调高 的 同时还可 以根据 调 高设备 压力 表上 的压力 显示 通过计 算达 到实 测支座 实 际受力 的 目的 。 1 ． 2 C K P ZT 液压 调 高盆 式 橡 胶 支 座 调 高原 理 和 优点 C K P ZT液压 调 高 盆 式 橡 胶 支 座 是 铁 道第 四勘 察设计 院 引进 意大利 A L G A公 司先进 成熟技 术研 发 的 一 种适 应 国 内施 工特 点 的新 型液 压调 高支座 。其 调高 原理为在盆式橡胶支座钢盆和承压橡胶垫之间注入填 充液态 弹性 材料 ， 抬 高承 压 橡 胶 垫在 底 盆 中的位 置 从 而抬高支座上板和桥梁上部结构达到调高 目的。C K P ZT液 压 调 高盆 式 橡胶 支 座 具体 结 构 如 图 1所示 ， 支 座调 高注射 通道 加 工 在钢 盆 侧 壁 和底 部 ， 而且 可 根 据 需要在 钢 盆 内加 工 出多组 注射通 道从 而达 到支座 多 次 调高 目的 ； 外 部 调高 设 备通 过精 密 的 管 螺纹 与 支 座 注射 通道 联接 ， 在外 部调 高设 备与 C K P ZT液压 调 高 支座之间装有单向阀， 在调高完成后及时关 闭单向阀 可 以确保 注射 入支 座钢盆 内部 的填 充液态 弹性 材料在 固化 的过 程 中不 会 泄漏 ， 同 时单 向阀 还可 以确 保 调高 后能及时拆除外部调高设备进行 清洗 ， 以保证填充液 态弹性 材料 不在 外部 调 高 设 备 内 固化 ， 确 保 外 部调 高 设备的重复使用。C K P ZT液压调高盆式橡胶支座 利用承 压橡 胶垫 竖 向受 压后 会发 生径 向变形 贴 紧钢盆 侧 壁 ， 并 且 承压橡 胶 垫给 予 钢 盆侧 壁 的压 力 与其 竖 向 受力完全相同， 两者之 间维持动态平衡的原理来进行 密 封 ， 可 以可 靠地 防止 支 座 调 高 时填 充 液 态 弹性 材 料 从 承压橡 胶 垫 和 钢 盆 侧 壁 之 间 泄 漏 。从 以上 可 以 看 出 ， C K P ZT液压 调 高盆 式橡 胶 支 座 除具 有一 般 液 压 调 高支座 优点外 ， 还 具有 结构 简单 、 与普通 盆式 支座 相 比成 本增 加不 多 、 可 实现 多次调 高 、 调高安 全可 靠不 泄 l 亏 ＼高压油管／ 图 1 C K P Z T液压调 高盆式橡胶支座调 高示意 61 桥 梁 胡宇新， 卢瑞琳， 郭红峰， 等--C K P Z T 液压调高盆式橡胶支座调高试验研究 漏等 优点 ， 可很好地 满足 实际 工程需 要 。 2 C K P ZT液压 调 高盆式橡 胶支座 试验 室调 高试 验 2 ． 1 试验 基本情 况介 绍 为 了研 究 C K P ZT液压 调 高 盆 式 橡 胶支 座 的调 高工艺， 验证支座调高工艺的可靠性和支座性能的可 靠性 ， 分别试制了竖 向承载力为1 7 5 0 k N的调高支座 和竖 向承载 力为6 0 0 0 k N的 C K P ZT液压调 高盆式橡 胶支座 ， 填充 液态 弹性 材料 分 别 采 用 了环 氧树 酯 材 料 和 聚氨酯材 料 ， 在桥 梁支 座专用 检测设 备 4 0 0 t 试验 机 和5 2 0 0 t 试验机 上进行 了两 种型 号调 高 支座 的调高试 验 和支座性 能检测 。 2 ． 2主要试 验 内容 客运专线盆式橡胶支座相关技术规范 铁路桥梁 盆式橡胶支座 T B ／ T 2 3 3 1 2 0 0 4 、 客运专线桥梁 盆式橡 胶支 座 暂行 技 术 条件 科 技 基 2 0 0 5 1 0 1 号 、 客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件补充 规定 科技基 2 0 0 7 9 7号 只对普通盆式橡胶支座 的型式试 验要 求做 了规 定 ， 但 对 液压 调 高 盆式 橡 胶支 座 的试 验要求 没有 明确规定 。根 据研发 单位 铁道第 四 勘 察设计 院相 关技 术要 求 ， 考 虑 支 座使 用 工况 和 支 座 调高前后都必须具备支座正常使用功能的基本要求 ， 此次调高支座主要进行了如下试验 1 严格按照 铁 路桥梁 盆式橡 胶支 座 T B ／ T 2 3 3 1 2 0 0 4 要 求 进行 调 高试验前支座的性能试验 ， 包括支座竖 向承载力试验 、 支座摩擦系数试验、 支座压转试验， 要求调高前支座各 项性能满足标准要求； 2 按照 5 0 ％支座设计竖 向载 荷、 1 0 0 ％支座设计竖向载荷条件下分别进行支座调高 试验 ， 要求在 上述两 种 竖 向荷 载 下 支座 可 以方便 快 捷 的调 高到设 计高度 ， 在 调 高过 程 中不允 许 任 何 的填 充 液态 弹性材 料 的泄 漏 发 生 ， 同 时要 求在 规 定 的 时 间 内 注射入 调 高 支座 钢 盆 内 的填 充 液 态 弹 性 材 料 完 成 固 化 ； 3 严 格 按 照 铁 路 桥 梁 盆 式 橡 胶 支 座 T B ／ T 2 3 3 1 2 o 0 4 要求进行调高试验后支座的性能试验， 包括 支座竖 向承 载力试 验 、 支 座摩擦 系数试 验 、 支 座压 转试验， 要求调高后支座各项性能满足标准要求 ； 同时 试验后打开支座检查 ， 要求支座各部件以及 固化后 的 填充弹性材料无任何损坏。 2 ． 3试 验结 果 C K P ZT液 压 调 高 盆式 橡 胶 支 座试 验 室 试 验情 况见 图 2～图 5， 1 7 5 0 k N 支 座 、 6 0 0 0 k N支座 调 高前后 试验 数据对 比见 表 1 。 图 2 1 7 5 0 k N支座调高试验 图 3 6 0 0 0 k N支座 调高试验 图 4 1 7 5 0 k N支座调高后支座 承压试验和 压转试验后填充环氧树酯情况 图 5 6 0 0 0 k N支座调 高后支座承压试验和 压转试 验后填 充聚氨酯情况 表 1 1 7 5 0 k N支座 、 6 0 0 0 k N支座调高前后试验数据对比 通过 以上试 验可 以发现 ， 1 7 5 0 k N型号 和 6 0 0 0 k N 型 号 C K P ZT液 压 调高 支座 在 5 0 ％ 支座 设计 竖 向载 62 荷、 1 0 0 ％支座设计竖向载荷条件下 ， 均可以通过向支 座底 盆 内部注 射填充 环氧树 酯和填 充聚 氨酯 的方 式方 铁 道 标 准 设 计RAI LWAY ST A NDA RD DES I G N 2 0 1 0 1 2 胡宇新 ， 卢瑞琳 ， 郭红峰 ， 等一 c K P zT液压调高盆式橡胶 支座 调高试验研究 便地实现调高 目的； 调高过程 中填充环氧树酯和填充 聚氨酯 没有任 何泄 漏情 况 发 生 ； 调 高 后 支座 功 能 正 常 与调 高前基本 无变 化 ， 完 全满 足相关 标准要 求 ； 调高 过 程 中注入支 座底盆 的填充 环 氧树酯 和填充 聚 氨酯 固化 情况 良好 ， 在 支座 承压 试 验 和压 转 试 验后 检 查 固化后 的填充环氧树酯和填充聚氨酯无任何破损 ， 支座其余 部件在试 验 过程 中也无任 何破 坏 。 3 C K P Z T 液 压 调 高 盆 式 橡 胶 支 座 工 地 现 场 调 高试验 随着 国 内对 液压 调 高 支 座 的认 识 和 研究 不 断加 深 ， 液压 调高 支座 的优点也 逐渐 被各 方接受 ， 目前液压 调高支座已广泛应用于我 国客运专线建设 ， 如 C K P Z - T液压 调 高 盆 式 橡 胶 支 座 已成 功 应 用 于 武 广 客 运 专 线 、 沪 宁城 际铁 路 、 福 厦铁 路 、 广 珠城 际铁路 、 京 沪客运 专线 、 沪 杭客运 专线 等 ， 特 别是 沪杭 客运专 线全 线采用 了7 0 0 0 多颗 C K P Z T液 压 调 高 盆 式 橡 胶 支 座 。一 直 以来液压 调高 支座 各种 试 验 、 研 究 工作 一 般 多 在试 验 室进行 ， 限于各种客观条件约束 ， 液压调高支座实桥调 高试验研 究很少 ， 随着 液压 调 高 支 座在 客 运 专 线 的广 泛 应用 ， 其实桥 调高 操 作 的安 全 性 、 方 便 性 、 可 靠性 究 竟 怎 样 越 来 越 受 到 各 方 关 注 ， 铁 道 部 工 管 中 心 于 2 0 0 8年 专 门下发 了 关 于认 真做 好 客运专 线 桥梁 支座 调高试验工作的通知 工管技 2 0 0 8 7 3号 ， 要求各 相 关设计 单位 、 支座 生产 厂 家 组 织进 行 液 压 调 高支 座 的实桥调 高试验 ， 以验证 液 压 实 桥调 高 的可 操作 性 和 可靠性。根据铁道部要求， 武广铁路客运专线公 司于 2 0 0 8年 1 0月份组织支座设计单位铁道第 四勘察设计 院、 支座生产单位株洲时代新材料科技股份有限公司、 支座 安装单 位 中铁三局 在武 广客运 专线 中铁 三局衡 阳 柏树 梁厂进 行 了 C K P ZT液 压 调 高 盆式 橡 胶 支 座 的 实梁 调高试 验 。 此 次 实梁 调高 试 验在 梁 厂 1孔 预 制好 的 3 2 m 简 支梁进 行 图 6 ， 试验 支座 为 1 孑 L 6 0 0 0 k N 型号 的 C K P ZT液压 调 高盆 式 橡胶 支 座 ， 试验 支 座 安装 在 梁 底 预埋钢 板和梁 厂 承梁垫石 之 间 ， 试验 时选取 3 2 m 简 支 梁一端 的 2个 支座 同 时进 行 调 高操 作 ， 分 别 由 2套 调 高设备和 2套高度监控装置 数显百分表 进行试验 ， 试 验时 控制 2个 支座 上升 高度差 在 2 mm之 内 ， 2支 座 设计 调 高高度均 为 2 0 mm。实梁 调高 过程 中两 支 座均 能顺 利调 高到设 计高 度 2 0 mm， 时 问持续 约 2 0 mi n ， 整 个 调高过 程 中无 任 何 泄 漏 发 生 ， 调 高 完 成 后 6 h拆 除 打开支 座检查 ， 填充环 氧树 酯 固化 情况 良好 无损坏 ， 支 座其余部件无损坏。将经过实梁调高试验后 的支座在 试验室按照铁标 T B ／ T 2 3 3 1 2 0 0 4 要求进行支座竖 向承载力 试验 、 支座 摩擦 系数 试 验 、 支 座 压转 试 验 ， 试 铁道标准设计R A I L W AY S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0 1 2 桥 梁 验结果完全满足标准要求 ， 实桥调高试验取得成功。 但此次实桥调高试验也暴露出了一些 问题 ， 如 2个支 座采 取 2套 调 高设 备 的操 作 同步协 调 问题 ， 由于 填充 环氧树酯 固化后理论体积收缩率与实际值偏差导致最 后实 际调 高高 度 1 9 ． 8 mm 与 设计 调 高 高度 2 0 m m 的偏差问题， 由于试验时温度较低导致填充环氧树酯 实 际 固化 时 间 6 h 与 理 论值 3 h 偏 差 较 大 问 题等 ， 这些问题都需要在今后进一步的研究 时予 以解 决， 才 能确保今后线路实 际运营调高操作 时的方便、 快捷 、 高效 。 图 6武广 客运专线 实梁 CK P ZT液压调 高 盆式橡胶支座调高试验 4 C K P ZT液压 调高 盆式橡 胶支 座调 高工 艺 经过大 量 的支座试 验 室相关 试验 以及 实桥调 高实 践 我公 司摸 索总 结相关 经验 ， 制定 了 C K P ZT液压 调 高盆式 橡胶 支座 实桥 调 高 工 艺 和相 关 注 意事 项 ， 主要 内容如 下 。 1 实桥调高前 准备 ①检查 桥梁 、 支座 工作状 态 ； ②计算支座调高量 ； ③确定支座调高方案。 2 支座调高前准备 ①安装调高专用设备和其 他辅助设施 ； ②连接各管路 ， 确保接头无泄漏 ； ③启动 调高设备， 仔细观察各部是否正常运转 ； ④根据支座调 高量以及要求的固化时间计算所需填充聚氨酯或环氧 树 酯各单 料质 量 ， 按 相关 规定 比例 配料 。 3 施 工操 作要 点 ① 各 管路 排 出空气 后 ， 再 安装 与支座连接的接头 ； ②调高过程中， 随时检查同一墩台 上相 邻支 座调 高过 程 的 同步 性 ， 避 免 产 生过 大 的高度 差 一般情 况下 不超 过 2 m m 。同 时应 随 时观 察 调 高 设 备 压力表 ， 了解 各 支座受 力状 态 ， 通 过高 度测 量装置 及时了解调高情况。③调高完成确认梁体高程和支座 承载力满足要求后 ， 先关 闭外部单向阀后再关闭调高 设 备停 止工 作 ， 以防 止填 充 聚 氨 酯 或环 氧 树 酯从 支 座 内部挤 出。④支座调高结束后应及时拆除连接管路 ， 清除调 高设 备 内剩余 填 充 聚 氨酯 或 环 氧树 酯 ， 并 用 专 用溶剂清洗各设备型腔 ， 防止填充聚氨酯或环氧树酯 固化在调高设备内。 6 3 桥 梁 胡宇新， 卢瑞琳， 郭红峰， 等一c K P z T 液压调高盆式橡胶支座调高试验研究 4 注意事项 ①填充 聚氨酯或环氧树酯须贮存 在干燥 的密 封桶 内 ， 防潮湿 ； 施工 过程 中 ， 避免 水侵入 。 ② 填充 聚氨酯 或环 氧树酯 配料 时两单体 料混 合后应 充 分搅拌使其混合均匀； 料量要充足适当， 确保一次压注 即可满 足调 高要求 而又不 浪费 。特别要 注意 考虑填充 聚氨酯或环氧树酯固化后的体积收缩 比问题。③施工 过程中应及时注意观察调高设备上的压力表显示 ， 以 防止注射压力异常发生危险。④调高结束应及时清理 工 作场地 。 5 调 高 设 备 选 择 ① 要 求 最 大 注 射 压 力 大 于 3 0 MP a ， 压力提升快 ； 注射压力稳定持久 ， 可连续工作 ； ②注射压力可显示 ； ③体积小、 质量轻 ， 便于携带， 便于 野外操作 ； ④设备注射通道拆装方便 ， 利于清洗； ⑤价 格 适 中 ， 性价 比好 。 5 C K P Z T液压 调高 盆式橡 胶支座 调高材 料 液 压调 高支座 主要是利 用注 射填充 液态 弹性材料 来实现调高 目的， 同时注射进入支座底盆的填充液态 弹性材 料 固化 后将 成 为支 座 的一 部 分 ， 与 支座 一 起共 同承担 桥梁上 部结 构 的荷 载 ， 因此填 充 液 态 弹性 材料 的选用 很重 要 ， 其各 项 性 能将 直 接影 响液压 调 高 支座 的操作方便性 、 安全性 和可靠性。一般注射填充液态 弹性材 料要 求有较 好 的流 动 性 ， 有较 短 的固化 时 间并 且 固化时间可调 ； 要求有很好的化学稳定性 ， 不能与橡 胶 、 金 属材料 、 硅油脂 等支 座 部件 发 生 化学 反 应 ， 要求 有 良好的力学性能 ， 能可靠地承受桥梁载荷等要求。 C K P Z T液压调 高支座 填充 液态 弹性 材料 目前有 填充 聚氨酯和填充环氧树酯两种材料 ， 其性能要求见表 2 。 表 2 调高用填 充聚氨酯 、 环氧树酯材料性能 分别 对填 充聚氨 酯 和填 充环 氧树酯 2种材料 性能 进行了实测 ， 对 2种材料注射人支座底盆固化后的样 品进行 了本 体取样试 验 ， 试 验数 据见表 3 ， 表 4 。 表 3 调 高用填充聚氨酯材料性能试样 实测结果 根据支 座试验 室试验 和 实桥调 高试验情 况 和以上 材料 实测结 果可 以发 现 ， 填充 聚氨 酯 和填 充 环 氧树 酯 两种 材料可 以很好 的用 于 C K P Z T液压调 高盆式 橡胶 支座调高操作 ， 同时这两种材料采购方便 ， 价格适 中， 质 量稳定 ， 因此 可以很 好 地 应用 于桥 梁液 压 调 高实 际 工 程 。 6 结 语 随着对 液压 调高 支座研 究 的不 断深入 以及 大量 的 工程运用验证 ， 采用液压调高支座 已成为解决桥梁基 础 沉降 问题 的有 效方 法 ， 特 别是 对 于 线 路经 过 软 土地 基 区段较 长 且 桥 梁 所 占 比率 较 大 的无 砟 轨 道 客 运 专 线 ， 采用液压调高支座经济效益和社会效益更 明显。 经 过大量试 验验 证 C K P Z T液压调 高盆 式橡胶 支座是 一 种结构 简单 、 调高操 作简便 、 安全 、 快捷 、 性能 可靠 的 液压调高支座 ， 可以很好 的满足我 国客运专线建设的 需要 。同时 ， 对 液压调 高 支 座用 填 充 液态 弹 性材 料 的 工艺性今后需进行更深入的研究 ， 如实际固化时间、 体 积 收缩率 的确定 和控 制 等 ， 以便 于 液 压调 高 支 座能 更 好 的应用 于工程 实际 。 参 考文 献 [ 1 ] 科技基 2 0 0 5 1 0 1号 ， 客运 专线桥梁盆式 橡胶 支座暂行技术条 件 [ s ] ． [ 2] 科技基 2 0 0 7 9 7号 ， 客运专线桥 梁盆式橡胶支 座暂行技术条件 补充规定[ S ] ． [ 3] T B ／ T 2 3 3 1 2 o 0 4 ， 铁路桥梁盆式橡胶支座 [ s ] ． [ 4] 张士 臣． 调高支座在客运专线桥梁上应用 的研究[ J ] ． 铁道工程学 报 ， 2 0 0 4 S 1 ． [ 5] 李利方． 客运专线桥梁调高支座新技术试验性研究[ J ] ． 铁道标 准 设计 ， 2 0 1 0 1 ． [ 6] 张士 臣， 臧晓秋 ， 庄军生 ， 等． 填充聚 氨酯 调高盆式橡胶支 座[ J ] ． 铁道工程学报 ， 2 0 0 7 S 1 ． 铁道标准设计R A I LW A Y S T A ND A R D D E S I G N 2 0 1 0 1 2