CN114112630B - 竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置及方法，本装置包括第一橡胶支座和第二橡胶支座，还包括设于试验腔体内的第一工装板、第二工装板、第三工装板、挠度计，第一工装板和第三工装板斜度相同，两者分别固定于压力试验机上，第二工装板底部通过第二橡胶支座支撑于第三工装板上，第二工装板顶部通过第一橡胶支座支撑于第一工装板，试验装置包括用于降温的气体通道或用于加热的加热电阻丝，气体通道设于试验腔体侧壁，用于从外界导入低温介质，所述加热电阻丝设于试验腔体内，通过连通外接电源来对试验腔体加热，解决了无法模拟橡胶支座温度环境测试剪切弹性模量的问题。
Description
技术领域
本发明涉及橡胶支座水平性能测试技术领域，更具体地，涉及一种竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置及方法。
背景技术
橡胶支座水平性能是衡量橡胶支座力学性能的其中一个重要指标，剪切弹性模量为材料的力学性能指标之一，又称切变模量或刚性模量，是材料在剪切应力作用下，在弹性变形比例极限范围内切应力与切应变的比值，它表征材料抵抗切应变的能力，橡胶支座的剪切弹性模量可表示其对支座的屈服后刚度、水平等效刚度、等效阻尼比产生影响的程度，由于橡胶支座水平性能又对温度敏感，研究温度对其性能的影响也具有实际价值，因此橡胶支座水平性能的测定有着重大意义。
现有技术存在如下几个缺点：(1)未考虑橡胶支座对温度敏感，只测试了当前温度下的剪切弹性模量，但实际使用过程中温度一直变化，未考虑到高低温剪切弹性模量是否会发生变化；(2)该方法测量剪切弹性模量时需预加载三次，正式加载三次，需计算各级试验载荷作用下累积剪切应变，剪切弹性模量转化过程相对复杂，检测过程和试验周期长；(3)在恒定竖向压力下对支座短边方向受剪，通过双剪法测定支座剪切性能，双剪法测定橡胶支座的剪切弹性模量是通过绘制应力和应变线性曲线来计算的得到结果，测量该值的检测设备必须带有压剪功能，但实际作业现场很多检测设备不具备剪切功能，导致该性能参数无法测量。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供一种竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置及方法，本试验装置包括第一橡胶支座和第二橡胶支座，还包括设于试验腔体内的第一工装板、第二工装板、第三工装板、挠度计，第一工装板和第三工装板斜度相同，两者分别固定于压力试验机上，第二工装板底部通过第二橡胶支座支撑于第三工装板上，第二工装板顶部通过第一橡胶支座支撑于第一工装板，试验装置包括用于降温的气体通道或用于加热的加热电阻丝，气体通道设于试验腔体侧壁，用于从外界导入低温介质，所述加热电阻丝设于试验腔体内，通过连通外接电源来对试验腔体加热，解决了无法模拟橡胶支座温度环境测试剪切弹性模量的问题。
为了实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供一种竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，包括：
用于测试的第一橡胶支座和第二橡胶支座，其特征在于，还包括第一工装板、第二工装板、第三工装板、挠度计和试验腔体，所述第一工装板和所述第三工装板斜度相同，两者分别固定于压力试验机上，所述第二工装板底部通过所述第二橡胶支座支撑于所述第三工装板上，所述第二工装板顶部通过所述第一橡胶支座支撑于所述第一工装板；
所述第一工装板、所述第二工装板、所述第三工装板、所述挠度计、所述第一橡胶支座和所述第二橡胶支座都设于所述试验腔体内；
所述试验装置包括用于降温的气体通道或用于加热的加热电阻丝，所述气体通道设于所述试验腔体侧壁，用于从外界导入低温介质，所述加热电阻丝设于试验腔体内，通过连通外接电源来对试验腔体加热，压力试验机循环加载和卸载，模拟橡胶支座不同温度环境下剪切弹性模量试验。
进一步地，所述挠度计与所述第二工装板侧面接触连接，检测压力试验机加载过程中所述第二工装板的水平位移，载荷压力通过所述压力试验机读取。
进一步地，所述气体通道包括气体调节出口和气体进口，两者设于所述试验腔体侧壁上，分别用于导出低温介质和导入低温介质。
进一步地，所述气体通道包括流量阀，所述流量阀设于所述气体调节出口上，用于控制低温介质流出速度。
进一步地，包括温度传感器和温度显示器，所述温度传感器设于所述试验腔体内，所述温度传感器和所述温度显示器信号连通，所述温度显示器设于所述试验腔体外，用于显示试验腔体内温度。
进一步地，所述第一工装板底面和水平面的夹角，与所述第三工装板顶面和水平面的夹角互为补角，所述第二工装板的顶面与所述第一工装板的底面平行，所述第二工装板的底面与所述第三工装板的顶面平行。
按照本发明的另一个方面，提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验方法，包括以下步骤：
S100，测量橡胶支座的尺寸，测量橡胶支座的长度、宽度和厚度，并得出两个橡胶支座的横截面积A和平均厚度T；
S200，固定橡胶支座，将橡胶支座固定，然后控制压力试验机向下移动，将工装板和橡胶支座压紧，记录工装板的斜度n；
S300，调节竖向载荷力，将压力试验机调节至最小载荷，保证工装板和橡胶支座处于稳定状态，调节完毕后静置一段时间，使得竖向载荷力稳定；
S400，连续进行加载和卸载循环并记录试验数据，启动压力试验机进行竖向压力加载和卸载，卸载时的最小载荷与S300中的最小载荷相等，连续进行多次循环，若在循环过程中橡胶支座和工装板发生相对滑动位移，则需要完全卸载并重新调整橡胶支座的位置，然后重新开始循环试验，读取水平位移X和竖向载荷F生成曲线图；
S401，模拟进行高温环境加载试验，将所述加热电阻丝接通电源，对所述试验腔体进行加热，观察所述温度显示器，达到所需高温温度后开始进行循环加载和卸载，并记录试验数据，在若试验过程中温度降低，则重新接通电源使用所述加热电阻丝加热，使试验腔体维持在所需高温温度；
S402，模拟进行低温环境加载试验，将低温介质通过所述气体进口导入所述试验腔体内，观察所述温度显示器，达到所需低温温度后开始进行循环加载和卸载，并记录试验数据，若试验过程中温度回升，则调节所述流量阀，将低温介质排出，使得试验腔体维持在所需低温温度状态；
S500，计算剪切弹性模量，选取所需温度下的最后一次循环曲线，在该曲线中选取初始位移X1和对应的竖向载荷F1，在X1上添加增量其中的N为延伸位移量系数，T为橡胶支座平均厚度，并从曲线图得到/>对应的竖向载荷F2，将N、F1、F2、A、n代入中，求得橡胶支座的剪切弹性模量G，其中，F1、F2的单位为千牛，A的单位为平方毫米。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
1.本发明提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，包括设置在顶部的第一工装板和底部的第三工装板，两者分别与压力试验机接触，在两者之间设有第二工装板，该工装板底部通过第二橡胶支座支撑固定于第三工装板上，顶部通过第一橡胶支座与支撑于第一工装板下，在第二工装板侧部设有与之接触的挠度计用于检测其水平位移大小，启动压力试验机进行循环挤压时，竖向压力载荷通过压力试验机可读取，同时整个装置设于试验腔体中，该内腔侧壁设有气体调节出口和气体进口，用于导入液态二氧化碳等低温介质，来模拟橡胶支座低温工作环境，当需要模拟高温工作环境时，将加热电阻丝设于试验腔体，代替气体调节出口和气体进口，即可对该内腔进行加热，解决了无法模拟橡胶支座温度环境测试剪切弹性模量的问题。
2.本发明提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，包括设置在顶部的第一工装板和底部的第三工装板，两者分别与压力试验机接触，在两者之间从上至下依次设有第一橡胶支座、第二工装板和第二橡胶支座，第一工装板斜度与第三工装板斜度相同，两者与水平面夹角互为补角，当压力试验机施加竖直向下的载荷时，第二工装板向发生水平位移，该位移量由挠度计进行记录，而载荷力大小可通过压力试验机读取，因此可快速进行多次加载和卸载循环，解决了橡胶支座水平性能试验装置需要计算各级加载周期下的累积剪切应变，试验周期过长。
3.本发明提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验方法，在试验过程中通过挠度计可获得位移数据X，通过压力试验机可获得竖向载荷F，通过循环加载和卸载可即可得到位移数据和竖向载荷的曲线图，然后在试验前通过测量第一橡胶支座和第二橡胶支座的尺寸大小，可得到橡胶支座的横截面积A和橡胶支座的平均厚度T，第一工装板和第三工装板的斜度为n，选取多次循环加载和卸载中的最后一次位移数据-竖向载荷曲线，在横坐标上选取初始位移X1和对应的竖向载荷F1，然后在X1上添加增量并从曲线图得到对应的竖向载荷F2，将N、F1、F2、A、n代入/>中，求得橡胶支座的剪切弹性模量G，该方法避免了人工测量的误差，多次循环加载和卸载提高了检测精度，当需要检测橡胶支座不同温度环境下的水平性能时，只需要提前将温度控制在所需大小，然后重新开始加载和卸载循环即可得到新的曲线图，提高了检测效率。
4.本发明提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，包括设于试验腔体中的多个工装板和橡胶支座，试验腔体侧部设有气体调节出口和气体进口，用于导入液态二氧化碳来模拟橡胶支座低温工作环境，或者在试验腔体内设置加热电阻丝，加热电阻丝接通外接电源来模拟橡胶支座高温工作环境，在试验腔体内还设有温度传感器，用于检测腔体内的温度情况，该传感器与试验腔体外的温度显示器信号连通，在进行高温或低温测试时工作人员通过温度显示器获取试验腔体内温度数据，从而决定是否要调整温度，提高了橡胶支座在固定温度下的剪切弹性模量精度。
附图说明
图1是本发明实施例竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置的结构示意图一；
图2是本发明实施例竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置的结构示意图二；
图3是本发明实施例竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验方法图；
图4是本发明实施例橡胶支座的水平位移X和竖向载荷F循环曲线图。
在所有附图中，同样的附图标记表示相同的技术特征，具体为：1-第一工装板、2-第一橡胶支座、3-温度传感器、4-气体调节出口、5-温度显示器、6-气体进口、7-第三工装板、8-第二橡胶支座、9-第二工装板、10-挠度计、11-加热电阻丝。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，包括第一工装板1、第一橡胶支座2、气体调节出口4、气体进口6、第三工装板7、第二橡胶支座8、第二工装板9和挠度计10，其中，第一工装板1的底面固定有第一橡胶支座2，第一橡胶支座2底部与第二工装板9接触连接，进一步地，第二工装板9底面与第二橡胶支座8接触连接，而第二橡胶支座8固定于底部的第三工装板7上，所述第三工装板7和顶部的第一工装板1固定于压力试验机上，当压力试验机对第一工装板1施加向下的压力时，第一工装板1和第二工装板9对第一橡胶支座2进行压力加载，同时第二工装板9和第三工装板7对第二橡胶支座8进行压力加载，使得第二工装板9发生水平位移，通过压力试验机可获知竖向载荷，进一步地，第一工装板1、第二工装板9、第三工装板7、第一橡胶支座2和第二橡胶支座8都设于试验腔体内，在该试验腔体上设有气体通道，所述气体通道包括气体调节出口4和气体进口6，分别用于从试验腔体导出和导入液态二氧化碳降温，用于模拟寒冷地区的橡胶支座实际使用情况，在试验腔体中还设有挠度计10，挠度计10与第二工装板9侧面接触，用于检测第二工装板9的水平位移大小，本试验装置可通入液态二氧化碳实现模拟寒冷地区温度情况，无需额外的制冷设备即可检测低温时橡胶支座的剪切弹性模量。
进一步地，如图1所示，第一工装板1的底面与第二工装板9的顶面平行，两个平面的斜度相同，这里定义两个平面与水平面夹角为第一斜角，优选地，第一斜角的斜度范围控制在1:10到1:20之间，进一步地，第二工装板9的底面与第三工装板7的顶面平行，在此定义两者与水平面所成角度为第二斜角，第二斜角和第一斜角互为补角。进一步地，第一工装板1、第二工装板9和第三工装板7可采用低碳钢或铝板支座，需要保证三个工装板的尺寸大于橡胶支座的尺寸，为防止检测过程中发生滑动，在工装板与橡胶支座接触的表面应进行喷砂等粗糙化处理。
进一步地，本试验装置包括温度传感器3和温度显示器5，所述温度传感器3固定于试验腔体内，用于检测试验腔体内的实时温度，温度传感器3与温度显示器5信号连通，所述温度显示器5设于试验腔体外，用于显示温度传感器3反馈的试验腔体内温度数据，供试验人员参考，进一步地，为准确模拟温度环境，在气体调节出口4上设有流量阀，通过调节该流量阀可控制二氧化碳气体从气体调节出口4的流出速度，从而实现对试验腔体内温度的实时控制。
进一步地，如图1和图2所示，本试验装置包括加热电阻丝11，当需要模拟高温环境时，在试验腔体内设置加热电阻丝11，优选地，设置该电阻丝时应不再设置气体调节出口3和气体进口6，或将两者密封，进一步地，加热电阻丝11固定于试验腔体内，通过外接电源接通加热电阻丝11来对试验腔体加热，并通过温度传感器3和温度显示器5实时监测内部的温度，达到模拟高温工作环境，检测得出橡胶支座的剪切弹性模量，解决了不同温度情况下橡胶支座剪切弹性模量发生变化造成检测结果不准确的问题。
如图1-图4所示，按照本发明的另一个方面，本发明提供竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验方法，具体包括：
S100，测量橡胶支座的尺寸；
具体地，测量第一橡胶支座1和第二橡胶支座8的长度、宽度和厚度，并计算得出两个橡胶支座的横截面积A和平均厚度T；
S200，固定橡胶支座；
具体地，将第二橡胶支座8贴合放置在第三工装板7上表面，然后将第二工装板9与第二橡胶支座8的上表面贴合，再将第一橡胶支座2贴合放置在第二工装板9上表面，最后控制压力试验机向下移动，使得第一工装板1的下表面压紧第一橡胶支座2，完成对第一橡胶支座1和第二橡胶支座8的固定，记录第一工装板1的斜度n；
S300，调节竖向载荷力；
具体地，将压力试验机调节至最小载荷，可以采用5KN或最大载荷的2％，实际应选择两者中的最小值，调节完毕后静置一段时间，使得竖向载荷力稳定；
S400，连续进行加载和卸载循环并记录试验数据；
具体地，启动压力试验机进行竖向压力加载，使得第一橡胶支座1和第二橡胶支座8的变形量等于平均轴承壁厚的65％，然后再进行卸载，卸载时的最小载荷与S300中的最小载荷相等，并保持每一个加载和卸载循环在4至6分钟内进行，连续进行多次循环，若在循环过程中橡胶支座和工装板发生了滑动位移，则需要完全卸载重新调整橡胶支座的位置，然后重新开始循环试验，生成水平位移X和竖向载荷F的曲线图；
S401，模拟进行高温环境加载试验；
具体地，将加热电阻丝11接通电源，对试验腔体进行加热，观察温度显示器5，达到所需高温温度后开始进行循环加载和卸载，并记录试验数据，在若试验过程中温度降低，则应重新接通电源使用加热电阻丝11加热，使试验腔体维持在所需高温温度；
S402，模拟进行低温环境加载试验；
具体地，将液态二氧化碳通过气体进口6导入试验腔体内，观察温度显示器5，达到所需低温温度后开始进行循环加载和卸载，并记录试验数据，若试验过程中温度回升，则调节气体调节出口4上的流量阀，将二氧化碳气体排出，使得试验腔体维持在所需低温温度状态；
S500，计算剪切弹性模量；
具体地，选取所需温度下的最后一次循环曲线，在曲线中选取初始位移X1和对应的竖向载荷F1，在X1上添加增量其中的N为延伸位移量系数，T为橡胶支座平均厚度，并从曲线图得到/>对应的竖向载荷F2，将N、F1、F2、A、n代入/>中，求得橡胶支座的剪切弹性模量G，其中，F1、F2的单位为千牛，A的单位为平方毫米。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，包括用于测试的第一橡胶支座(2)和第二橡胶支座(8)，其特征在于，还包括第一工装板(1)、第二工装板(9)、第三工装板(7)、挠度计(10)和试验腔体，所述第一工装板(1)和所述第三工装板(7)斜度相同，两者分别固定于压力试验机上，所述第二工装板(9)底部通过所述第二橡胶支座(8)支撑于所述第三工装板(7)上，所述第二工装板(9)顶部通过所述第一橡胶支座(2)支撑于所述第一工装板(1)；
所述第一工装板(1)、所述第二工装板(9)、所述第三工装板(7)、所述挠度计(10)、所述第一橡胶支座(2)和所述第二橡胶支座(8)都设于所述试验腔体内；
所述试验装置包括用于降温的气体通道以及用于加热的加热电阻丝(11)，所述气体通道设于所述试验腔体侧壁，用于从外界导入低温介质，所述加热电阻丝(11)设于试验腔体内，通过连通外接电源来对试验腔体加热，压力试验机循环加载和卸载，模拟橡胶支座不同温度环境下剪切弹性模量试验；所述挠度计(10)与所述第二工装板(9)侧面接触连接，检测压力试验机加载过程中所述第二工装板(9)的水平位移，载荷压力通过所述压力试验机读取。
2.根据权利要求1所述的竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，其特征在于，所述气体通道包括气体调节出口(4)和气体进口(6)，两者设于所述试验腔体侧壁上，分别用于导出低温介质和导入低温介质。
3.根据权利要求2所述的竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，其特征在于，所述气体通道包括流量阀，所述流量阀设于所述气体调节出口(4)上，用于控制低温介质流出速度。
4.根据权利要求3所述的竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，其特征在于，包括温度传感器(3)和温度显示器(5)，所述温度传感器(3)设于所述试验腔体内，所述温度传感器(3)和所述温度显示器(5)信号连通，所述温度显示器(5)设于所述试验腔体外，用于显示试验腔体内温度。
5.根据权利要求1-3中任一项所述的竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置，其特征在于，所述第一工装板(1)底面和水平面的夹角，与所述第三工装板(7)顶面和水平面的夹角互为补角，所述第二工装板(9)的顶面与所述第一工装板(1)的底面平行，所述第二工装板(9)的底面与所述第三工装板(7)的顶面平行。
6.竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验方法，其特征在于，应用如权利要求4所述的竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验装置实现，包括以下步骤：
S100，测量橡胶支座的尺寸，测量橡胶支座的长度、宽度和厚度，并得出两个橡胶支座的横截面积A和平均厚度T；
S200，固定橡胶支座，将橡胶支座固定，然后控制压力试验机向下移动，将工装板和橡胶支座压紧，记录工装板的斜度n；
S300，调节竖向载荷力，将压力试验机调节至最小载荷，保证工装板和橡胶支座处于稳定状态，调节完毕后静置一段时间，使得竖向载荷力稳定；
S400，连续进行加载和卸载循环并记录试验数据，启动压力试验机进行竖向压力加载和卸载，卸载时的最小载荷与S300中的最小载荷相等，连续进行多次循环，若在循环过程中橡胶支座和工装板发生相对滑动位移，则需要完全卸载并重新调整橡胶支座的位置，然后重新开始循环试验，读取水平位移X和竖向载荷F生成曲线图；
S500，计算剪切弹性模量，选取所需温度下的最后一次循环曲线，在该曲线中选取初始位移X1和对应的竖向载荷F1，在X1上添加增量其中的N为延伸位移量系数，T为橡胶支座平均厚度，并从曲线图得到/>对应的竖向载荷F2，将N、F1、F2、A、n代入/>中，求得橡胶支座的剪切弹性模量G，其中，F1、F2的单位为千牛，A的单位为平方毫米。
7.根据权利要求6所述的竖向加载方式测量橡胶支座水平性能的试验方法，其特征在于，在所述S400和所述S500之间包括以下步骤：
S401，模拟进行高温环境加载试验，将所述加热电阻丝(11)接通电源，对所述试验腔体进行加热，观察所述温度显示器(5)，达到所需高温温度后开始进行循环加载和卸载，并记录试验数据，在若试验过程中温度降低，则重新接通电源使用所述加热电阻丝(11)加热，使试验腔体维持在所需高温温度；
S402，模拟进行低温环境加载试验，将低温介质通过所述气体进口(6)导入所述试验腔体内，观察所述温度显示器(5)，达到所需低温温度后开始进行循环加载和卸载，并记录试验数据，若试验过程中温度回升，则调节所述流量阀，将低温介质排出，使得试验腔体维持在所需低温温度状态。
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