减隔震支座剪力销剪断性能实验研究

徐 彬

（安徽尚德科技有限公司，合肥 230000）

减隔震支座采用钟摆原理实现减隔震功能，通过滑动界面摩擦消耗地震能量实现减震功能，利用球面摆动延长梁体运动周期实现隔震功能[1-2]。减隔震支座非地震情况下和普通支座功能一致。当发生地震时，减隔震支座地震力超过支座的减隔震启始力时，剪力销剪断开始摆动耗能。剪力销的剪断准确性确保了减隔震支座功能的可靠性。《公路桥梁摩擦摆式减隔震支座》（JT/T 852—2013）中要求支座设计减隔震起始力为支座竖向承载力的10%，误差不超过起始力的±10%，要求剪力销剪断力精准[3-4]。剪力销按照设计剪断力精准剪断，是保障减隔震支座功能实现的重要因素，对桥梁减隔震支座设计具有重要意义[5]。本文以剪力销为研究对象，从特定材料、规格以及布置形式等方面出发，研究剪断力和剪力销硬度与配合间隙的关系，绘制剪断强度和材质硬度的关系曲线，以便设计时参考。

高墩施工是一项系统工程，在高速公路桥梁建设中占据重要地位。在高墩施工前，应对其进行测量放样，使施工工期得到有效保证，提升高墩施工质量。高墩施工测量需专业的测量人员对具体的工程情况进行深入了解，熟练掌握测量的方法技巧，保证测量的准确性。开展高墩施工测量工作应有一定的计划，保证不遗漏数据。对桩子进行清理，以提升测量方样的准确度。

本文研究的主要目的有两个：一是研究多个剪力销同时剪断的规律，以及剪力销与孔间隙配合公差对剪断力的影响；
二是研究剪力销洛氏硬度与剪断强度的关系，便于剪力销剪断强度的设计，确保设计的准确性。

2.1 实验对象及内容

采用同一批40Cr材料和相同工艺制造的12.9级螺栓车削成型剪力销，开口槽底直径为Φ17 mm，如图1所示。剪力销ΦD区间为Φ19～20 mm，剪力销配合孔直径为Φ20 mm±0.05 mm。剪力销剪断强度和硬度关系采用5组2根剪力销进行实验。剪力销与孔配合间隙分为0.0 mm、0.5 mm、1.0 mm共3种，每种情况剪切2个剪力销，实验3次，结果取平均值。

1956年，达特茅斯会议(Dartmouth Conference)召开，人工智能研究逐渐建制化，且发展速度“令人惊奇”。[6]1820世纪50、60年代，MIT(1959)、斯坦福大学(1963)、卡内基梅隆大学等均建立了人工智能实验室。

图1 剪力销尺寸图（单位：mm）

由(4)式可知，当b=0时，Δ=1，此时澄清效果最为理想。本次测试溢流浓度为0.3 g/L，则Δ=0.98，非常接近理想状态，表明浓缩机的澄清效果很好，该厂真正实现了清水选煤，洗水良性循环。

（1）剪力销承载力随施加位移的增加逐渐增高，直至达到剪断力发生剪断，荷载值骤降值后稳定一段位移。由于剪断面的非平整挤压摩擦，形成第二台阶。

2.2 实验工装及仪器

（1）剪力销剪断强度与表面硬度有关，硬度值越大，剪断强度越大；

采用10 000 kN微机控制电液伺服压剪实验机进行实验。采用金相切割机切割剪断后的剪力销，再用金相抛光机打磨切割面，然后用布洛维硬度计测量端面硬度。

2.3 实验步骤

实验时，先将试样装到剪切器相应孔位中，见图2。对剪切器施加荷载，加载速率为2 mm·min-1，直至剪力销完全剪断，记录剪断荷载Fb，每组重复3次，取平均值。采用金相切割机距断面末端一个螺距的距离进行切割，再用金相打磨抛光机打磨，在断面1/2半径周向均匀打取硬度。

根据实验可测得剪力销荷载-位移曲线。本文给出了2根剪切直径为20 mm剪力销的剪断力-位移曲线图，如图3所示。取剪断荷载Fb形成表1，剪力销剪断强度和洛氏硬度关系曲线见图4。

（2）3种剪力销配合间隙中，0.0 mm间隙的剪断强度最大，且随着间隙的增大，剪断强度降低得越多；
0.5 mm间隙剪力销剪断强度相比0.0 mm间隙减弱了13.2%；
1.0 mm间隙减弱了19.8%。

图2 剪力销剪断实验

式中：A0为剪切面积。剪力销剪断后，切割并打磨端面，测量洛氏硬度值。

图3 剪力销剪断力-位移曲线（2根Φ20 mm）

表1 不同间隙下剪力销剪断力实验结果

图4 紧配合下剪力销剪断强度与洛氏硬度关系曲线图

从表1、图3、图4，可得到如下结论。

通过对不同洛氏硬度剪力销和不同组装间隙剪力销剪断力进行实验，得到以下结论：

（3）剪力销的洛氏硬度越高，剪断强度越高，且呈线性增长状态。为精确设计剪力销剪断强度，可采用洛氏硬度估算材料的剪切强度，且不破坏材料本身。另外，不同金属材料的剪断强度和洛氏硬度的关系曲线不是固定的，且差异较大。

实验工装采用上下对称设置的剪力板相互剪切，剪切孔采用配钻加工。剪切板的材质同减隔震支座，剪力销锚固深度为1.5倍剪力销直径。

把剪力销的槽口位置对准上下剪力板的接触面，用实验机对剪力板施加载荷直至剪力销剪断，读出剪断时的最大载荷Fb，则此时的剪断强度τb为

（2）当剪力销与孔的间隙差大于0.5 mm时，会产生较大的剪断强度削减情况，因此减隔震支座剪力销安装应尽量采用紧配合，以便精准设计剪断力；

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（3）在设计减隔震支座时，对剪力销剪断力的设计误差控制在10%以内。

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通过以上实验结论，可以从以下两个方面实现剪力销剪断力的准确设计。一方面，通过改善热处理工艺，控制剪力销材料性能的稳定性。采用抽样检验拉伸强度、剪断强度以及洛氏硬度等，确定产品批次性能稳定性，确保剪力销剪断强度与设计值的统一。另一方面，通过改善加工方法，实现剪力销与孔的配合精度。可采用剪力板定位配钻，确保孔位的精确度。建议剪力销与孔配合间隙不大于0.2 mm。

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