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文档简介

柔性与刚性层合结构胶层剪切应变的同步观测与实验研究

材料性质工程背景材料来源尺寸实验过程及数据处理

层合材料的性质简介橡胶支座是典型的柔性和刚性层合材料，橡胶与钢板的弹性模量之比为1/200。在橡胶支座内部存在较大的应变集中现象，其最大值出现在柔性和刚性层合界面的边缘。剪应变集中系数与宏观剪应变呈线性关系，当宏观剪应变为60%时，剪应变集中系数高达10倍。

由于泊松效应材料受压时将产生横向膨胀变形。板式橡胶支座内设置的钢板约束橡胶的横向膨胀变形，使得橡胶在受压时横向变形减少，提高了竖向承载能力和竖向抗压刚度。

试样的损伤萌生于应变集中系数最高的部位，损伤现象为脱胶、空穴，裂纹。因此，必须严格控制橡胶与钢板层合（粘结）质量，确保支座内部橡胶层和304不锈钢板的平整度、平行度及粘结强度，保证支座各橡胶层的性能均匀性。实验研究的工程背景板式橡胶支座是重要的承力和抗震减振装置，由多层橡胶与钢板叠合而成。在桥梁以及其他建筑上使用十分广泛。

橡胶支座的劣化过程通常经历橡胶支座承载后，表面或内部产生应力集中→裂纹萌生→裂纹成长→保护层贯穿→钢板外露→钢板氧化→钢板锈蚀脱胶→支座压溃（失稳）或钢板断裂。劣化过程是一个漫长的过程，影响橡胶支座正常使用需要相当长的过程。裂纹的萌生是损伤或劣化的启始标志。但目前广泛出现的早期劣化是极不正常的。支座病害(更换前)材料来源及尺寸研究用柔性和刚性层合材料直接取自橡胶支座成品。切去橡胶保护层，在柔性和刚性层合材料界面边缘橡胶上绘制网格标记。试样截面尺寸：150mm*150mm网格尺寸：2mm*2mm实验过程简介为了实时观测试样在变形过程中的位移场的变化,用显微摄像头,通过显示屏观测和监控放大的试样表面图像,并记录试样在受力、变形的过程中位移场的变化。

1钢板；2橡胶层；3垫板；4显微摄像头；5图象采集器

*观测系统示意图加载前试件实验数据处理及结果研究证明，在橡胶层与钢板连接的边缘处存在较高的应变（应力）集中的现象。根据实验图像经图像处理技术分析后得到的相应剪应变分布曲面图。

剪应变分布曲面图

剪应变分布曲面图结果分析从橡胶层的中间位置到与钢板的交接处，剪应变（应力）逐渐增大，开始比较平缓，基本成线形变化，到橡胶与钢板连接面边缘处剪应变（应力）急剧增大，局部应变集中系数最大。

由于钢板的弹性模量是橡胶的200倍，所以在整体受压的情况下，橡胶的形变量要远大于钢板，相对与橡胶而言，无缝钢管钢板可视为刚体，因此由钢板对橡胶横向变形的约束导致橡胶层内部剪应变的增长基本上是线形的。

在橡胶的中间层，对变形的约束主要来自于相邻胶层对其的约束，由于弹性模量相同，约束的传递基本相同，橡胶与钢板黏结

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