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交通运输行业标准《桥梁支座用高分子材料滑板》解读
作者:yuanzheng   发布日期:2023-2-22 7:48:23

交通运输部于2023119日批准发布了推荐性行业标准《桥梁支座用高分子材料滑板》(JT/T 901-2023),自2023419日起实施。

一、修订背景

随着我国经济的快速发展,高速铁路、公路桥梁建设也随之迅猛发展,支座滑板在其中起到了至关重要的作用。为满足铁路、公路桥梁设计的要求,研发了聚四氟乙烯滑板、改性超高分子量聚乙烯滑板、改性聚四氟乙烯滑板和SF-1侧向滑板。各种支座滑板的物理性能不同,应用条件各异,为规范使用和检测,颁布了相应的标准,例如欧洲标准EN1337-22004《结构支座 第2部分;滑动元件》和JT/T 901-2014桥梁支座用高分子材料滑板》标准,给桥梁支座设计者提供了一个选用检测控制的标准规范。但随着社会的发展,对铁路、公路建设提出了更高的要求,针对地震多发地带和跨海大桥等恶劣环境条件下要使用摩擦摆式隔震支座,摩擦摆式隔震支座设计要求滑板要在无硅脂条件下运行,且摩擦系数要控制在一定的范围内。为此根据市场需求我们在现有滑板材料的基础上进一步改性,开发了两种在无硅脂润滑条件下摩擦系数介于0.03--0.05之间的高耐磨性能桥梁支座滑板材料:超高性能聚四氟乙烯滑板(UHPF)、改性聚四氟乙烯滑板,这两种滑板能够满足摩擦摆式隔震支座的设计要求。

为了统一完善桥梁支座用滑板的种类及技术条件,规范其功能、结构、生产与检验,形成一致且严格、齐全且适用的行业标准,交通运输部组织相关单位开展了行业标准《桥梁支座用高分子材料滑板》(以下简称《标准》)的修订工作。

二、标准的定位和作用

《标准》规定了桥梁支座用高分子材料滑板的分类、结构和型号,技术要求,试验方法,检验规则,标志、包装、运输和储存等。适用于公路桥梁板式支座、盆式支座、球型支座和具有减隔震功能的桥梁支座用高分子材料滑板,其他建筑结构工程参考使用。

本标准的修订对于地震多发环境条件下桥梁支座滑板产品的选择和使用提供了标准依据,对于滑板产品的标准化、系列化和产业化具有重要作用。

三、标准的主要修订内容

(一)与2014年版标准《桥梁支座用高分子材料滑板》(JT/T 901-2014)相比,本标准主要做了以下方面的修订:

增加了一种超高性能聚四氟乙烯滑板(UHPF)新产品,具有耐累积长距离位移和快速剪切运动的特性,使桥梁支座的设计多了一种可选择的滑板材料;按照滑板使用需求划分为有硅脂润滑和无硅脂润滑滑板,其中无硅脂润滑滑板主要应用于桥梁减隔震支座中,本标准修订主要围绕桥梁减隔震支座滑板(无硅脂润滑滑板)相关要求对各章节、条款内容进行了修订。

(二)各章节主要修订内容

1. 增加了改性聚四氟乙烯滑板、改性超高分子量聚乙烯滑板、超高性能聚四氟乙烯滑板(UHPF)、铜基三层复合滑板

增加理由:增添部分术语和定义,与文件中滑板材料分类部门相对应。对于增加超高性能聚四氟乙烯滑板(UHPF)这一新材料滑板,原因是编制组调研了国内外抗震技术及支座技术水平高的规范、论文及报告,以及结合实际桥梁工程正常使用工况和地震工况下支座的损伤情况,存在以下主要问题:

1)传统滑板对硅脂的依赖性强,硅脂在支座运动中被带出,运营后3~5年硅脂耗尽且难以补充,摩擦系数不断增大,加速磨耗;

2)传统滑板材质较硬脆,不耐高温,地震快速运动下(V

3BS EN15129-2018 Anti-seismic device(隔震装置欧标15129-2018)以及AASHTOGSID-2014 Guide Specifications for Seismic Isolation Design(Fourth Edition)(抗震设计规范-美国州公路及运输协会-2014)等规范中都明确了支座滑板应该能承受地震动力工况下快速抗剪切的能力,同时具备长距离低磨耗的能力;国内《桥梁支座用高分子材料滑板》(JT/T 901-2014)没有滑板在无硅脂润滑情况下快速剪切性能的说明。

超高性能聚四氟乙烯滑板(UHPF)取代了传统材料使用硅脂的作法,在无硅脂条件下的耐磨性和润滑性能均优越于有硅脂条件的耐磨性、润滑性能,因此定义中界定了性能范围。

2. 增加了“符号”(见3.2

增加理由:按GB/T 1.1-2020 《标准化工作导则 第1部分:标准化文件的结构和起草规则》的规定要求,在适用时列出适用于本标准的符号,以便于使用者更直观的了解标准相关内容。

3. 更改了“按滑板使用功能分类”(见4.1.2

更改内容:将原标准中“4.1.2按滑板使用功能分为:a)承压用滑板(平面及曲面),代号为CYb)侧向导槽用滑板,代号为CD。”更改为“按滑板使用功能分为:a)有硅脂润滑滑板:滑板表面设储脂坑,涂满硅脂,可采用PTFEM-PTFEM-UHMWPEUHPF四种滑板材料;主要用于桥梁板式橡胶支座、盆式支座、球型支座等。代号RHb)无硅脂润滑滑板:滑板表面不设储脂坑,不涂硅脂,可采用M-PTFEUHPF两种滑板材料;主要用于具有减隔震功能的支座及建筑结构工程支座。代号WRHc)侧导向滑板:在桥梁支座上使用时,不设储脂坑,不涂硅脂,可采用M-PTFEM-UHMWPEUHPFSF-I四种滑板材料;主要用于支座侧向滑移。代号DX。”。

更改理由:因为本次标准修订主要是增添了无硅脂润滑滑板材料,而且功能不仅仅是承压,还具有减隔震功能,为了能够让设计单位和使用者更好的区分和选择滑板,有必要对各类滑板在使用时的状态描述清楚,以便于使用者选择时更加清晰。

4. 增加了结构(见4.2

增加理由:让设计者和使用者更直观的看出不同形状滑板的结构示意图,以便在选择使用时更清晰。

5. 增加了“材料”部分(见5.2

增加内容:增加了UHPF滑板的材料要求:“UHPF滑板应采用符合GB/T 32679的超高分子量聚乙烯树脂填加符合GB/T 38173的高强度聚四氟乙烯纤维及符合JB/T 12420的有机材料聚醚醚酮,超高分子量聚乙烯树脂平均粒径不应大于160μm,分子量不应小于900万,混合应均匀。”

增加理由:因为在滑板分类部分增加了UHPF滑板材料,因此有必要对该种滑板材料描述清楚。

6. 更改了“滑板性能”部分(见5.3

更改内容:对应4.1.1滑板材料分类将五种材料物理性能要求在一个表中统一描述;对应4.1.2滑板使用功能分类将有硅脂润滑滑板、无硅脂润滑滑板、侧导向滑板的摩擦磨耗性能分别进行描述,这样前后呼应,文件段落更清晰。

更改理由:本标准2014年版的滑板材料主要针对常用的盆式支座和球型支座。近年来摩擦摆式隔震支座等减隔震支座的公路桥梁上大量应用,因此有必要提供既具有一定摩擦耗能,且具有良好的耐磨性能的滑板材料,供桥梁减隔震支座使用。因此,在标准修订中,根据近年来我国减隔震支座用高分子材料滑板的研究和开发现状,结合国外相关标准,补充了用于减隔震支座的滑板材料(无硅脂润滑滑板)。根据欧洲标准EN 15129-2018减隔震装置要求,用于减隔震支座的滑板材料应满足以下要求:

1)滑板材料不采用硅脂润滑;

2)滑板材料应具有良好的蠕变性能,在恒定荷载作用下48h的蠕变变形小于滑板外露厚度的20%

3)对于桥梁支座滑板材料应具有良好的耐磨性能,磨耗距离应能满足滑动距离不少于10km的要求。

参照上述要求,标准对无硅脂润滑滑板制定了荷载压缩变形和线磨耗率等相关性能指标和试验方法。

对无硅脂润滑滑板在减隔震支座上使用时,一方面应满足常规支座的摩擦与磨耗的性能要求,另一方面应满足地震作用下摩擦耗能的作用。因此,在标准中除了按常规支座使用要求,规定了在非地震作用下无硅脂润滑滑板的性能要求,还规定了地震作用下无硅脂润滑滑板的快速动摩擦系数指标。滑板的动摩擦系数随滑动速度增加而增加,通常地震条件下支座滑板的相对滑动速度在100mm/s--1000mm/s。根据国外的经验滑动速度在200mm--250mm/s时,滑板的动摩擦系数趋于稳定。通过我们对多组无硅脂润滑滑板在50mm100mm150mm200mm250mm/s速度条件下动摩擦系数的测定,验证了上述结论。故确定无硅脂润滑滑板动摩擦系数的测定平均速度为200mm/s

对于格式的编排因为该标准中增添了无硅脂润滑滑板,在4.1.2中按照使用功能分类分为了有硅脂润滑滑板、无硅脂润滑滑板和侧向导槽滑板,因为有硅脂润滑和无硅脂润滑两类滑板的物理机械性能指标试验方法相同,因此放在一个表中描述,这样既简要清晰,避免了重复,而且可以说明问题;而两类滑板的摩擦系数、线磨耗率与荷载压缩变形性能试验条件不同,因此分开描述;对于无硅脂润滑滑板主要是起到减隔震作用,因此将无硅脂润滑滑板在地震作用下的动摩擦系数单独进行描述,这样层次分明,易于理解,可以指导使用者更好的应用。

7. 更改了“试验方法”部分(见第6章)

更改内容:

1)增加了材料的试验方法要求;

更改理由:按照GB/T 1.12020的编写要求,对于第5章提到的技术要求内容,均需要在此章给出试验方法要求。

2)更改了滑板拉伸强度、断裂拉伸应变和拉伸弹性模量的试验方法要求。

更改理由:根据GB/T 1040.1GB/T 1040.2等试验方法标准与JT/T 391-2019《公路桥梁盆式支座》、TB/T 2331-2013《铁路桥梁盆式支座》、TB/T 3320-2013《铁路球型支座》、GB/T 37358-2019建筑摩擦摆隔震支座》等相关支座标准规定,对滑板拉伸强度和断裂拉伸应变以及拉伸弹性模量的试验方法进行修改。

3)更改了滑板尺寸的试验方法,明确了滑板测量方法和环境温度要求。

更改理由:因为实际不存在精度0.1mm的钢直尺,因此有必要对测量工具要求进行更改;增加测量方法和环境温度的要求,这些更有利于滑板尺寸质量的控制。

4)增加了摩擦系数与反复加载次数相关性试验方法要求。

更改理由:因标准正文中增加了滑板的这一性能,因此有必要增加相对应的试验方法规定。

8. 更改了“检验规则”部分(见第7章)

1)更改了滑板检验分类:

增加了正常生产时的型式检验要求“正常生产时,密度、拉伸强度、断裂拉伸应变、球压痕硬度、拉伸弹性模量每年进行一次第三方检验;摩擦系数、线磨耗率、荷载压缩变形、层间结合牢度、压缩永久变形每两年进行一次第三方检验”;增加了“组批与抽样”。

更改理由:因检验项目多且检验频次不同,有必要进行分别描述,以便于生产方和使用方更直观的了解型式检验项目和检验周期。对于组批与抽样的修改是根据行业标准编写要求,这样让使用者更容易理解,使用标准时更易操作。

2)更改了判定规则。

更改理由:能够更好的指导滑板生产方在型式检验和出厂检验时的操作方式,也便于客户方验收时的操作。

9. 更改了“滑板摩擦系数试验方法”部分(见附录A

1)更改内容:更改了有硅脂润滑滑板摩擦系数试验用试样示意图;更改了有硅脂润滑滑板静、动摩擦系数的试验方法。

更改理由:根据相关支座标准要求,摩擦系数试样要随之更改;对于试验方法的描述更加具体,这样可以更好的指导滑板摩擦系数试验过程,减小试验结果误差。

2)增加内容:增加了有硅脂润滑滑板UHPF的摩擦系数试验条件;增加了无硅脂润滑滑板静、动摩擦系数和反复加载次数相关性试验方法和试验条件以及计算方法要求。

增加理由:因该标准中增加了UHPF滑板材料,因此有必要对该种新滑板材料的摩擦系数试验条件进行规定;标准中同样新增了两种无硅脂润滑滑板材料,无硅脂润滑滑板工作原理主要是通过不同摩擦系数而实现减隔震的功能,因此有必要将无硅脂润滑滑板的摩擦系数试验方法及试验过程详细描述,以便得出更加准确的试验结果,更好的指导设计单位和用户方对无硅脂润滑滑板摩擦系数指标的验证工作。

10. 更改了“滑板线磨耗率试验方法”部分(见附录B

1)增加内容:增加了有硅脂润滑滑板UHPF的线磨耗率试验条件和无硅脂润滑滑板线磨耗率的试验条件。

增加理由:因该标准中增加了UHPF有硅脂润滑滑板和两种无硅脂润滑滑板,因此有必要对新增的UHPF有硅脂润滑滑板和无硅脂润滑滑板的线磨耗率性能指标试验过程进行描述,以便指导试验过程,确保试验结果的准确性。

2)更改内容:线磨耗率计算公式由原来的“磨耗后-磨耗前”改为“磨耗前-磨耗后”。

更改理由:通过咨询相关专家和检验机构专业人士,确认原标准的规定是错误的,因此有必要对其进行更改。

11. 更改了“滑板荷载压缩变形试验方法”部分(见附录C

增加内容:增加了有硅脂润滑滑板UHPF的荷载压缩变形试验条件和两种无硅脂润滑滑板荷载压缩变形的试验条件。

增加理由:因该标准中增加了UHPF有硅脂润滑滑板和无硅脂润滑两种滑板,因此有必要对新增的UHPF有硅脂润滑滑板和无硅脂润滑滑板的荷载压缩变形性能指标试验过程进行描述,以便指导试验过程,确保试验结果的准确性。

12. 更改了“铜基三层复合滑板层间结合牢度和压缩永久变形试验方法”部分(见附录D

1)更改了SF-I滑板试验尺寸,由原来的“层间结合牢度试件尺寸为120mm×120mm×2.5mm,压缩变形试件尺寸为15mm×15mm×2.5mm。”更改为“层间结合牢度试样尺寸应为120mm×20mm×2.4mm,压缩永久变形试样尺寸为15mm×15mm×2.4mm。”增加了SF-I滑板压缩永久变形试验装置示意图。

更改、增加理由:因在本标准5.4.1.2条款中对SF-I滑板的总厚度做了要求,因此应按照滑板的尺寸要求选取试件。增加SF-I滑板压缩永久变形试验装置示意图后让人更中直观的理解滑板压缩永久变形试验的方法和过程。

2)增加了铜基三层复合滑板初始静摩擦系数试验方法。

增加理由:因在本标准中增加了该产品初始静摩擦系数了性能要求,因此有必要增加其试验方法要求。

文稿编纂:欧亿体育(中国)官方网站  徐源庆 

文稿审核:全国交通工程设施(公路)标准化技术委员会  赵君黎