» » Трение сцепления резиновых опорных частей

Трение сцепления резиновых опорных частей

25.04.2016

Трение сцепления между резиной и конструкцией представляет интерес с учетом следующих соображений:
1) все горизонтальные силы обычно передаются на опорные части благодаря трению сцепления;
2) в неармированных опорных частях трение сцепления по нагруженной поверхности определяет характеристики несущей способности опорных частей.
Классические законы трения недействительны для резины. Коэффициент трения зависит от величины поверхности трения, состояния поверхности и удельного давления на поверхность трения.
Поскольку между резиной и сооружением имеется плотный контакт, возможен высокий коэффициент трения (до 1 и более). Особенно плотный контакт и высокий коэффициент трения наблюдаются при очень гладких поверхностях, например, для стекла. Если устанавливают резиновую опорную часть на раствор или укладывают бетон непосредственно на опорную часть, то получают одинаковый эффект. Сцепление ухудшается, если на поверхности резиновых элементов осталась смазка для форм.
Для шероховатых поверхностей, например наждачной бумаги, получают более неблагоприятный коэффициент трения. Это явление, возможно, связано с тем, что на острых выступах шероховатости наблюдается очень высокое опорное давление, связанное со значительно меньшим коэффициентом трения. «Выигрыш трения» благодаря работе деформаций при прохождении неровностей сказывается только при трении скольжения и недостаточен, чтобы компенсировать потери трения на шероховатой поверхности.
Плотный контакт между поверхностями трения ни в коем случае не должен прерываться материалом, не сопротивляющимся сдвигу. Катастрофические последствия водяной пленки на поверхности трения шин знакомы каждому водителю, однако резиновые опорные части устанавливают и во время дождя. Пока вода поглотится бетоном, пройдет некоторое время, в течение которого между опорными частями и сооружением могут передаваться незначительные сдвигающие усилия, а неармированные опорные части могут в это время воспринимать небольшие нормальные нагрузки, так как их несущая способность зависит от трения по нагруженной поверхности. Установка сборных элементов на неармированные эластомерные опорные части поэтому в дождливую погоду целесообразна только в случае, если опорные поверхности сухие.
Хорошие результаты обычно дает приклеивание резиновой опорной части к сооружению. Однако часто вследствие неудовлетворительного качества клей полностью не затвердевает или это происходит очень поздно. Особенно непригодны пластичные клеющие массы, которые используют для прикрепления резиновых опорных частей к сборным бетонным элементам. Пластичный клей уменьшает несущую способность неармированных эластомерных опорных частей вследствие уменьшения трения по нагруженным поверхностям.
С течением времени на поверхности резины опорной части может наблюдаться неожиданная концентрация материала, не обладающего прочностью при сдвиге. Такого рода явления связаны прежде всего с применением пластификаторов и антиозонатов. Последние повышают озоностойкость резины, однако резина с такими свойствами малопригодна для опорных частей. В этом отношении соответствующих требований в технических условиях пока нет.
Трение сцепления резиновых опорных частей

Наибольший достижимый коэффициент трения между резиной и другим материалом в общем наблюдается только после проскальзывания. В строительстве это означает, что максимальное возможное сопротивление трения сцепления не используется. Существуют очевидные теории, что трение резины зависит преимущественно от ее молекулярно-кинетических свойств. Эти теории могут объяснить, почему перед достижением наибольшего коэффициента трения наблюдается проскальзывание. Как показали исследования, такое проскальзывание происходит с минимальными скоростями; кроме того, в испытуемом образце появляются более или менее значительные деформации сдвига, поэтому наблюдения и измерения затруднительны.
Если воспользоваться приспособлением для определения модуля сдвига (см. рис. 5.3) для исследования коэффициента трения, то найдем, что он резке уменьшается с возрастанием напряжений смятия по опорной поверхности от 0 до 50 кгс/см2 (рис. 5.23). Для эластомерных опорных частей, устанавливаемых на шероховатом бетоне, коэффициенты трения незначительно ниже, чем приведенные на рис. 5.23.
Если применяют эластомеры с твердостью по Шору менее 60° (с нарушением норм большинства стран), то коэффициенты трения заметно уменьшаются. Например, для эластомерной опорной части с твердостью по Шору 50° измеренный коэффициент трения примерно в 2 раза ниже, чем по рис. 5.23.
Трение сцепления резиновых опорных частей

Касательные напряжения по поверхности трения для допущенных к применению опорных частей показаны на рис. 5.24. Запас устойчивости против скольжения при малом опорном давлении меньше, чем при большом. Поэтому армированные эластомерные опорные части при малых опорных давлениях следует заанкеривать. В большинстве случаев можно было бы допустить проскальзывание между опорной частью и сооружением, как это предусматривают в опорных частях скольжения. В этих случаях следовало бы отказаться от восприятия всех горизонтальных сил эластомерной опорной частью. В схеме опирания сооружения такие опорные части соответствовали бы скользящим, что предполагает наличие всесторонне или односторонне неподвижных опорных частей.
В описанных выше опытах не учитывали, что между опорной частью и цементом (или раствором на основе эпоксидной смолы) имеется также сцепление. Количественных измерений параметров этого сцепления пока нет, а результаты их должны в большой степени зависеть от метода изготовления опорных частей (применяемой смазки для форм).
Наблюдали, что при длительно действующем давлении коэффициент трения сильно возрастает. Это, вероятно, связано с увеличением поверхности трения вследствие ползучести (вспомним, что величина поверхности трения и плотность контакта имеют основное значение для величины сопротивления трения сцепления резины). Этот эффект приводит к тому, что для случайно разгруженных эластомерных опорных частей в области небольших напряжений смятия коэффициент трения более высокий, чем в соответствии с рис. 5.24. Это явление, вероятно, обусловливает применение в ФРГ в течение примерно 10 лет незаанкеренных эластомерных опорных частей, причем заметного проскальзывания опорных частей не установлено. Количественных измерений пока нет.
Трение сцепления резиновых опорных частей

Коэффициенты трения, соответствующие рис. 5.24, можно принять для неармированных эластомерных опорных частей лишь приближенно. Основная причина этого связана с зависящими от размеров опорных частей касательными напряжениями τр и τа от вертикальной нагрузки, которые накладываются на касательные напряжения от горизонтальной нагрузки. Следовательно, для горизонтально нагруженных эластомерных опорных частей трение зависит не только от поверхностных напряжений смятия, но и от размеров опорных частей.
Почти совершенно не исследовано влияние пульсирующей вертикальной нагрузки на коэффициент трения. При испытаниях на длительную прочность эластомерных опорных частей при действии эксцентрической пульсирующей нагрузки при одновременных деформациях сдвига, проведенных в институте по строительству земельных путей сообщения технического университета в Мюнхене, установлено, что вынужденные деформации сдвига вследствие проскальзывания по нагруженной поверхности уменьшаются уже после небольшого числа пульсаций (рис. 5.25 и 5.26). При испытаниях эксцентриситет составил до сдвига 40 мм и после сдвига около 46 мм. Следует учитывать, что на касательные напряжения по нагруженному шву от деформаций сдвига накладываются еще касательные напряжения от эксцентриситета (надопорный угол поворота, эффект Киршкерна).
Трение сцепления резиновых опорных частей

Трудность предсказания трения для неармированных эластомерных опорных частей случайно установили при резке резиновых элементов. Прижим ножниц передавал сжимающую нагрузку на резиновый элемент. После отрезания от деформированного элемента диска (рис. 5.27) оказалось, что он имеет симметричную параболическую поверхность среза. Вследствие различных коэффициентов трения в равномерно нагруженной поверхности возникают значительные локальные неравномерные деформации, которые фиксируют срез. Уже небольшое количество жира и влаги достаточно, чтобы коэффициент трения чисто обработанных стальных плит заметно уменьшился.