橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)要點(diǎn)分析
2010-12-07
引言
隨著我國(guó)交通運(yùn)輸事業(yè)的迅猛發(fā)展，橋梁作為交通線中的重要組成部分，其數(shù)量的增多、規(guī)模的擴(kuò)大更為明顯，而橋梁組成之一的伸縮裝置，用量也越來(lái)越大，使用范圍也越來(lái)越廣，型式也越來(lái)越多了。橋梁伸縮裝置在結(jié)構(gòu)中直接承受車輪荷載的反復(fù)沖擊作用，且長(zhǎng)期暴露在大氣中，是橋梁中易受破壞且難以修補(bǔ)的部位。因此，選用優(yōu)良的伸縮裝置，使其能適應(yīng)由于橋梁的各種變化所引起的伸縮。
1、橋梁伸縮縫概述
橋梁伸縮縫是指為適應(yīng)材料脹縮變形需要而在橋梁上部結(jié)構(gòu)中設(shè)置的間隙。為使車輛平穩(wěn)通過(guò)橋面，在橋梁伸縮縫處設(shè)置的由橡膠和鋼材等構(gòu)件組成的各種裝置稱為伸縮縫裝置。當(dāng)前，對(duì)于橋梁伸縮縫一般有對(duì)接式、鋼制支承式、組合剪切式（板式）、模數(shù)支承式以及彈性裝置。①對(duì)接式伸縮縫。對(duì)接式伸縮縫裝置，更具其構(gòu)造形式和受力特點(diǎn)的不同，可分為填塞對(duì)接型和嵌固對(duì)接型兩種。填塞對(duì)接型伸縮裝置是以瀝青、木板、麻絮、橡膠等材料填塞縫隙，伸縮體在任何情況下都處于受壓狀態(tài)。該類伸縮裝置一般用于伸縮量在40mm以下的常規(guī)橋梁工程上，但目前已不多見(jiàn)。嵌固式對(duì)接伸縮縫裝置利用不同形態(tài)的鋼構(gòu)件將不同形狀的橡膠條（帶）嵌牢固定，并以橡膠條（帶）的拉壓變形來(lái)吸收梁體的變形，其伸縮體可以處于受壓狀態(tài)。也可以處于受拉狀態(tài)。②鋼制支承式伸縮裝置。當(dāng)橋梁的伸縮變形量超過(guò)50mm時(shí)，常采用鋼質(zhì)伸縮裝置。該伸縮裝置當(dāng)車輛駛過(guò)時(shí)往往由于梁端轉(zhuǎn)動(dòng)或撓曲變形而產(chǎn)生拍擊作用，噪聲大，而且容易使結(jié)構(gòu)損壞。因此，需采用設(shè)有螺栓彈簧的裝置來(lái)固定滑動(dòng)鋼板，以減少拍擊和噪聲，該伸縮縫的構(gòu)造相對(duì)復(fù)雜。③組合剪切式（板式）橡膠伸縮裝置。該裝置是利用各種不同斷面形狀的橡膠帶作為填嵌材料的伸縮裝置。由于橡膠富有彈性，易于粘貼，又能滿足變形要求且具備防水功能。因此，目前在國(guó)內(nèi)、外橋梁工程中已獲得廣泛應(yīng)用。④模數(shù)支承式伸縮裝置。板式橡膠制品這一類伸縮裝置，很難滿足大位移量的要求；鋼制型的伸縮裝置，很難做到密封不透水，而且容易造成對(duì)車輛的沖擊，影響車輛的行駛性。因此，出現(xiàn)了利用吸震緩沖性能好又容易做到密封的橡膠材料，與強(qiáng)度高性能好的異型鋼材組合的，在大位移量情況下能承受車輛荷載的各類型模數(shù)支承式（模數(shù)式）橋梁伸縮裝置系列。⑤彈性體伸縮裝置。彈性體伸縮裝置分為鋅鐵皮伸縮縫和TST碎石彈性伸縮縫，彈性體伸縮裝置是一種簡(jiǎn)易的伸縮縫裝置，對(duì)于中小跨徑的橋梁，當(dāng)伸縮量在20mm-40mm以內(nèi)時(shí)可以采用TST碎石彈性伸縮縫裝置，是將特制的彈塑性材料TST加熱熔化后，灌入經(jīng)過(guò)清洗加熱的碎石中，即形成了TST碎石彈性伸縮縫，碎石用以支持車輛荷載，TST彈塑性體在一25℃～60℃條件下能夠滿足伸縮量的要求。
2、橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.1伸縮縫破壞過(guò)早的設(shè)計(jì)原因伸縮縫的破壞最先從過(guò)渡段的混凝土開(kāi)始。過(guò)渡段混凝土的主要荷載為車輛輪壓產(chǎn)生的動(dòng)載，當(dāng)輪壓在伸縮縫上時(shí)，其荷載通過(guò)錨固系統(tǒng)傳遞到過(guò)渡段混凝土，再傳遞到梁板上，并產(chǎn)生一定的壓縮變形。在設(shè)計(jì)上而言，造成伸縮縫的破壞過(guò)早，無(wú)非是以下方面的原因：①伸縮縫在整個(gè)橋梁工程所占的份量不多，一般易被設(shè)計(jì)人員忽視，從而未對(duì)伸縮縫進(jìn)行細(xì)致的考慮與設(shè)計(jì)。②伸縮裝置的受力復(fù)雜，而與之密切相關(guān)起決定作用的錨固系統(tǒng)卻不盡合理。③設(shè)計(jì)方面對(duì)施工的實(shí)際情況考慮不足。如：錨固混凝土太薄且鋼筋密布，伸縮裝置的錨固系統(tǒng)很難準(zhǔn)確地預(yù)埋在梁中，甚至無(wú)法預(yù)埋，相當(dāng)一部分錨固系統(tǒng)不得不錨固在整體化層混凝土中。④有的設(shè)計(jì)工程師在伸縮縫設(shè)計(jì)過(guò)程中只注重計(jì)算橋梁的伸縮量，并以此進(jìn)行選型，而往往對(duì)伸縮裝置的性能了解不全面，忽視了產(chǎn)品的相應(yīng)技術(shù)要求。
2.2伸縮縫設(shè)計(jì)要點(diǎn)
2.2.1整體設(shè)計(jì)合理選定恰當(dāng)伸縮量的縫隙極為重要，縫隙越大伸縮裝置越容易遭破壞。采用的縫隙過(guò)大或過(guò)小，以及沒(méi)有考慮安裝時(shí)的溫度而調(diào)整間隙。特別是針對(duì)板式橡膠伸縮裝置，易造成破壞。即使是連續(xù)橋面，在面層鋪裝上往往也會(huì)出現(xiàn)裂紋。因此。要采取預(yù)先切割橋面，設(shè)置接縫，或用較軟的鋪裝層來(lái)吸收裂縫，或者安設(shè)小型的伸縮裝置來(lái)解決。在較大縱坡的情況下，如不設(shè)置考慮適應(yīng)豎直變位的構(gòu)造，也容易產(chǎn)生缺陷，引起破壞。伸縮裝置沿橋面縱向，即使伸縮量小，也存在撓度差大的問(wèn)題，因此，在伸縮裝置構(gòu)造上要給予重視。伸縮裝置與梁體結(jié)合成等強(qiáng)的整體無(wú)疑是提高其使用效能的重要手段。除模數(shù)式伸縮裝置之外的其他類型的橋梁伸縮裝置，與橋面板的固定、結(jié)合往往不夠充分，效果不甚理想，一般構(gòu)造尺寸較小、剛度不足，而且對(duì)新材料的特征、配合等研究不夠深入，所以在選型時(shí)應(yīng)作充分的比較研究。為防止因雨水而起的漏水現(xiàn)象，雖然在一些鋼制伸縮縫裝置中，對(duì)配合部位采取插入密封橡膠或?qū)⑴潘b置或鋪裝層面層作為容易清掃的型式，或在整個(gè)縫隙中灌注填人防水材料的實(shí)用型式。對(duì)與橋面的雨水，一般應(yīng)在伸縮裝置附近設(shè)集中排水口；對(duì)不在日常養(yǎng)護(hù)作多次涂漆的構(gòu)件上，設(shè)計(jì)上應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)耐久的防護(hù)材料作有效的處理。
2.2.2實(shí)例設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)方面，有些設(shè)計(jì)者誤認(rèn)為上部構(gòu)造梁板的實(shí)際預(yù)制長(zhǎng)度與理論長(zhǎng)度之差就是橋兩端伸縮縫的寬度。就一孔20m長(zhǎng)的簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔?，有些設(shè)計(jì)人員照本宣科，把兩端各設(shè)一道縫寬2cm的伸縮縫。實(shí)際上按溫差45℃設(shè)計(jì)，伸縮量按下式計(jì)算：
△L=△Lt+△Ls+△Lc+△Ld+△ALe，△Ltf=△taL。
式中：△Lt—溫度變化產(chǎn)生的伸縮量；
a—線膨脹系數(shù)，混凝土a=10×10-6，鋼a=12×10-6；
L—伸縮梁的長(zhǎng)度；
△Ls，△Lc—由于混凝土收縮和徐變影響而產(chǎn)生的收縮；
△Ld—梁端轉(zhuǎn)角產(chǎn)生的變形量；
△Le—制造安裝誤差。
膨脹系數(shù)n=10×10-6，干燥收縮度20×10-5，徐變系數(shù)ψ=2.0，預(yù)應(yīng)力引起的平均軸向應(yīng)力σ=6N/m㎡，混凝土的彈性模量Eh=30000N/m㎡，施加預(yù)應(yīng)力后三個(gè)月的遞減系數(shù)=0.4，則：△=45×10×10-6×20000=9mm，△L=20×aLβ=20×10×10-6×20000×0.4=1.6mm。△L=σ／EhψLβ=6／30000×2×20000×0.4=3.2mm。設(shè)梁端旋轉(zhuǎn)水平變形△Ld=3mm?？偵炜s量△L=9+1.6+3.2+3=16.8mm。按此計(jì)算，只在一端（若系坡橋只在高處一端）留一道縫寬2cm的伸縮縫即可，另一端橋面鋪裝與背墻連續(xù)，這樣，既節(jié)約了資金，又減輕了跳車。
合理預(yù)留伸縮縫寬度，可使其在夏季擠緊，到冬季溫度降低時(shí)才會(huì)拉開(kāi)，從而有效提高伸縮縫壽命，減小橋頭跳車。據(jù)觀察伸縮縫擠壞的很少，大部分是縫太寬，引起跳車，跳車越嚴(yán)重縫破壞的越快，形成惡性循環(huán)。另外混凝土還有相當(dāng)高的抗壓強(qiáng)度，只要擠壓在規(guī)定范圍內(nèi)，對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)不會(huì)造成影響。由此可見(jiàn)在伸縮縫的設(shè)計(jì)中，采用安全系數(shù)較大的伸縮縫寬度，是完全沒(méi)有必要的。
3、結(jié)語(yǔ)
橋梁伸縮縫的破壞，對(duì)橋梁使用性能以及通車都會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的影響，因此必須加強(qiáng)橋梁伸縮縫的優(yōu)化設(shè)計(jì)，從伸縮縫類型、結(jié)構(gòu)以及環(huán)境等相關(guān)因素進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)，才能確保伸縮縫在今后的使用中，滿足橋梁使用性能。
