淺析橋梁伸縮縫設(shè)計
2017-06-05
引言
隨著我國交通運輸事業(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)模的擴大更為明顯，而橋梁組成之一的伸縮裝置，用量也越來越大，使用范圍也越來越廣，型式也越來越多了。橋梁伸縮縫問題現(xiàn)在仍處于探索研究中，它對公路車道的平整度影響較大。為了改善路面與橋面相接處的平整度，一方面應(yīng)當(dāng)加大橋梁的聯(lián)孔長度以減少伸縮縫的數(shù)量，另一方面要不斷改進伸縮縫的型式、材料以及設(shè)計和施工質(zhì)量。
1 影響伸縮量的基本因素
1.1 溫度變化
溫度變化是影響伸縮量的主要因素。由于我國幅員廣大，溫差懸殊、變差幅度各地不一，茲推薦下列數(shù)據(jù)供設(shè)計參考使用。由于溫度使橋梁內(nèi)部溫度分布不均勻會引起大跨徑橋梁端部產(chǎn)生角變位，一般跨徑比值較小，可不予考慮；大跨徑橋梁，設(shè)計時應(yīng)予考慮
1.2 混凝土的徐變和收縮
鋼筋混凝土橋及預(yù)應(yīng)力混凝土橋需考慮其徐變及收縮。徐變量按梁在預(yù)應(yīng)力作用下的彈性變形乘以徐變系數(shù)?埭＝2求得。收縮量以溫度下降20℃來換算。應(yīng)當(dāng)考慮安裝時混凝土的徐變和收縮已完成的部分，為此應(yīng)將全部徐變和收縮量乘以折減系數(shù)?。下列?值供設(shè)計時參考。
徐變的齡期是以施加預(yù)應(yīng)力后的時間計算，收縮是以澆筑混凝土以后到安裝時的全部齡期計算，設(shè)置伸縮裝置后施加的預(yù)應(yīng)力需另加。
1.3 各種荷重所引起的橋梁撓度
活載、恒載等會使橋梁端部發(fā)生角變位，而使伸縮裝置產(chǎn)生垂直、水平及角變位。如果梁比較高，且伴有振動的情況，應(yīng)格外注意。
由于加寬橋面而要設(shè)置縱向伸縮裝置時，由于跨中撓度較大，還應(yīng)注意在振動時變位隨時間變化的相位差。
1.4 地震影響使構(gòu)造物發(fā)生變位
地震對伸縮裝置的變位影響比較復(fù)雜，目前還難以把握，在設(shè)計伸縮裝置時一般不予考慮；但如有可靠資料能算出地震對橋梁墩臺的下沉、回轉(zhuǎn)、水平移動及傾斜量時，在設(shè)計時給以考慮當(dāng)然更好。
1.5 縱坡對變位的影響
縱坡較大的橋，通常施工時把活動支座作成水平的，因而在支座位移時在路面產(chǎn)生了一個垂直差(△d)，其值為水平位移乘以縱坡(tgθ)，在變位較小的情況下可不予考慮，但對組合鋼橋變位大且縱坡也大的情況下，設(shè)計伸縮裝置的形式就應(yīng)認真對待。
1.6 斜橋及曲線橋的變位
斜橋及曲線橋在發(fā)生支承移動方向的變位△L時，便有在橋端線方向的變位△S及垂直于橋端線方向的變位△d：
△d＝△L sinθ △S＝△L cosθ
式中：θ-傾斜角；△L-伸縮量。
把沿支座移動方向的位移△L稱作伸縮縫，把垂直于橋梁線的位移△d稱作梁端伸縮縫。由于平行于橋端線△S的位移而使伸縮裝置在平面上受扭，產(chǎn)生剪應(yīng)力，在設(shè)計時必須注意。同時，還應(yīng)注意支座的約束條件及墩臺形式的不同所產(chǎn)生的影響。
2 橋梁伸縮縫設(shè)計要點
2.1 伸縮縫破壞過早的設(shè)計原因。伸縮縫的破壞最先從過渡段的混凝土開始。過渡段混凝土的主要荷載為車輛輪壓產(chǎn)生的動載，當(dāng)輪壓在伸縮縫上時，其荷載通過錨固系統(tǒng)傳遞到過渡段混凝土，再傳遞到梁板上，并產(chǎn)生一定的壓縮變形。在設(shè)計上而言，造成伸縮縫的破壞過早，無非是以下方面的原因：伸縮縫在整個橋梁工程所占的份量不多，一般易被設(shè)計人員忽視，從而未對伸縮縫進行細致的考慮與設(shè)計；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；設(shè)計方面對施工的實際情況考慮不足。如：錨固混凝土太薄且鋼筋密布，伸縮裝置的錨固系統(tǒng)很難準確地預(yù)埋在梁中，甚至無法預(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；有的設(shè)計工程師在伸縮縫設(shè)計過程中只注重計算橋梁的伸縮量，并以此進行選型，而往往對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)計要點
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。采用的縫隙過大或過小，以及沒有考慮安裝時的溫度而調(diào)整間隙。特別是針對板式橡膠伸縮裝置，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吸收裂縫，或者安設(shè)小型的伸縮裝置來解決。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)合成等強的整體無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，而且對新材料的特征、配合等研究不夠深入，所以在選型時應(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，或在整個縫隙中灌注填人防水材料的實用型式。對與橋面的雨水，一般應(yīng)在伸縮裝置附近設(shè)集中排水口；對不在日常養(yǎng)護作多次涂漆的構(gòu)件上，設(shè)計上應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)耐久的防護材料作有效的處理。
3 對目前伸縮裝置設(shè)計的建議
3.1 小跨徑的中小橋(如20m以內(nèi)的)宜不設(shè)伸縮縫。支座采用固定式橡膠支座，讓墩臺的彈性變形和臺后的土抗力來抵抗溫度應(yīng)力(因變形長度在10m以內(nèi)伸縮量一般在5mm以內(nèi))。也可以在路面及橋面鋪裝攤鋪完了，再沿原縫開一條寬2cm深3～5cm的假縫，內(nèi)填以瀝青麻絮或其他可塑性材料以防面龜裂。
3.2 中、小橋宜采用W型伸縮裝置，它具有以下一些優(yōu)點：伸縮體與鐵件聯(lián)接可不用膠水，而利用橡膠本身的預(yù)壓密縫防水；構(gòu)件尺寸小，相應(yīng)材料用量省，施工方便，造價低；溫度伸縮變形發(fā)揮像膠彈性材料性能。在外荷作用下則充分利用拱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。
3.3 從實踐和有關(guān)資料來看，不論W型、V型、空心板型的橡膠體都可使用。毛病不在膠體本身，而是在整個伸縮裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計是否合理。
3.4 從目前已經(jīng)施工的伸縮裝置來看，板式伸縮裝置的平整度較好，其原因是膠體內(nèi)不僅加入了足夠數(shù)量的鋼板以增加變形體的剛度，而且又有足夠數(shù)量的鉚釘使伸縮體同橋梁變形體的聯(lián)結(jié)比較牢固，不至于象原來空心板橡膠伸縮縫那樣易于脫出。
4 結(jié)語
橋梁伸縮縫的破壞，對橋梁使用性能以及通車都會帶來嚴重的影響，因此必須加強橋梁伸縮縫的優(yōu)化設(shè)計，從伸縮縫類型、結(jié)構(gòu)以及環(huán)境等相關(guān)因素進行強化設(shè)計，才能確保伸縮縫在今后的使用中，滿足橋梁使用性能。
參考文獻
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