橋梁建筑中伸縮縫設(shè)計(jì)研究

楊 菲

1 公路橋梁伸縮縫簡介及其影響因素

1.1 公路橋梁伸縮縫

伸縮縫是公路橋梁伸縮裝置的簡稱，是組成橋梁上部結(jié)構(gòu)的重要因素，也是連接路與公路橋梁十分重要的構(gòu)件，它是由橋梁長度、形狀、具體結(jié)構(gòu)等不同的要求而設(shè)計(jì)制造的。伸縮縫不僅是橋梁的一種產(chǎn)品，也是橋梁的一個重要組成部分。根據(jù)交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTJ 002-87公路工程名詞術(shù)語和國標(biāo)GBJ 124-88道路工程術(shù)語標(biāo)準(zhǔn):伸縮裝置的定義是“為滿足橋面變形的需要并使車輛平穩(wěn)通過橋面，在橋面伸縮接縫處設(shè)置的各種裝置的總稱”[1］。位移控制體系和傳力支承體系共同組成了橋梁建筑伸縮裝置，其功能一方面是適應(yīng)梁端翹曲發(fā)生的轉(zhuǎn)角的變化和橋梁橫、縱位移變化，另一方面通過支承結(jié)構(gòu)將車輛垂直和水平荷載傳遞到梁體。

1.2 影響因素

1)混凝土的徐變和收縮。預(yù)應(yīng)力混凝土橋和鋼筋混凝土橋均需考慮其收縮及徐變。收縮量是以溫度下降20℃來計(jì)算的。在預(yù)應(yīng)力作用下梁的彈性變形乘以徐變系數(shù)可以求得徐變量。由于安裝時混凝土已完成部分的徐變和收縮，所以全部徐變和收縮量應(yīng)乘以折減系數(shù)[2］。收縮是以澆筑混凝土以后到安裝時的全部齡期計(jì)算，施加預(yù)應(yīng)力后的時間即是徐變的齡期，另加上設(shè)置伸縮裝置后施加的預(yù)應(yīng)力。

2)溫度變化。伸縮量受溫度變化影響較大。由于我國地域?qū)拸V，變差幅度各地不一、南北溫差懸殊較大。溫度變化引起橋梁內(nèi)部溫度分布不均勻，這會使得跨徑較大的橋梁端部產(chǎn)生角變位，對于一般跨徑的橋梁角變位比值較小，可不予考慮;但是對于大跨徑的橋梁，設(shè)計(jì)時不應(yīng)忽視。

3)地震影響使構(gòu)造物發(fā)生變位。伸縮裝置的變位受地震的影響比較復(fù)雜，至今還難以掌握，在設(shè)計(jì)伸縮裝置時一般忽略不計(jì);但如有依據(jù)能計(jì)算出地震對橋梁墩臺的回轉(zhuǎn)、下沉、傾斜量及水平移動時，在設(shè)計(jì)時還是考慮為好。

4)各種荷重所引起的橋梁撓度。橋梁端部會因恒載、活載等發(fā)生角變位，從而使伸縮縫產(chǎn)生角變位、水平變位及垂直變位。應(yīng)格外注意梁比較高，并伴有振動的情況。橋面加寬時要設(shè)置縱向伸縮縫，由于跨中撓度較大，在振動時須考慮變位隨時間變化的相位差[3］。

5)縱坡對變位的影響。如果橋的縱坡較大，通常在施工時作成水平的活動支座，所以在支座位移時相對路面產(chǎn)生了一個垂直差(Δd)，由水平位移乘以縱坡(tanθ)所得，若變位較小可忽略不計(jì)，但由于組合鋼橋縱坡大并且變位也大，就應(yīng)認(rèn)真對待伸縮裝置的設(shè)計(jì)形式。

2 公路橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)研究

2.1 伸縮裝置的設(shè)計(jì)方法

1)中、小橋采用W形伸縮裝置為宜。這樣可以發(fā)揮以下優(yōu)勢:a.溫度變化引起的伸縮變形可以充分發(fā)揮橡膠彈性材料的性能。受外荷作用可以充分利用拱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢;b.構(gòu)件尺寸小，相應(yīng)施工方便，材料用量省，造價(jià)經(jīng)濟(jì);c.鐵件與伸縮體聯(lián)結(jié)可不用膠水防水，利用橡膠本身的預(yù)壓密封就能解決問題[4］。2)20 m以內(nèi)的小跨徑中小橋宜不設(shè)伸縮縫。采用固定式橡膠支座，讓臺后的土抗力和墩臺的彈性變形來抵抗溫度應(yīng)力(當(dāng)變形長度不大于11 m，通常伸縮量不大于6 mm)。也可以在完成橋面及路面的鋪裝后，再沿原縫開一條深4 cm～6 cm寬3 cm的假縫，內(nèi)填以其他可塑性材料或?yàn)r青麻絮以防面龜裂。3)目前已經(jīng)施工的伸縮裝置，板式伸縮裝置具有較好的平整度，因?yàn)槟z體內(nèi)有了足夠數(shù)量的鉚釘使橋梁變形體同伸縮體的聯(lián)結(jié)比較牢固，而且又加入了足夠數(shù)量的鋼板使得變形體的剛度增強(qiáng)，這比原來的空心板橡膠伸縮縫更加牢固。并且還改善了施工工藝，對于施工時的安裝溫度，易于控制其定位值A(chǔ)。經(jīng)實(shí)橋施工兩年來，效果良好。但缺點(diǎn)是變形不夠靈活。4)從有關(guān)資料和實(shí)踐來看，不論空心板型、V形、W形的橡膠體都可使用。問題不在膠體，只要整個伸縮裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理便可。目前應(yīng)用較多的TST伸縮裝置、西德毛勒公司的伸縮裝置設(shè)計(jì)都比較合理，在溫度變化時變形靈活，在行車時它又具有較高的剛度。

2.2 伸縮縫設(shè)計(jì)理論

由于橋梁縫隙越大越易造成伸縮裝置的損壞，因此合理、恰當(dāng)?shù)纳炜s量對于縫隙是非常重要的。如果忽視溫度對縫隙變化的影響、縫隙設(shè)計(jì)的大小不合適、采用板式橡膠伸縮裝置等均易造成損壞。在設(shè)計(jì)伸縮縫時，應(yīng)當(dāng)預(yù)先對準(zhǔn)切割橋面，然后再設(shè)置接縫，或者用軟的鋪裝層來吸收裂縫。如果遇到較大縱坡的情況而不考慮設(shè)置豎直變位的構(gòu)造，也很容易引起損壞;縱使伸縮裝置沿橋面縱向的伸縮量小，也會有較大的撓度差。所以，我們應(yīng)對伸縮裝置的構(gòu)造給予足夠重視。由于大部分的橋梁伸縮裝置(模數(shù)式除外)都存在同橋面板的固定、連接效果不理想，構(gòu)造尺寸小、剛度低，同新材料配合研究不深入等問題，因此在選型時要做好充足的對比和研究。遇到橋面的雨水問題，應(yīng)在伸縮縫中設(shè)集中排水口，并在縫隙中灌注防水材料;對于不經(jīng)常養(yǎng)護(hù)的構(gòu)件，設(shè)計(jì)上要采用優(yōu)質(zhì)、抗氧化的防護(hù)材料并作適當(dāng)處理。

2.3 實(shí)例設(shè)計(jì)

以一孔15 m長的簡支梁橋?yàn)槔?，有些設(shè)計(jì)人員把兩端各設(shè)一道寬3 cm的伸縮縫。溫差按38℃設(shè)計(jì)，實(shí)際上伸縮量計(jì)算如下:ΔL= ΔLs+ΔLc+ΔLt+ΔLd+ΔALe，ΔLtf=ΔaL。其中，ΔLs，ΔLc，ΔLt分別為由于混凝土自身和徐變影響及溫度變化產(chǎn)生的收縮量;ΔLd為因梁端轉(zhuǎn)角生成的變形量;ΔLe為制造與安裝誤差;L為伸縮梁長度;A為線膨脹系數(shù)，其中鋼為12×10－6，混凝土為10×10－6。然后查知干燥收縮度為20×10－5、膨脹系數(shù) n=10 ×10－6及徐變系數(shù) ψ =2.0，預(yù)應(yīng)力施加三個月后的遞減系數(shù)為0.4，平均軸向應(yīng)力σ=6 N/mm2，混凝土彈性模量Eh=25 000 N/mm2。計(jì)算過程為:ΔL=38×10×10－6×15 000=5.7 mm;ΔL=15 ×aLβ =1.2 mm;ΔL= σ/(EhψLβ)=3.2 mm。將梁端旋轉(zhuǎn)水平變形量ΔLd設(shè)為3 mm，則總伸縮量ΔL=12.7 mm。由此算得的計(jì)算結(jié)果可知在一端留出一道縫寬3 cm的伸縮縫而另一端與橋面鋪裝連接即可滿足設(shè)計(jì)要求。

據(jù)觀察伸縮縫被破壞大部分是因?yàn)榭p太寬，引起跳車，形成了跳車越嚴(yán)重縫破壞越快的惡性循環(huán)。預(yù)留伸縮縫寬度合理，可使其在夏季擠緊，冬季拉開，從而減小橋頭跳車，提高伸縮縫壽命。

3 結(jié)語

橋梁伸縮縫的破壞，會嚴(yán)重影響橋梁通車以及使用性能，所以優(yōu)化橋梁伸縮縫的設(shè)計(jì)勢在必行，強(qiáng)化設(shè)計(jì)伸縮縫的環(huán)境、結(jié)構(gòu)以及類型等相關(guān)因素，確保在今后的使用中伸縮縫能夠充分滿足橋梁的使用性能。

[1]劉 鵬.橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)選型要點(diǎn)[J］.山西建筑，2009，35(31):333-334.

[2]張 偉.趙山渡渡槽伸縮縫處理方案設(shè)計(jì)[J］.大壩與安全，2009(3):78-80.

[3]郭風(fēng)俊.橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)及安裝[J］.科學(xué)之友，2007(06B):54-55.

[4]劉 偉，巫英偉，王增學(xué).淺談橋梁伸縮裝置的選型及設(shè)計(jì)[J］.筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2006，23(6):8-11.