淺析無伸縮縫橋梁的影響因素和應用

摘要：與同跨度有伸縮裝置傳統橋梁相比，無伸縮縫橋梁由于取消了伸縮裝置，從而避免了設置伸縮裝置所引起的各種缺陷，不僅減小了橋梁工程造價，而且大大降低了橋梁的維修費用，并且改善了行車的舒適性。

關鍵詞：無伸縮縫;橋梁;設計;應用

一、有縫到無縫——橋梁設計的新思維

隨著橋梁建設的不斷發展，橋梁工程師們越來越意識到采用橋梁伸縮縫所引起的缺陷。橋梁伸縮縫在橋梁結構中直接承受車輪荷載的反復沖擊作用，由于長期暴露在大氣中，使用環境比較惡劣，是橋梁結構最易遭到破壞而又較難以修補的部位。即使是防水伸縮縫在長期使用后也會出現漏水，使得飽含鹽分的水從伸縮縫里滲漏進去，加速了對主梁端部、支座和下部鋼筋混凝土結構的腐蝕與損害。長期累積的塵埃、垃圾又會填滿伸縮縫的空隙導致伸縮失效。嚴重的車輛撞擊將損壞伸縮縫的螺栓或使它松動，伸縮縫破損的部件又將對汽車或人員造成損害，給橋梁的管理帶來許多不便。毫無疑問，解決這些問題需要耗費大量的財力和人力，并且這些問題的存在也大大縮短了許多橋梁的使用壽命。可以說，公路橋梁的伸縮縫已成為橋梁施工和維護的難題之一，它不但昂貴而且需要長期的維護。橋梁伸縮縫在設計、施工上稍有缺陷或不足，就會引起其早期破壞，而橋梁伸縮縫的破壞，又可能引起很大的車輛沖擊荷載，惡化行車狀況，急劇降低橋梁的使用壽命。隨著我國高速公路的發展，由于車速的提高，橋梁伸縮裝置的破壞現象將會加劇。研究、設計和制造使用更好的伸縮裝置固然十分重要，但從另一方面講，如能采用無伸縮裝置的橋梁結構，則是從根本上解決橋梁由于伸縮裝置遭受毀壞的現象。因此，世界各國的學者都在努力尋求最好的伸縮縫結構，得到的結論是“最好的伸縮縫是無伸縮縫”。所以，無伸縮縫橋梁應運而生。

二、橋梁無縫伸縮縫的特點

橋梁無縫伸縮縫主要由改性瀝青聚合黏結物與經精選并處理過的集料拌和，形成一種具有高黏性、可柔性、可拉伸性、可壓縮恢復性，并能抵抗交通荷載破壞的橋梁伸縮縫裝置。是通過彈塑性混合料自身特殊性能來適應橋梁伸縮變形。在承受荷載和振動時呈彈性，在緩力作用下呈塑性。混合料是以改性瀝青聚合物為主并且關鍵是采用優質的改性瀝青聚合黏結物，原材料本身的性能是保證質量的關鍵。

橋梁無縫伸縮縫能夠與其前后的橋面鋪裝層和路面形成連續整體；構造簡單，不需要設置伸縮構件以及在梁端和橋臺設置預埋錨固鋼筋；具有較強的抗老化。抗腐蝕性能，低溫具有柔韌性，具有優異的防水作用；能夠吸收各方面的變形、振動和車輛荷載的沖擊；且阻尼性高，對橋梁減振有利；可滿足橋梁三維變位，即縱向、橫向、豎向三個方向的伸縮和變形；可有效地解決溫度應力作用破損、伸縮量影響、水侵害、橋頭跳車等問題；可提供平穩、良好的行車效果。與傳統的剛性橋梁伸縮縫系統相比，具有施工及維護費用低，施工、養護維修周期短等特點，特別適用于小跨徑橋梁伸縮縫的快速維護。

三、無伸縮縫橋架設計中的影響因素

由于無伸縮縫橋梁的縱梁埋入混凝土橋臺，上部結構受到部分的約束，因此設計時要考慮次要荷載的影響。下文歸納總結了次要荷載的影響。

3.1徐變的影響

徐變引起的應變大小取決于上部結構的跨徑、混凝土承受荷載時的齡期、荷載的持續時間、混凝土的質量、周圍的溫度以及混凝土構件的形狀。本文采用隨齡期變化的有效彈性模量法分析徐變對中小跨徑、鋼一混凝土組合梁的無伸縮橋梁的影響。結果表明徐變的存在可以減小橋臺處和墩頂處截面上緣的拉應力，但同時也會增加鋼縱梁下緣的壓應力。因此，在設計中小跨徑、鋼一混凝土組合梁的無伸縮縫橋梁時可以不考慮徐變的影響。

3.2收縮的影響

混凝土橋面板和鋼縱梁收縮的不一致會在結構內部引起自應力。此外，無伸縮縫橋梁的端部受到部分或完全的約束，導致收縮、徐變會在結構內部引起應力。一些學者認為收縮和徐變的作用相反，兩者可相互抵消。但本文分析表明，收縮和徐變的作用不能完全抵消，會有余應力存在，可能導致混凝土裂縫的逐漸開展，而混凝土裂縫的開展又會使得收縮應力得到部分的減小。因此在對無伸縮縫橋梁進行分析和設計時應當考慮收縮對上部結構的影響。

3.3溫度對無伸縮縫橋梁的影響

混凝土由于溫度的膨脹或收縮，會產生徐變。徐變將使得應力不能達到設計時所預計的程度。因此為了使理論更好地反映實際的情況，有的部門設計時考慮把混凝土的溫度彈性模量減小到動力荷載彈性模量的1／3。

由于大多數混凝土結構體積相對較大，使得它們對周圍的溫度變化比較不敏感。至于溫度對無伸縮縫橋梁的影響在定量上的分析還有待于進一步的討論研究。

3.4沉降的影響

下部結構的沉降會在無伸縮縫橋梁的上部結構引起相當大的應力，其影響取決于橋梁的結構特征和幾何特征，如上、下部結構的剛度、沉降量、跨數、跨徑、臺高和支承情況等。通過合理的設計，無伸縮縫橋梁可以不考慮沉降的影響。

3.5土壓力的影響

當上部結構受熱膨脹時，橋臺會擠壓臺后填土引起被動土壓力。臺后土壓力的計算存在著許多不確定性的因素，如被動土壓力的大小及其在縱向和橫向的分布。雖然被動土壓力會在上部結構引起軸力和彎矩，但本文的研究卻表明土壓力的影響可以忽略不計，因此作者建議在分析和設計無伸縮縫橋梁時可以不考慮土壓力的作用。

四、無伸縮縫橋梁設計的特點

無伸縮縫橋梁由于取消支座、伸縮縫，將上部梁體結構與下部結構固結在一起，所以溫度的影響和橋梁伸縮變形的處理是無伸縮縫橋梁設計主要的難點。溫度對無伸縮裝置橋梁的影響可能沒有計算值那么大，但是溫度對鋼橋的影響要比混凝土橋梁大的多，其對無伸縮縫橋梁的影響在定量上分析還有待于進一步研究。無伸縮縫橋梁伸縮變形的處理，主要通過其橋臺、橋墩的柔性變形來適應。特別是整體式橋臺，這是我們關注的重點。具體為：

(1)為減小溫度變形的影響，應限制橋梁的長度，其斜交角不應大干30。。

(2)整體式橋臺適應于路堤，樁接蓋梁式橋臺，使用單排柔性樁，為提供柔性，樁長不應小于6m，對于地質好的山區，要給樁留下足夠的變形空間。對于鋼樁應調整H型弱軸方向，使之與運動方向一致。

(3)橋臺盡量少的深入路堤，在滿足內力的要求下，盡可能降低橋臺高度，利用擋土墻來縮短翼墻的長度，在臺后設置搭板，以減少車輛對臺后填土的積壓，降低被動土壓力。

(4)為了減小臺后填料的沉降同時適應膨脹和收縮，臺后填料應采用透水性較好、松散的回填料，與橋臺同步分層填充并且夯實。

(5)整體橋梁宜采用對稱結構以減小作用于樁柱上的潛在縱向力，并且平衡橋臺上的壓力。

五、結束語

無伸縮縫橋梁具有節省橋梁養護費用、改善行車狀況、減少車輛的沖擊和提高橋梁使用壽命的優點，因此無伸縮縫橋梁有著廣闊的運用前景。但是國內無伸縮縫實橋的設計和建造的例子較少，無伸縮縫橋梁的設計理論研究還滯后于工程實踐，而且影響全橋受力的因素較多，目前還處在發展和探討階段。現有的文獻資料基本上都是對無斜交角的無伸縮縫橋梁進行分析和研究，然而實際工程中有斜交角的橋梁是隨處可見的，這就給無伸縮縫橋的設計、應用和推廣帶來了很多的不便。

參考文獻：

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