一種新型的高樁碼頭伸縮縫結構設計

徐小梅　張敏　陳國良

摘要：本文針對現有伸縮縫構造技術的不足，提出一種控制高樁碼頭分段橫向相對位移的伸縮縫結構。這種新型結構形式構造簡單、施工方便，適應結構變形能力較強，能夠很好地應用于碼頭伸縮縫的設置。

關鍵詞：高樁碼頭；橫向相對位移；伸縮縫

中圖分類號：U655.4 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2016）03-0044-03

為了降低高樁碼頭上部結構遭受溫差時的溫度應力，減小結構的破損，一般將高樁碼頭的上部結構分成若干結構段，結構段與結構段之間設置伸縮縫，使相鄰結構段之間可以產生相對變位，用來釋放溫度應力。目前常用的變形縫一般有兩種形式：懸臂梁板式和簡支梁板式。懸臂梁板式存在跨度小、橫向排架數量多、施工不便的缺點，簡支梁板式存在支座構造復雜、橫向抗側移能力較差的缺點。因此本文提出一種新型的伸縮縫結構型式，可以更好的控制碼頭的相對位移。

1碼頭伸縮縫現狀

為了降低高樁碼頭上部結構遭受溫差時的溫度應力，減小結構的破損，一般將高樁碼頭的上部結構分成若干結構段，結構段與結構段之間設置伸縮縫，使相鄰結構段之間可以產生相對變位，用來釋放溫度應力。

目前常用的變形縫一般有兩種形式：懸臂梁板式和簡支梁板式。懸臂梁板式伸縮縫把結構分段的兩端做成懸臂式結構，為了防止相鄰兩段在懸臂端的水平位移不一致，造成軌道錯牙，變形縫在平面上做成凹凸型。此種變形縫的優點是對不均勻沉降的適應性強；缺點是設變形縫的一跨跨度小，增加了橫向排架的數量，而且懸臂部分一般需采用現澆，施工不便。簡支梁板式是在兩個結構分段之間設置簡支跨，在簡支梁的兩端設置變形縫。這種結構必須采取適當措施以保證簡支梁的梁端能自由滑動和轉動。其優點是結構簡單，施工方便，橫向排架數量少；缺點是簡支結構的支座構造復雜，橫向抗側移能力較差。

盡管懸臂式和簡支式伸縮縫結構均有各自的構造形式及相應的特點，然而，這兩種常規的伸縮縫結構形式都存在一些不可回避的缺陷。在實際應用中，常常出現預留伸縮縫不能滿足結構變形的情況，致使伸縮縫處產生了不同程度的開裂和擠碎，甚至發生門機軌擠彎的情況，影響了碼頭的正常運行。

為了提高碼頭的正常使用壽命，減少日常維護費用，針對現有伸縮縫構造技術的不足，本文提出一種控制高樁碼頭分段橫向相對位移的伸縮縫結構。這種新型結構形式構造簡單、施工方便，適應結構變形能力較強，能夠很好地應用于碼頭伸縮縫的設置。

2新型伸縮縫設計與構造

本文提出的新型結構伸縮縫結構方案綜合了常規的簡支式與懸臂式伸縮縫的構造特點，直接將縱梁擱置在下橫梁的預留U形槽內，阻止了縱梁過大的側向位移，提高其抗側移能力，通過一些構造措施保證縱梁穩定可靠及自由伸縮，消除了簡支式伸縮縫抗側移能力差的缺點。同時，設置伸縮縫的跨度與其余跨度一致，碼頭縱向布置更加均勻，從而避免了懸臂式伸縮縫懸臂跨度小、排架數量多的缺陷。

這種新型高樁碼頭分段的伸縮縫主要由倒T型橫梁、縱梁、面板、密封帶以及彈塑性填充層組成，整個結構相對倒T型橫梁中心線對稱設置。其中，倒T型橫梁包括下橫梁和上橫梁，面板包括預制面板和現澆面板兩層。新型伸縮縫的構造示意圖見圖1-1所示。

在此構造中，下橫梁采用預制構件，上橫梁為現澆構件。為了保證橫梁的受力要求，并能夠較好地約束縱梁的橫向位移，在倒T型梁下橫梁上的縱梁擱置處設置u型槽，且伸縮縫處下橫梁凈高度（即U型槽底面至T型梁底面的距離）與其余跨下橫梁的截面高度相同。換句話說，在縱梁擱置處兩側設置類似于牛腿的堵頭，或是在縱梁擱置處外沿下橫梁長度均設置等高的混凝土堵頭，前者稱之為間斷式堵頭（圖2-2（a）），后者成為連續型堵頭（圖2-2（b）），堵頭高度即為u型槽深度。同時，為了保證縱梁的溫度膨脹變形，需要在縱橫梁之間留有一定間距，故此處下橫梁的寬度應比其余跨的下橫梁寬，其具體寬度要根據預留縫隙的值、縱梁的擱置寬度以及縱梁的溫度變形值確定。此處的連接構造見圖2-3所示。

2.1U型槽堵頭設計

U型槽堵頭采用圖5-2（a）所示的間斷式時，其設計方法類似牛腿設計。牛腿按承受的豎向荷載合力作用點至牛腿根部柱邊緣水平距離a的不同分為兩類：a>h₀時為長牛腿，按懸臂梁進行設計：a≤h₀時為短牛腿，按一變截面懸臂深梁設計。此處，h₀為牛腿根部的有效高度。

U型槽堵頭采用圖5-2（b）所示的連續型堵頭時，需要保證堵頭受側向力時的局部受壓能力。若滿足局部受壓要求，則不需配置間接；若不滿足，則要配置鋼筋網片或螺旋箍等間接鋼筋，并進行驗算。

2.2T型橫梁的設計

T型橫梁作為重要的受力構件，不僅要承受橫向水平力，而且承受縱梁以及面板傳來的豎向力。T型橫梁一般通過彈性支撐梁法進行計算，在此簡化體系中，下部基樁被視為上部橫梁的彈性支撐。依據這種方法將橫梁所受的彎矩、剪力等內力確定后，通過T型混凝土梁的正截面受彎和斜截面受剪進行配筋設計。

2.3縱橫梁支座選型

前文提出的新型伸縮縫結構形式是針對倒T型橫梁形式，但是這一設計思路同樣適用于矩形和花籃形橫梁形式，只是將u型槽設置在樁帽上，其余均相同。

為了保證變形縫處縱梁能夠自由伸縮變形，必須合理設置支座。參照當前橋梁工程中應用的支座類型，可以選擇一些適用于碼頭上部結構縱橫梁的支座形式。當前，橋梁工程中的支座類型有以下幾種：①鋼支座；②混凝土支座（混凝土鉸支座）。③鉛支座，由硬鉛構成傳力部分的支座形式。④聚四氟乙烯支座（滑動支座）。⑤橡膠支座。對于本章新型伸縮縫體系中縱橫梁之間的支座類型。這幾種支座類型均能有所應用。對于處于腐蝕嚴重的海洋港工環境下的碼頭結構，耐久性能好是選擇支座的必須條件，同時構造要力求簡單。因此，采用上述的四氟乙烯滑板支座和橡膠支座均有很大的優勢。支座可根據《公路混凝土結構設計規范》進行詳細設計和計算。

2.4U型槽構造

在此伸縮縫連接構造中，U型槽是一個關鍵部位，其可靠性與耐久性關系到整個結構的正常使用及安全。U型槽的長度取為上橫梁邊緣至同側下橫梁邊緣的距離，寬度略寬于縱梁寬度，深度則需能夠約束縱梁的側向位移，有足夠的側向剛度，一般需高出縱梁支座取20-30 cm左右。

縱梁或面板側向受到較大的水平力時，縱梁則會產生一定的側移，縱梁側面將與橫梁接觸而受到縱梁傳來的水平力，那么在U型槽側面和縱梁側面預埋等高的鋼板則會保證兩者接觸時混凝土不受損傷，提高其耐久性。也就是說，在u型槽側邊和縱梁側面與U型槽接觸部位均預埋鋼板保護混凝土不受損傷，也可采用型鋼代替鋼板，如槽鋼或是角鋼等，但要保證預埋件在這些部位均連續布置。

2.5頂部密封帶構造

如圖5-1所示，在上橫梁頂部封蓋密封帶，防止水分和外部侵蝕物質滲入預留的縫隙中，起到一定防護作用。密封帶可以選擇橡膠帶或其它具有良好變形性能的材料，其外部形式采用實心凹型，凹進尺寸與上橫梁一致，便于很好地固定在上橫梁頂部而不易移位。通過利用橡膠良好的壓縮及回彈性能，有效提高結構適應變形的能力。

密封帶應在縱橫梁及預制面板布置完成后沿上橫梁全長鋪裝。首先將與密封帶接觸的混凝土部分清除干凈，上橫梁表面整平，保證表面整潔無污，而后將密封帶的兩側凹形堵頭嵌入上橫梁與縱梁間的縫隙內，并保證橡膠帶與面板、上橫梁緊密連接。密封橡膠帶的頂面厚度以能夠連接兩端凹形堵頭為宜，不宜太厚，防止造成面層下沉。

2.6彈塑性層的選型與實施

為了確保路面平整無縫隙，在行車時不致產生沖擊、振動等，有良好的舒適性，本新型伸縮縫結構采用無縫連接伸縮縫構造。如圖5-1所示，在密封帶頂部鋪裝一層具有良好變形能力和承載能力的彈塑性體，能夠很好地適應溫度膨脹變形，并能承受碼頭面上過往車輛的輪壓。

伸縮縫的無縫連接應具備幾項基本性能：

2.6.1防止縫料外溢

在氣溫較高時混凝土板會產生膨脹變形，若填縫材料本身壓縮性能和熱穩定性差，則會發生流淌并從連接縫中溢出，同時在車輪的碾壓下，外溢出的填縫料壓粘在縫的兩側，影響碼頭表面的平整和面容；

2.6.2防止雜質嵌入

若所采用的填縫料抗嵌入能力差，則雜質容易嵌入縫內，從而會導致接縫脹縮性能減弱甚至喪失，使板面產生拱脹和斷裂。

對于水泥路面，分割縫的填縫材料經歷了最初的焦油，瀝青，PVC膠泥，預制膠條，改性瀝青，氯丁橡膠，焦油聚氨酯，聚氨酯，改性聚氨酯，有機硅，聚硫橡膠以及許多性質優良的高分子材料等。但對于伸縮縫，其寬度比水泥路面的分割縫寬，因此有必要在一些彈塑性體中添加一些能夠承受外部荷載的骨料，如石子等?；诖?，本伸縮縫選擇近年來開發應用的TST碎石彈塑性體作為填縫材料。TST碎石彈塑性體是指將特制的彈塑性復合材料TST加熱熔融后，灌人經過清洗加熱的碎石中，即形成了TST碎石彈性伸縮縫。

3新型伸縮縫結構優勢及應用前景

采用這種新型伸縮縫構造形式能夠很好地適應各種工況，與傳統的分縫形式相比具有明顯的優勢，從而使伸縮縫施工簡便、性能可靠，很好地滿足變形及設計要求。

與簡支梁板式結構相比，這種橡膠式伸縮縫結構相對于橫梁中心對稱設置，不再需要為設置伸縮縫而減小跨度，相應地減少了橫向排架的數量，縮短工期，節約成本。其次，本伸縮縫將縱梁下端擱置于下橫梁u型槽內，可以阻止碼頭水平方向的位移不一致，并提高其抗側移剛度。與傳統的凹凸縫結構形式相比，解決了傳統凹凸縫伸縮縫制作、安裝困難的問題，具有結構簡單，施工方便，不易損壞等良好性能。

此類新型伸縮縫結構中的縱橫梁支座傳力可靠，有利于結構自由伸縮。在橫梁頂部全長設置橡膠密封帶，大大增強了結構承受變形的能力。此外，在橡膠帶上填充TST碎石彈塑性體，與前后碼頭面鋪裝形成連續體，形成平整無縫的碼頭路面，行車時不致產生沖擊、振動等，舒適洼較好。TST碎石彈塑性填充層具有良好的防水性能，能夠有效防止縱橫梁支座受到雨水浸泡或侵蝕而影響其使用壽命。TST彈塑性體良好的變形性能能夠很好地適應各個方向的變形，不致出現裂縫等影響結構耐久性的缺陷，延長結構的使用壽命，減少維護費用。

4小結

本文提出了新型伸縮縫構造形式，融合了簡支式和懸臂式兩種伸縮縫結構的優點，又避免了它們各自的缺點。這種構造形式不但結構簡單，施工方便，而且承受變形能力非常強，不易損壞，可以普遍應用于高樁碼頭伸縮縫設計。