公路橋梁梳齒板伸縮縫應(yīng)用分析及優(yōu)化設(shè)計

楊素霞，姜京偉

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

隨著我國公路橋梁建設(shè)的發(fā)展，各種類型的橋梁伸縮裝置大量涌現(xiàn)，但應(yīng)用最廣泛的是模數(shù)式伸縮裝置和梳齒板式伸縮裝置。其中，梳齒板式伸縮裝置是在傳統(tǒng)鋸齒形伸縮縫的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)發(fā)展而來的，為模塊式結(jié)構(gòu)[1]，由若干組標(biāo)準(zhǔn)模塊與附件組成。標(biāo)準(zhǔn)模塊主要由活動梳齒板（跨縫板）、固定梳齒板和多向變位鉸組成，模塊之間相互獨立。附件包括不銹鋼滑板、橡膠止水帶、錨固螺栓等組成部分。活動梳齒板采用跨越式，用連接錨栓在橋梁一端與橋面連接；固定齒板錨固在另一端的橋面上，底部用不銹鋼板形成滑移面，活動齒板與固定齒板形成陰陽梳齒，滿足橋梁的承載和伸縮需要。梳齒板伸縮裝置憑借其特有的安裝深度淺、表面平整性好、行車舒適等優(yōu)點，在國內(nèi)公路橋梁上的應(yīng)用越來越廣。然而在長期的實踐應(yīng)用中，梳齒板式伸縮裝置普遍出現(xiàn)了斷齒、鋼板脫落、錨固螺栓斷裂等病害，分析其病害產(chǎn)生的原因，從而改進(jìn)我們的產(chǎn)品，減少或杜絕重復(fù)維修、更換伸縮裝置，對于降低梳齒板服役成本，提高其使用壽命，使其更好地為我們服務(wù)變得尤為急切和重要。

1 梳齒板式伸縮裝置常用類型

對各類梳齒板式伸縮裝置的調(diào)查結(jié)果顯示，目前國內(nèi)的多向變位梳齒板式伸縮裝置根據(jù)其變位單元的差異，應(yīng)用較廣的主要有轉(zhuǎn)軸式（圖1[2]）和支座式（圖2）兩大類。

1.1 轉(zhuǎn)軸式多向變位梳齒板伸縮裝置

轉(zhuǎn)軸式多向變位梳齒板伸縮裝置（圖1）是目前公路橋梁上應(yīng)用比較廣的一種梳齒板伸縮縫，其多向變位鉸由變位塊、轉(zhuǎn)動變位鉸（鋼制轉(zhuǎn)軸）、轉(zhuǎn)動控制座及支撐托架組成。當(dāng)梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動或車輪碾壓高頻振動時，轉(zhuǎn)動變位鉸配合變位塊以轉(zhuǎn)軸為中心在轉(zhuǎn)軸間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動，使裝置緊貼梁端滿足橋梁轉(zhuǎn)動的需求。

圖1 轉(zhuǎn)軸式多向變位梳齒板伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 支座式多向變位梳齒板伸縮裝置

支座式多向變位梳齒板伸縮縫（圖2）是另一種應(yīng)用較為廣泛的梳齒板伸縮縫，其多向變位鉸由上、下兩個U型螺栓構(gòu)件、碗型支座、型鋼箱體及箱內(nèi)設(shè)置的橡膠件組成。上U型螺栓構(gòu)件錨固在活動板上，下U型螺栓構(gòu)件與上U型構(gòu)件環(huán)扣后錨固在型鋼箱上，箱體與預(yù)埋筋焊接相連。在型鋼箱內(nèi)設(shè)置橡膠件，起到緩沖減震和穩(wěn)固支座的作用。當(dāng)梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動角時，縫體通過嵌在橡膠件內(nèi)的碗型支座來適應(yīng)梁體的轉(zhuǎn)動變化。

圖2 支座式多向變位梳齒板伸縮縫

2 多向變位梳齒板式伸縮裝置的病害與原因分析

如前所述，多向變位梳齒板式伸縮裝置因其行車舒適、安裝深度淺、表面平整性好等優(yōu)點，短時間內(nèi)在國內(nèi)橋梁中得到了較大程度的推廣應(yīng)用，尤其是浙江省，梳齒板式伸縮裝置在各類型伸縮裝置中所占份額極大[3]。然而，大量應(yīng)用的背后也衍生出了一系列的問題：

a）螺栓松動、螺帽缺失。圖3為某梳齒板伸縮縫螺栓松動、螺帽缺失現(xiàn)場圖，從圖中可清楚看出，該段活動板多向變位裝置上的錨固螺栓已損壞，螺帽已丟失。

圖3 梳齒板伸縮裝置 螺栓損壞

圖4 梳齒板伸縮裝置板體脫落

b）鋼板脫落。螺栓松動后，錨固失效，若不及時進(jìn)行維修，在往來車輛的反復(fù)沖擊作用下，很快就會導(dǎo)致鋼板脫落（圖4）。而鋼板的脫落往往是在車輛通過縫體時，突然彈出，給行車安全帶來極大的威脅。據(jù)報道，杭州某大橋梳齒板伸縮縫由于螺栓松動，鋼板反彈，導(dǎo)致一輛行駛中的小車墜入江中；安徽省也報道過諸如鋼板反彈導(dǎo)致車輛翻車的事件，更嚴(yán)重的會造成車輛油箱破裂，引發(fā)火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難。

多向變位梳齒板伸縮縫在應(yīng)用的早期除了會出現(xiàn)以上所述的集中典型病害以外，還會出現(xiàn)諸如螺栓斷裂、混凝土破碎、梳齒擠死或斷裂等現(xiàn)象[4]。究其根本原因，除設(shè)計時對縫體多向伸縮量計算不科學(xué)（導(dǎo)致梳齒擠死），安裝時錨固螺栓安裝不規(guī)范、混凝土表面平整度不達(dá)標(biāo)以外，很重要的一個原因是當(dāng)前多向變位梳齒板伸縮縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計存在弊端。眾所周知，由于梳齒板伸縮縫為淺埋設(shè)設(shè)置，所以混凝土的澆筑無法讓縫體與梁體很好地連接，活動板與縫體的連接緊靠螺栓連接。這種連接方式對于周而復(fù)始受溫度變化和車輛沖擊作用的鋼板來說連接力本身就很弱，加之梳齒板縫錨固螺栓是現(xiàn)場焊接或人工種植，如果施工工藝控制不嚴(yán)，極易造成螺桿的垂直度不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致鋼板的錨固不堅實。活動板約束力不足，在荷載的反復(fù)作用下，螺栓發(fā)生疲勞損壞，梳齒疲勞斷裂，最終導(dǎo)致鋼板松動彈出缺失。

3 增強(qiáng)型梳齒板伸縮裝置

多向變位梳齒板伸縮裝置過早地出現(xiàn)病害給人們的出行安全帶來了極大的危害，而各種病害的處理和縫體的維修并不像預(yù)料的那么簡單易操作，給各大養(yǎng)護(hù)單位和業(yè)主單位帶來了極大的困擾。浙江省、安徽省、山西省等多個省市不得不將病害梳齒板縫進(jìn)行改型處理，將整座橋的梳齒板縫更換為技術(shù)成熟的模數(shù)縫，造成了極大的經(jīng)濟(jì)浪費，也給梳齒板縫的市場推廣應(yīng)用造成了極大的負(fù)面影響。所以，能否從根本上改變當(dāng)前梳齒板伸縮裝置的結(jié)構(gòu)缺陷對于梳齒板伸縮縫的長久發(fā)展至關(guān)重要，對于伸縮縫的研發(fā)和生產(chǎn)廠家能否贏得更高的市場份額，提高市場競爭力變得尤為急切。

針對當(dāng)前梳齒板伸縮縫約束不足，與橋梁連接薄弱這個致命缺陷上出發(fā)，對其進(jìn)行改進(jìn)，研究設(shè)計出一種活動齒端壓緊板式伸縮裝置（圖5）。

圖5 活動齒端壓緊板式伸縮裝置

活動齒端壓緊板式伸縮裝置，顧名思義，是在活動齒板上設(shè)置了壓緊裝置，該裝置可以對活動板產(chǎn)生一定的約束力，防止伸縮裝置在反復(fù)荷載作用下發(fā)生螺栓松動，縫體失效的現(xiàn)象，期望有效提高梳齒板伸縮裝置的使用壽命。

該形式的伸縮裝置延續(xù)了多向變位梳齒板伸縮裝置淺埋設(shè)、行車舒適、多向變位等優(yōu)點，采用單元式結(jié)構(gòu)，如圖5所示，每個單元主要由活動齒板、固定齒板、齒端壓緊位移箱及錨固件組成。為防止螺栓松動，在齒板下方螺栓上設(shè)置隔震橡膠板起到隔震及防止螺栓松動的作用。為達(dá)到約束活動板的目的在活動齒板下方設(shè)置壓緊位移箱，通過壓緊滑動塊、壓緊螺栓將活動齒板壓緊在滑動面上，壓緊滑動塊上部為四氟板，與壓緊位移箱頂面的不銹鋼面形成滑移面。活動齒板在移動過程中，通過壓緊螺栓帶動壓緊滑動塊在壓緊位移箱內(nèi)滑動，壓緊螺栓于壓緊滑動塊之間形成的壓緊力確保活動齒板始終與不銹鋼板壓緊。在活動齒板后方設(shè)置橡膠密封條，在預(yù)緊力的作用下，膠條始終與活動齒板緊密結(jié)合，起到密封道路雨水通過伸縮裝置落入橋梁梁端下方。

4 結(jié)論

本文對多向變位梳齒板式伸縮裝置的常用結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行介紹，指出梳齒板式伸縮裝置常見的早期病害主要是錨固螺栓松動失效，進(jìn)而導(dǎo)致板塊缺失，或是齒板斷裂。而各種病害發(fā)生的根本原因在于梳齒板伸縮縫的縫體錨固螺栓強(qiáng)度不足，活動齒板的約束不足，在反復(fù)的荷載作用下最終破壞失效。為從根本上解決病害問題，延長梳齒板式伸縮裝置的使用壽命，本文提出了活動齒端壓緊板式的結(jié)構(gòu)形式，在螺栓處設(shè)置橡膠墊塊，在減震的同時可避免或減少螺栓的松動；在活動齒板上設(shè)置壓緊位移箱，對板體施加壓緊力，增加對活動齒板的約束力，防止其出現(xiàn)疲勞破壞。這種活動齒端壓緊板式的伸縮裝置從病害問題的源頭出發(fā)，對梳齒板式伸縮縫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，有望提高梳齒板伸縮裝置的服役壽命，更好地保障公路橋梁的行車安全。