RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置應用研究

張寧寧，申鐵軍

(山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000)

1 傳統橋梁模數式伸縮裝置的局限性

橋梁伸縮裝置作為橋梁結構中行車安全性能的主要結構件越來越引起橋梁建設者的重視。傳統伸縮裝置主要是梳齒板裝置與模數式裝置。國內使用的梳齒板裝有兩類:一類為懸臂式梳齒板裝置，由于其結構設計缺陷，沒有被廣泛應用；另一類為普通三防簡支式梳齒板裝置，該類裝置由于不具備三維變位功能，損壞嚴重，已逐步被淘汰使用(行業標準JT/T327-2004明確梳齒板裝置一般適用于伸縮量不大于300 mm的橋梁工程)。橋梁模數式伸縮裝置開始應用并沿用至今，安裝方便等優點被廣泛應用。但近年來，橋梁模數式伸縮裝置的局限性逐漸顯現出來，特別是其微小的橫向、豎向、扭轉變位以及深埋等性能缺陷，已嚴重不適應橋梁的長大化、多樣化需求。

1.1 水平轉角性能分析

橋梁模數式伸縮裝置是橫橋向通長排列，當梁體在風力作用下梁端產生扭轉變位和水平轉角時，中梁鋼在擠壓狀態及扇形變位下會發生塑性形變。如江蘇省某大橋現場，據江蘇省橋梁管理局提供的檢測報告顯示，當水平轉角尚未達到0.01弧度時，梁端的最大位移量已經達到417 mm，伸縮裝置被拉壓后產生塑性形變后無法恢復，結果是最終使用不到4年被整體更換。

1.2 豎向轉角性能分析

當梁端發生豎向轉角時，橋梁模數式伸縮裝置橫梁與中梁間產生夾角，支承梁與滑動支座間的運動阻力劇增，伸縮裝置滑移受阻，根據相關單位檢測，江蘇省某大橋由于車載等原因，24 h內造成伸縮裝置來回伸縮累計滑移達120 m，連接件斷裂，支座脫落。同時，支座的脫落導致中梁下陷，伸縮裝置表面變得凹凸不平，汽車行駛通過時跳車嚴重，沖擊荷載(動載)劇增，結果導致梁鋼斷損上翹，事故頻發，成為危橋。

1.3 結構受力性能分析

橋梁模數式伸縮裝置的中梁鋼、上表層邊橫橋向通長排列，梁鋼間有不可避免的伸縮間隙，汽車車輪通過時沖擊力較大，鋼梁易斷裂。伸縮裝置下部的支撐橫梁順橋向1.0～1.2 m間隔排列，橫梁起到支撐著中梁鋼的作用，當中梁鋼斷裂后，易造成端部起翹，導致交通事故的頻頻發生。

1.4 防滑、防水、防噪音、防病害性能分析

模數式伸縮裝置的伸縮橡膠止水帶，其位置嵌置于兩側異型鋼槽內，直接暴露在外面，外露的橡膠止水條受到惡劣環重的侵害，縫內垃圾積壓，伸縮受阻，易產生積水結冰現象，在低溫多雨的山區有極其嚴重的交通安全隱患。

1.5 運營成本、社會效益分析

相對而言，橋梁模數式伸縮裝置的維修、更換成本較高。橋梁模數式伸縮裝置的中、邊梁鋼橫橋向通長(全幅橋的寬度)支撐與排列橫梁組成一個整體，如果出現局部損壞，在車載振動沖擊作用下會嚴重影響整體受力，這種伸縮裝置是無法局部更換的，一旦損壞，須更換整個伸縮裝置。另一方面，其更換或維修時橋梁須全幅封閉，中斷交通，尤其對于車流量較大的道路，帶來極大的交通壓力。

2 RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置關鍵技術分析

若采用傳統橋梁模數式伸縮裝置，由于模數式裝置深埋在兩個梁體之間，橋梁兩聯間的梁體端部間距正常為伸縮量的2.0倍，大位移量伸縮裝置則由若干片中梁組合而成，每一道中梁均支承在橫梁上，常規每根中梁鋼的寬度均大于80 mm，即使全收縮在一起，也會有不小于伸縮量的寬度。

(1)當中等地震作用下，鋼梁相互擠壓，影響結構的響應和傳力路徑。

(2)在大地震作用下，裝置直接與橋梁板成剛性碰撞從而加重橋梁災難。

采用RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置，在6級以下烈度地震作用下，不影響結構的傳力路徑與響應；在6級及以上烈度地震下，橋梁的上部順橋向才發生位移，在梳齒根部槽口處和斷面進行圓弧過渡設計，防落擋塊置于兩梁之間，能起到減振、限位、消能的作用，同時，在梳齒板的底部梁端伸縮縫間增加吸聲結構，可以吸收汽車輪胎駛過產生的聲音，有效控制噪音向兩側的擴散與放大，從而減少噪音對周邊居民的影響。總之，可縮小梁端間距、降低安裝深度、減振吸音、防滑防水尤其可提高抗震性能。

3 工程實例

重慶黃花園大橋于1999年底建成通車，為橫跨渝中區和江北區的交通樞紐，橋梁伸縮裝置采用的是美國某廠商橋梁模數式伸縮裝置，使用不到2年，伸縮裝置陸續損壞，2004年伸縮裝置因損壞無法維修需要全部更換。大橋管理部門先后在德國和瑞士等行業巨頭中比選，后由瑞士某廠商對直線橋上的兩條伸縮裝置進行更換，而對另一條同樣560 mm伸縮量損壞更嚴重的D匝道處伸縮縫卻束手無策。D匝道伸縮縫位于匝道與主橋相接處，匝道為懸臂結構梁橋，公交車通過時梁端(伸縮縫一側)就會下沉幾公分，這就要求伸縮裝置必須具有良好的抗豎向轉動功能。這正是模數式產品的軟肋。據管理部門介紹，國內外行業廠商幾乎全部到現場考察過，均無法提供相應的技術方案。由于長時間損壞無法得到有效修繕，只能臨時用鋼板鋪蓋，存在較大交通安全隱患。同時伸縮裝置底下就是輕軌交通，給維修施工提出了更高的要求。2005年，針對性地進行了方案設計，產品制作安裝后大橋D匝道恢復了正常的交通功能，15年來一直未出現維修情況。

4 結 語

近10年以來，特大位移量RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置已在近百座特大型橋梁上成功應用，至今實現產品及部件“零”更換。應用工程中僅出現極少數產品因過渡混凝土局部破損或螺栓松動原因造成維修養護，更換率不足萬分之一。