新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置試驗(yàn)研究

甘 露

[上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究總院（集團(tuán)）有限公司，上海市200125]

0 引 言

橋梁伸縮裝置是公路及城市橋梁的重要組成部分，主要用于適應(yīng)橋梁的溫度伸縮、混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的收縮和徐變以及橋梁上部結(jié)構(gòu)在荷載作用下所引起的橋梁伸縮位移，從而保證車輛通行的安全性和舒適性。

目前國內(nèi)橋梁伸縮裝置主要有模數(shù)型、異型鋼單縫型、梳齒板型、板式橡膠型等幾種類型，都有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足之處[1-4]。總體來講，在公路、城市高架橋梁中，各類伸縮裝置的降噪功能和效果或多或少有所欠缺，因此，有必要研發(fā)一種性能優(yōu)良的降噪減振伸縮裝置以減少橋梁噪聲對(duì)環(huán)境的污染。

隨著我國公路、城市高架道路建設(shè)的發(fā)展，國家對(duì)防治交通干線環(huán)境噪聲污染、降低橋梁伸縮裝置噪聲也愈加重視，大力倡導(dǎo)綠色交通。在此背景下，研發(fā)了一種新型、安全有效的橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置應(yīng)用于公路、城市高架橋梁。伸縮裝置在上海嘉閔高架、上海中環(huán)線浦東段高架道路等工程建設(shè)中均有應(yīng)用，使用期間伸縮裝置功能正常，具有明顯的降噪作用，且并未發(fā)現(xiàn)任何質(zhì)量問題。

橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置的研究成果經(jīng)由中國公路學(xué)會(huì)組織專家委員會(huì)進(jìn)行科技成果鑒定，并由上海市建科委建設(shè)科技推廣中心組織專家委員會(huì)進(jìn)行新產(chǎn)品的評(píng)估鑒定，均認(rèn)為該成果總體達(dá)到國際先進(jìn)水平。并且根據(jù)研發(fā)成果編制的標(biāo)準(zhǔn)《公路橋梁板式橡膠伸縮裝置》（JT/T1269—2019）已經(jīng)于2019年9月1日頒布實(shí)施。

1 伸縮裝置創(chuàng)新設(shè)計(jì)

（1）裝置由有多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段和非標(biāo)準(zhǔn)節(jié)段組成，整體伸縮量分為80/120/160/200（mm）四個(gè)種類；

（2）伸縮裝置采用邊鋼梁與支承抗拉鋼板相結(jié)合，橡膠伸縮體與邊鋼梁熱硫化形成本體，不用螺栓與鋼構(gòu)件固定，避免伸縮裝置松動(dòng)脫落，保障行車安全可靠（見圖1）；

（3）橡膠伸縮體表面采用波形伸縮槽，其表面覆蓋輪胎花紋的高強(qiáng)度橡膠耐磨層，從而提高耐久性，汽車輪胎著地面積始終與波形伸縮槽沿口呈斜交接觸，不僅能充分降低輪胎沖擊伸縮槽時(shí)產(chǎn)生的噪聲，而且在伸縮量最大時(shí)也能保持伸縮槽變位均勻和伸縮裝置平整（見圖2、圖3）；

（4）在伸縮體支承鋼板下設(shè)置高阻尼減振橡膠支座，增加了結(jié)構(gòu)阻尼和吸能效果，有效吸收車輛輪胎的沖擊動(dòng)能，使梁端振動(dòng)大幅減小，同時(shí)減小了輪胎沖擊伸縮裝置產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲。

圖2 新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置結(jié)構(gòu)效果圖

圖3 新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意圖（單位：mm）

2 主要技術(shù)指標(biāo)與性能

新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置性能主要技術(shù)指標(biāo)符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)Q31/0108000058C001-2016《橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置》的要求，主要技術(shù)性能（見表1）包括：

表1 新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置主要技術(shù)指標(biāo)

（1）伸縮裝置具有自由伸縮功能，整體伸縮量分為80/120/160/200（mm）；

（2）滿足橋梁梁端的多向變位能力，縱、橫向位移相等，豎向轉(zhuǎn)動(dòng)大于0.03rad；

（3）車輛通行時(shí)，能夠充分降低伸縮槽和輪胎接觸而產(chǎn)生的沖擊噪聲和摩擦噪聲，實(shí)現(xiàn)降低噪聲值6～8dB，且延長伸縮裝置使用壽命；

（4）車輛通過時(shí)，車輛等荷載由減振支座傳遞，具有吸能效果，使梁端振動(dòng)大幅減小，同時(shí)減小了輪胎沖擊伸縮裝置產(chǎn)生的振動(dòng)噪聲；

（5）防水性能優(yōu)越，安裝后不滲漏水；

（6）橡膠伸縮體與錨固鋼板不采用螺栓連接，使用過程中不會(huì)產(chǎn)生松動(dòng)現(xiàn)象，保證行車安全。

3 試驗(yàn)研究

對(duì)新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置進(jìn)行了大量的試驗(yàn)測試，測試結(jié)果顯示，伸縮裝置各項(xiàng)性能良好，滿足要求。

3.1 伸縮裝置常規(guī)整體性能檢測

根據(jù)Q31/0108000058C001-2016《橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置》企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，委托交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究所公路工程檢測中心對(duì)橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置的外觀質(zhì)量、尺寸偏差、橫向錯(cuò)位、豎向錯(cuò)位、縱向錯(cuò)位、拉伸壓縮時(shí)最大水平摩阻力、拉伸壓縮時(shí)變位均勻性等進(jìn)行檢測（見表2），各項(xiàng)性能均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.2 伸縮裝置伸縮體橡膠性能測試

伸縮裝置伸縮體采用氯丁橡膠，橡膠材料性能委托上海橡膠制品研究所進(jìn)行試驗(yàn)測試（見表3）。測試數(shù)據(jù)顯示，橡膠體硬度、拉伸強(qiáng)度、伸長率等性能均符合要求。

表2 伸縮裝置外觀質(zhì)量、尺寸偏差、拉伸、壓縮時(shí)變位均勻性等性能檢測結(jié)果

表3 伸縮體膠料性能試驗(yàn)測試結(jié)果

3.3 伸縮裝置表面高強(qiáng)度耐磨層橡膠材料性能測試

伸縮裝置表面選用高耐磨性橡膠，以提高伸縮裝置的耐久性。委托上海橡膠制品研究所檢測中心對(duì)其表面高強(qiáng)度耐磨層橡膠材料進(jìn)行性能試驗(yàn)（見表4）。試驗(yàn)結(jié)果滿足要求。

3.4 伸縮裝置高阻尼橡膠支座性能測試

在伸縮裝置伸縮體支承鋼板下設(shè)置的高阻尼減振橡膠支座具有增加結(jié)構(gòu)阻尼、吸收能量、降低梁端振動(dòng)和噪聲的作用。委托上海橡膠制品研究所檢測中心和同濟(jì)大學(xué)土木工程實(shí)驗(yàn)室分別對(duì)高阻尼橡膠支座材料性能及力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)檢測（見表5）。檢測結(jié)果為：高阻尼橡膠支座支承體的膠料性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且在橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置中發(fā)揮增加結(jié)構(gòu)阻尼和吸能效果，起到減少梁端振動(dòng)和降低噪聲的作用[5]。

表4 伸縮體表面高強(qiáng)度耐磨層膠料性能檢測結(jié)果

表5 高阻尼減振橡膠支座膠料檢測結(jié)果

3.5 伸縮裝置降噪性能檢測

委托上海環(huán)境監(jiān)測中心在橋梁降噪減振橡膠伸縮裝置應(yīng)用現(xiàn)場，檢測車輛經(jīng)過該伸縮裝置處的噪聲值（見圖4）。并且與無伸縮裝置的瀝青路面和有齒板伸縮裝置位置進(jìn)行噪聲對(duì)比（見表6）。測試結(jié)果顯示橡膠伸縮裝置處噪聲接近瀝青路面，比的齒板伸縮縫降低噪聲值約8dB，達(dá)到研發(fā)目標(biāo)。

3.6 伸縮裝置減振性能檢測

圖4 新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置噪音檢測現(xiàn)場照片

表6 新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置噪音檢測數(shù)據(jù)表

委托W&T土木與環(huán)境顧問公司對(duì)傳統(tǒng)的鋼伸縮與新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置進(jìn)行了振動(dòng)測試（見圖5）。測試結(jié)果顯示“板式橡膠伸縮裝置”振幅低于“鋼伸縮縫”，減振效果明顯。

4 結(jié) 論

通過對(duì)新型橋梁板式橡膠降噪減振伸縮裝置的試驗(yàn)測試，表明：

（1）伸縮裝置伸縮橡膠體及高性能耐磨層橡膠性能滿足要求；

（2）伸縮裝置所采用的高阻尼橡膠支座支承體的膠料性能符合企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)要求，并且具有增加結(jié)構(gòu)阻尼、吸收能量及減少梁端振動(dòng)和降低噪聲的作用；

圖5 伸縮裝置減振性能測試結(jié)果

（3）伸縮裝置的外觀質(zhì)量、尺寸偏差、橫向錯(cuò)位、豎向錯(cuò)位、縱向錯(cuò)位、拉伸壓縮時(shí)最大水平摩阻力、拉伸壓縮時(shí)變位均勻性等各項(xiàng)性能符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求；

（4）伸縮裝置降噪、減振效果明顯。產(chǎn)生噪音情況與常規(guī)瀝青路面相近，比常規(guī)齒板伸縮裝置低8dB。減振效果與型鋼伸縮裝置相比有大幅提升。