一種改進型單元式多向變位梳齒板橋梁伸縮裝置的設計思路

摘"要：單元式多向變位梳齒板橋梁伸縮裝置，因具有卓越的多向變位能力，被廣泛應用在大跨徑橋梁伸縮縫中。然而，該類型伸縮裝置在后期使用中，逐漸暴露出難以更換易損件和養護效率低等問題。本文從解決上述問題的角度出發，探索對關鍵部位進行改進的可能，進而提出一種改進型裝置的思路，希望可以為該類型伸縮裝置的改進拋磚引玉。

關鍵詞：梳齒板橋梁；伸縮裝置；多向變位文章編號：2095-4085（2024）07-0076-03

0"引言

《公路橋梁伸縮裝置通用技術條件》中定義：“伸縮縫，為適應橋梁結構變形的需要，在上部結構中設置的間隙。橋梁伸縮裝置，為使車輛平穩通過橋面并符合橋梁上部結構變形的需要，在伸縮縫處設置的各種裝置的總稱［1］?！?/p>

由于混凝土結構各個方向的長度上均會隨著溫度的變化而變化，即所謂的熱脹冷縮。根據《混凝土結構設計規范》中對混凝土熱工參數的規定，以跨徑（100+120+100）m的三跨混凝土連續梁在-10～+40℃的溫差下為例，在縱向上由溫差引起的伸縮值可達16cm。同時，在橫向和豎向上也存在由溫差引起的混凝土伸縮，這就要求伸縮裝置必須在多個方向上都具備位移能力［2］。

對于大跨徑橋梁，車輛荷載集中于梁體結構跨中時，跨中截面會產生一定程度的下撓，而支座截面則會產生一個相對于橋臺的上翹，也就是說梁體支座截面對應的伸縮裝置，相對于橋臺會產生一個豎向的扭轉。另外，處于沿?；蚋呱綅{谷地區的橋梁，水平風荷載往往會引起橋梁在橫向也產生相對于橋臺的扭

轉，這就要求伸縮裝置必須在多個方向上都具備變形能力。

1"多向變位系統

單元式多向變位梳形板橋梁伸縮裝置通過簡單的構造，很好地滿足了上述要求。2008年交通運輸部以行業推薦標準的形式將此類伸縮裝置進行推廣，使得如今新建或已建成的大跨徑橋梁基本都是采用的該類型的伸縮裝置。

其中，核心結構為多向變位系統。其制作過程大致可分為5步：（1）在工廠制作圓柱形橡膠體，并在軸線預留螺栓孔。（2）準備螺栓，頭部朝下螺桿朝上放置，將螺桿裝進橡膠體的螺栓孔中。（3）制作無蓋正方體鋼板盒子，將螺桿和橡膠體放入，制作預留螺栓孔的頂板，焊接成整體，螺栓頭部和橡膠體封閉在內，螺桿伸出頂部的小孔。（4）運輸至施工現場，測量定位，澆筑混凝土，鋼板盒子頂面和混凝土頂面齊平。（5）在鋼板盒子頂部安裝預留螺栓孔的上部鋼板，螺桿從孔內伸出，用螺帽緊固上部鋼板和螺桿，完成安裝。其中（1）和（3）均在工廠內完成（見圖1）， （4）和（5）在現場安裝［3-4］。

多向變位系統的原理：通過一根螺栓將上部鋼板向下錨固在橡膠體上，橡膠體錨固在鋼板盒子頂板上，鋼板盒子傳遞荷載給梁體混凝土。上部鋼板實現了多向位移能力，橡膠體實現了多向變形能力，整個結構受力十分清晰，原理十分巧妙。

2"存在的問題

通過研究大量處于運營階段的橋梁后發現，上部鋼板、橡膠體、鋼板盒子和梁體混凝土損壞的情況極少，而串聯它們的螺栓發生斷裂的情況卻不少。螺栓斷裂使上部鋼板處于無任何錨固狀態，更有因上部鋼板被車輛碾壓后彈起而發生安全事故的報道，存在較大的安全隱患。

螺栓斷裂常見的原因有：一方面，作為串聯起多個部件的核心，長時間處于高應力狀態，在后期使用中末端螺桿處于車行道的頂面，日曬雨淋后極易銹蝕，發生自然斷裂。另一方面，根據養護標準的要求，應定期對伸縮縫進行縫內清理，就需要放松螺帽打開上部鋼板，完成清理工作后再蓋上頂部鋼板緊固螺帽，在這個安拆的過程中，也容易發生因銹蝕引起的滑絲或者斷裂等現象［5-6］。

而更換螺栓卻十分繁瑣，螺栓因為倒置，頭部和大部分螺桿都密封在鋼板盒子之中，想要取出損壞螺栓很是困難，進行便捷更換更是極其不易。在工程實踐中，只能切割開鋼板盒子的頂板，破壞鋼板盒子的完整性，將橡膠體取出，再將損壞的螺栓取出，才能對螺栓進行更換，然后重新安裝好螺栓和橡膠體，將鋼板盒子頂板重新焊接好。

該種維修方法屬于典型的破壞式修復，鋼板盒子頂板被切割和焊接了一次，破壞了原有結構的完整性，焊縫質量與工廠預制時已不能相比，在完成更換螺栓的同時也犧牲了鋼板盒子的耐久性。同時，更換后的螺栓依然有可能再次損壞，那么就不得不對鋼板盒子頂板再次進行切割和焊接，如此循環最終導致報廢。最后可能連整個鋼板盒子也需要更換，牽涉鑿除和重新澆筑碳纖維混凝土等諸多工序，一根螺栓的維修成本將是自身成本的幾千甚至幾萬倍。另外，在對頂板的切割和焊接的過程中，因為鋼板通常較厚，一般采用氣割法，大量熱量會傳遞至橡膠體，橡膠體會因為高溫而被燒焦損壞失去彈性變形能力，極有可能還會涉及更換橡膠體的問題。

所以，該類型伸縮裝置中的螺栓斷裂對應的維修方法，雖然能夠完成螺栓更換，但存在破壞原有結構，工序繁瑣，費用昂貴且后期仍然不可靠等諸多明顯的缺點。

3"改進型設計

現有工程實踐中的鋼板盒子雖然強度高，剛度大，但因為頂板為密封式設計，無法便捷地打開頂板，遇到需要更換螺栓或者對盒內泥沙進行清理的時候會很困難，所以鋼板盒子為改進的關鍵。在螺栓和橡膠體不變的情況下，可以將鋼板盒子的密封式設計改進為手動旋入式設計。

改進后鋼板盒子的基本構造及安裝步驟：（1）制作上下層齒口型圓柱形鋼板盒子，頂部圓周設置2層齒口，上下層齒口間距d0，每層設置8個齒口和8個空隙，再制作齒口型頂板，齒口型頂板厚度d1（d1lt; d0）。（2）將齒口型頂板從上往下放入。（3）將齒口型頂板平面旋轉30°，使頂板齒口與盒子齒口完全重合。（4）塞入厚度d2（d2=d0-d1）的填縫橡膠板，即可將結構固定好（見圖2）。

上述設計最大的優勢在于將原來的鋼板盒子與頂板的連接方式從密封式改進為手動旋入式，若需要拆開頂板，只需要將填縫橡膠板輕輕撬出，再將齒口型頂板旋轉30°即可將齒口型從下往上的頂板取出。整個操作過程不需要使用任何電氣設備，不破壞原有結構的強度，單人即可完成操作，更換效率大大提高。

4"對比

對于更換螺栓，改進前的主要工序為：切割鋼板盒子頂板→更換螺栓→焊接鋼板盒子頂板。改進后的主要工序為：手動拆卸鋼板盒子頂板→更換螺栓→手動安裝鋼板盒子頂板。

然后針對更換100根螺栓從成本、工期、質量等方面進行對比（見表1）。

從成本來看，更換100根螺栓，改進后所需勞動力成本僅為改進前的500/6 250=8%。改進后均為手工操作，不需要電氣設備，為零。改進后所需材料費用僅為改進前的2 000/12 000=16%。改進后更換100根螺栓所需要的直接成本僅為改進前的2 500/29 500=8%，經濟效益十分顯著。

從工期上看，同樣是完成更換100根螺栓，改進前需要12.5d，改進后只需要2d，工期僅為改進前的16%，上述改進將大幅減少維修占道的時間，在市政立交橋、高架橋等路段優勢明顯。

從質量來看，從使用電氣設備進行維修改進為全手動操作，顯然后者維修十分簡單而且容易保證維修質量。同時，對結構的破壞式修復改進為無損式修復，無疑將提高構件的耐久性，大大降低后期再次損壞的概率，保證了結構的整體完整性。

5"結語

綜上所述，本文所提出的一種改進型單元式多向變位梳形板橋梁伸縮裝置的設計思路，對于更換易損構件如螺栓或橡膠體，從成本、工期、質量等各方面來說，都是一個質的飛躍。

參考文獻：

［1］中華人民共和國交通運輸部.公路橋梁伸縮裝置通用技術條件（JT/T 327-2016）［S］.北京：人民交通出版社，2017.

［2］中華人民共和國住房和城鄉建設部.混凝土結構設計規范（GB 50010-2010）［S］.北京：中國建筑工業出版社，2015.

［3］中華人民共和國交通運輸部.單元式多向變位梳形板橋梁伸縮裝置（JT/T 723-2008）［S］.北京：中國標準出版社，2008.

［4］河北省市場監督管理局.單元式多向變位梳形板橋梁伸縮裝置施工技術規程（DB13/T 2949-2019）［S］.

［5］中華人民共和國住房和城鄉建設部.城市橋梁養護技術標準（CJJ 99-2017）［S］.北京：中國建筑工業出版社，2017.

［6］中華人民共和國交通運輸部.公路橋涵養護規范（JTG 5120-2021）［S］.北京：中國標準出版社，2021.