浅析桥梁伸缩缝设计
2017-06-05
引言
随着我国交通运输事业的迅猛发展，桥梁作为交通线中的重要组成部分，其数量的增多、规模的扩大更为明显，而桥梁组成之一的伸缩装置，用量也越来越大，使用范围也越来越广，型式也越来越多了。桥梁伸缩缝问题现在仍处于探索研究中，它对公路车道的平整度影响较大。为了改善路面与桥面相接处的平整度，一方面应当加大桥梁的联孔长度以减少伸缩缝的数量，另一方面要不断改进伸缩缝的型式、材料以及设计和施工质量。
1 影响伸缩量的基本因素
1.1 温度变化
温度变化是影响伸缩量的主要因素。由于我国幅员广大，温差悬殊、变差幅度各地不一，兹推荐下列数据供设计参考使用。由于温度使桥梁内部温度分布不均匀会引起大跨径桥梁端部产生角变位，一般跨径比值较小，可不予考虑；大跨径桥梁，设计时应予考虑
1.2 混凝土的徐变和收缩
钢筋混凝土桥及预应力混凝土桥需考虑其徐变及收缩。徐变量按梁在预应力作用下的弹性变形乘以徐变系数?埭＝2求得。收缩量以温度下降20℃来换算。应当考虑安装时混凝土的徐变和收缩已完成的部分，为此应将全部徐变和收缩量乘以折减系数?。下列?值供设计时参考。
徐变的龄期是以施加预应力后的时间计算，收缩是以浇筑混凝土以后到安装时的全部龄期计算，设置伸缩装置后施加的预应力需另加。
1.3 各种荷重所引起的桥梁挠度
活载、恒载等会使桥梁端部发生角变位，而使伸缩装置产生垂直、水平及角变位。如果梁比较高，且伴有振动的情况，应格外注意。
由于加宽桥面而要设置纵向伸缩装置时，由于跨中挠度较大，还应注意在振动时变位随时间变化的相位差。
1.4 地震影响使构造物发生变位
地震对伸缩装置的变位影响比较复杂，目前还难以把握，在设计伸缩装置时一般不予考虑；但如有可靠资料能算出地震对桥梁墩台的下沉、回转、水平移动及倾斜量时，在设计时给以考虑当然更好。
1.5 纵坡对变位的影响
纵坡较大的桥，通常施工时把活动支座作成水平的，因而在支座位移时在路面产生了一个垂直差(△d)，其值为水平位移乘以纵坡(tgθ)，在变位较小的情况下可不予考虑，但对组合钢桥变位大且纵坡也大的情况下，设计伸缩装置的形式就应认真对待。
1.6 斜桥及曲线桥的变位
斜桥及曲线桥在发生支承移动方向的变位△L时，便有在桥端线方向的变位△S及垂直于桥端线方向的变位△d：
△d＝△L sinθ △S＝△L cosθ
式中：θ-倾斜角；△L-伸缩量。
把沿支座移动方向的位移△L称作伸缩缝，把垂直于桥梁线的位移△d称作梁端伸缩缝。由于平行于桥端线△S的位移而使伸缩装置在平面上受扭，产生剪应力，在设计时必须注意。同时，还应注意支座的约束条件及墩台形式的不同所产生的影响。
2 桥梁伸缩缝设计要点
2.1 伸缩缝破坏过早的设计原因。伸缩缝的破坏最先从过渡段的混凝土开始。过渡段混凝土的主要荷载为车辆轮压产生的动载，当轮压在伸缩缝上时，其荷载通过锚固系统传递到过渡段混凝土，再传递到梁板上，并产生一定的压缩变形。在设计上而言，造成伸缩缝的破坏过早，无非是以下方面的原因：伸缩缝在整个桥梁工程所占的份量不多，一般易被设计人员忽视，从而未对伸缩缝进行细致的考虑与设计；伸缩装置的受力复杂，而与之密切相关起决定作用的锚固系统却不尽合理；设计方面对施工的实际情况考虑不足。如：锚固混凝土太薄且钢筋密布，伸缩装置的锚固系统很难准确地预埋在梁中，甚至无法预埋，相当一部分锚固系统不得不锚固在整体化层混凝土中；有的设计工程师在伸缩缝设计过程中只注重计算桥梁的伸缩量，并以此进行选型，而往往对伸缩装置的性能了解不全面，忽视了产品的相应技术要求。
2.2 伸缩缝设计要点
合理选定恰当伸缩量的缝隙极为重要，缝隙越大伸缩装置越容易遭破坏。采用的缝隙过大或过小，以及没有考虑安装时的温度而调整间隙。特别是针对板式橡胶伸缩装置，易造成破坏。即使是连续桥面，在面层铺装上往往也会出现裂纹。因此。要采取预先切割桥面，设置接缝，或用较软的铺装层来吸收裂缝，或者安设小型的伸缩装置来解决。在较大纵坡的情况下，如不设置考虑适应竖直变位的构造，也容易产生缺陷，引起破坏。伸缩装置沿桥面纵向，即使伸缩量小，也存在挠度差大的问题，因此，在伸缩装置构造上要给予重视。伸缩装置与梁体结合成等强的整体无疑是提高其使用效能的重要手段。除模数式伸缩装置之外的其他类型的桥梁伸缩装置，与桥面板的固定、结合往往不够充分，效果不甚理想，一般构造尺寸较小、刚度不足，而且对新材料的特征、配合等研究不够深入，所以在选型时应作充分的比较研究。为防止因雨水而起的漏水现象，虽然在一些钢制伸缩缝装置中，对配合部位采取插入密封橡胶或将排水装置或铺装层面层作为容易清扫的型式，或在整个缝隙中灌注填人防水材料的实用型式。对与桥面的雨水，一般应在伸缩装置附近设集中排水口；对不在日常养护作多次涂漆的构件上，设计上应采用优质耐久的防护材料作有效的处理。
3 对目前伸缩装置设计的建议
3.1 小跨径的中小桥(如20m以内的)宜不设伸缩缝。支座采用固定式橡胶支座，让墩台的弹性变形和台后的土抗力来抵抗温度应力(因变形长度在10m以内伸缩量一般在5mm以内)。也可以在路面及桥面铺装摊铺完了，再沿原缝开一条宽2cm深3～5cm的假缝，内填以沥青麻絮或其他可塑性材料以防面龟裂。
3.2 中、小桥宜采用W型伸缩装置，它具有以下一些优点：伸缩体与铁件联接可不用胶水，而利用橡胶本身的预压密缝防水；构件尺寸小，相应材料用量省，施工方便，造价低；温度伸缩变形发挥像胶弹性材料性能。在外荷作用下则充分利用拱形结构的优势。
3.3 从实践和有关资料来看，不论W型、V型、空心板型的橡胶体都可使用。毛病不在胶体本身，而是在整个伸缩装置结构的设计是否合理。
3.4 从目前已经施工的伸缩装置来看，板式伸缩装置的平整度较好，其原因是胶体内不仅加入了足够数量的钢板以增加变形体的刚度，而且又有足够数量的铆钉使伸缩体同桥梁变形体的联结比较牢固，不至于象原来空心板橡胶伸缩缝那样易于脱出。
4 结语
桥梁伸缩缝的破坏，对桥梁使用性能以及通车都会带来严重的影响，因此必须加强桥梁伸缩缝的优化设计，从伸缩缝类型、结构以及环境等相关因素进行强化设计，才能确保伸缩缝在今后的使用中，满足桥梁使用性能。
参考文献
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