無伸縮縫橋梁相關(guān)設(shè)計(jì)概述經(jīng)驗(yàn)分析

劉遠(yuǎn)昆

貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州貴陽 550081

1 無伸縮縫橋梁建設(shè)現(xiàn)狀中存在的幾個問題

通過對歷史數(shù)據(jù)的分析調(diào)查，橋梁伸縮縫作為橋梁的關(guān)鍵構(gòu)件在實(shí)際使用中普遍存在嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象，這使得研究設(shè)計(jì)和制造更先進(jìn)的伸縮裝置工作變得尤其重要，要徹底解決問題，推廣使用無伸縮裝置的橋梁結(jié)構(gòu)才是根本解決方案，無伸縮縫橋梁具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前的設(shè)計(jì)方法僅依賴于觀察與經(jīng)驗(yàn)，我國伸縮縫橋梁的推廣與建造還存在幾個問題。首先，無伸縮縫橋梁的伸縮變形并不隨著取消了伸縮裝置的設(shè)計(jì)而消失，橋梁內(nèi)部依然存在應(yīng)力和變形，設(shè)計(jì)中需要把這些伸縮變形應(yīng)力從橋梁主體有效的傳導(dǎo)到道路上去，同時控制好對路面的影響。其次，通過技術(shù)手段對橋梁的伸縮變形做到了有效的控制后，橋臺的樁基礎(chǔ)和主梁的本身產(chǎn)生的內(nèi)力達(dá)到多高的程度，又如何將這些附加力對橋梁和樁基礎(chǔ)的影響控制到最小程度，這些都是需要在構(gòu)造細(xì)節(jié)上采取相應(yīng)的措施來解決的。

2 無伸縮縫整體式橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)勢

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單

無伸縮縫連續(xù)梁橋中，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被大大簡化，一個水平桿、多個豎向桿和剛架結(jié)構(gòu)，簡化了橋梁的整體分析和設(shè)計(jì)工作，與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)或自支撐的墩柱與單排樁支撐的橋梁墩臺可以通過滑動支座與上部結(jié)構(gòu)分離。

2.2 邊中跨比范圍的擴(kuò)大

傳統(tǒng)的連續(xù)梁橋，整體式橋臺可以充當(dāng)平衡重（配重），通過采用整體式橋臺設(shè)計(jì)可以更好地抵抗負(fù)支反力，不需要設(shè)置昂貴的拉力支座。

2.3 施工建造速度快

整體式橋臺不用背墻結(jié)構(gòu)，因此可以使用樁較少的單排樁。在無伸縮縫橋梁中，一些附屬設(shè)施，例如支座和伸縮縫構(gòu)造被取消后，有關(guān)的安裝、調(diào)試的工期和造價都會大大減少，而且與之相關(guān)的一些設(shè)施諸如蓋梁的設(shè)計(jì)和施工、支座墊石工序的簡化，進(jìn)一步提高了施工速度。

2.4 運(yùn)營費(fèi)用低

傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)會經(jīng)常遭受車輛沖擊，在降低了車輛駕駛舒適性的同時也對橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，平順的無伸縮縫結(jié)構(gòu)可以改善這些體驗(yàn)，與此同時橋梁的后期維護(hù)費(fèi)用也被大大降低。

2.5 增加超靜定性和抵抗災(zāi)難的能力

伸縮縫施工設(shè)計(jì)與使用中如果存在隱患，會造成橋梁坍塌，我們通過無伸縮縫橋梁的墩臺和梁固結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)造，提高橋梁抵抗各種自然或人為災(zāi)難事件能力以及橋梁超靜定約束和的能力。尤其在發(fā)生地震時，落梁現(xiàn)象發(fā)生的可能性大大減少，無伸縮縫橋梁在多震區(qū)被作為一種更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3 無伸縮縫橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析

3.1 特點(diǎn)及細(xì)部構(gòu)造分析

橋梁設(shè)計(jì)工程師要全面認(rèn)識無伸縮縫橋梁的性能，對橋梁的耐久性、整體性做出科學(xué)分析，先要了解無伸縮縫橋梁的細(xì)部構(gòu)造，細(xì)部構(gòu)造是橋梁的基本骨架，也是橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中一個很基礎(chǔ)的概念與印象，無伸縮縫的整體式橋臺是鋼梁和混凝土梁普遍采用的細(xì)部構(gòu)造。

3.2 需要考慮的影響因素

考慮到無伸縮縫橋梁，它的總量是被埋進(jìn)混凝土橋臺的特殊結(jié)構(gòu)，工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時應(yīng)該把對次要荷載的考慮放到重要位置，本文總結(jié)了幾點(diǎn)次要荷載的影響。

3.2.1 徐變的影響

“徐變”是指在長期應(yīng)力作用下，混凝土應(yīng)變隨時間而持續(xù)保持增長的一種特性。在長期荷載作用下，結(jié)構(gòu)或材料承受的應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時間增長的這種現(xiàn)象稱為徐變。以混凝土為主要材料的橋梁不可避免的存在徐變，橋梁上部結(jié)構(gòu)的跨徑，混凝土承受荷載時的使用年限，荷載持續(xù)的時間，周圍環(huán)境的溫度，橋梁鎖使用混凝土的質(zhì)量以及混凝土構(gòu)件的形狀變化都會對徐變引起的應(yīng)變造成影響。通過徐變，在增加鋼縱梁下緣拉應(yīng)力的同時，會在一定程度上減小橋臺處和墩頂處截面上緣的拉應(yīng)力，且若是恒載引起的應(yīng)力小于10%，就可以控制對結(jié)構(gòu)的有害影響。因此徐變因素的影響，在中小跨徑鋼砼組合梁的無縫橋梁設(shè)計(jì)時可以被忽略。

3.2.2 收縮的影響

無伸縮縫橋梁的墩部會因?yàn)榛炷翗蛎姘搴弯摽v梁收縮在結(jié)構(gòu)內(nèi)部引起一定的自應(yīng)力產(chǎn)生徐變，受到部分或完全的約束會導(dǎo)致收縮，收縮和徐變兩種作用力抵消的情形出現(xiàn)在他們相反時；通過對大量數(shù)據(jù)的分析表明，實(shí)際上這兩種力的作用不能徹底抵消，因此會產(chǎn)生余應(yīng)力，這會導(dǎo)致加重混凝土裂縫現(xiàn)象，從而使得收縮應(yīng)力得到部分的減小，運(yùn)用到對無伸縮縫橋梁進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的實(shí)際環(huán)節(jié)中的時候，要考慮到收縮對上部結(jié)構(gòu)的影響。

3.2.3 沉降因素的存在

由于地基土層的不均勻性在荷載作用下會發(fā)生不均勻沉降，橋梁的上下部結(jié)構(gòu)的剛度、跨數(shù)、跨徑支承、臺高、沉降量等幾何特征和結(jié)構(gòu)特征，會對沉降造成的應(yīng)力影響大小起到直接作用。相較單跨橋梁，多跨橋梁的沉降影響會更大一些。因此，針對減少多跨橋梁因恒載引起的沉降，我們可以通過使用技術(shù)手段讓橋臺和橋墩和所受的反力大致相等來解決。至于單跨橋梁，可以忽略沉降的因素，因此，合理的橋梁構(gòu)架設(shè)計(jì)可以使無伸縮縫橋梁忽略因?yàn)槌两狄蛩禺a(chǎn)生的影響。

3.2.4 土壓力的影響

土壓力對橋梁的影響，也是傳統(tǒng)橋梁建設(shè)中需要考慮的一大重要因素。在橋梁上部，結(jié)構(gòu)受熱發(fā)生膨脹后橋臺就會填土，從而引起被動土壓力，被動土壓力，還存在重向與橫向的分布從而造成綜合影響，造成上部結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩。實(shí)踐證明對于無伸縮縫橋梁，土壓力的影響非常小，乃至于幾乎可以忽略不計(jì)，因此在分析和設(shè)計(jì)時無伸縮縫橋梁土壓力的作用可以排除在外。

3.2.5 溫度的影響

作為無伸縮縫橋梁設(shè)計(jì)中的一個重要因素，溫度變化對橋梁的設(shè)計(jì)影響不容小覷，但在現(xiàn)實(shí)中溫度對橋梁影響測得的應(yīng)力值卻比預(yù)計(jì)的要小很多。造成這些結(jié)果的原因有兩個，第一，混凝土結(jié)構(gòu)體積較大的特點(diǎn)，使得它對溫度變化敏感度比較低。鋼橋的溫度周期最大值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土橋，混凝土大面積的吸收熱量，使得它的溫度周期值產(chǎn)生了較大的差異，美國公路運(yùn)輸和工作協(xié)會的工作中也提出了相關(guān)的概念。鋼與混凝土的熱膨脹系數(shù)相差不大，但是混凝土具有大面積吸收熱量的特征，因此鋼橋?qū)囟鹊淖兓舾卸纫然炷粮?。我們以后將會就此展開進(jìn)一步的定量分析研究。第二，在混凝土由于溫度變化膨脹或者因?yàn)槭湛s產(chǎn)生的徐變會造成橋梁應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)時預(yù)計(jì)的程度，有關(guān)部門應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案，把混凝土的溫度彈性模量保持動力荷載彈性模量的1/3作為原則，這樣理論就能更科學(xué)精確地反映實(shí)際情況。

3.2.6 樁的應(yīng)力作用

上部結(jié)構(gòu)與整體式橋臺的樁基礎(chǔ)對縱向移動的抵抗作用產(chǎn)生直接影響，在進(jìn)行無伸縮縫橋梁設(shè)計(jì)時，需要分別落實(shí)以下幾項(xiàng)工作：首先，采用單排的細(xì)長垂直樁結(jié)構(gòu)且需要限制樁的形狀和整體式橋梁的基礎(chǔ)形式；通過提供一種鉸接裝置來控制樁的撓曲；通過調(diào)整H形樁的弱軸方向，使樁子的弱軸方向與運(yùn)動方向一致；嚴(yán)格限制結(jié)構(gòu)斜交角的大小也是一項(xiàng)重要工作。我們可以通過解決平衡整體式橋臺后面的主動壓力問題、充分考慮留有自由空間的手段使得整體式橋臺允許溫度膨脹、采用合適的細(xì)部構(gòu)造也可以實(shí)現(xiàn)這一功能等，我們需要今后在無伸縮橋梁設(shè)計(jì)中不斷的進(jìn)行研究和實(shí)踐來尋求這些問題的解決方案，完善細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)，我們通過安排一定的施工次序，或者通過設(shè)置壓力釋放縫、循環(huán)控制縫、引道板等來克服無伸縮縫橋梁存在的一些缺陷。但由于無伸縮縫橋梁有跨徑小等方面的限制，一些設(shè)計(jì)者在實(shí)際運(yùn)用中傾向于采用有伸縮縫橋梁，如何有效解決這些問題是無伸縮縫設(shè)計(jì)橋梁得到更廣泛的應(yīng)用的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語

橋梁沒有伸縮縫，意味著排除一系列隱患，橋梁的維護(hù)費(fèi)用和建造費(fèi)用也能得到了有效的控制，其優(yōu)秀的抗震能力在地震多發(fā)地區(qū)更是至關(guān)重要。同時車輛在無伸縮縫橋梁上行駛也能減少沖擊，降低了車輛的損耗，反作用到橋梁使用壽命也得到了提高。無伸縮縫橋梁技術(shù)研究在美國已經(jīng)開展了很多年并得到了廣泛的應(yīng)用，我們期待無伸縮縫橋梁在我國得到推廣，但目前該項(xiàng)工作依然還未得到深入的研究和實(shí)踐。因此學(xué)習(xí)、了解并利用國外一些先進(jìn)成功經(jīng)驗(yàn)就非常重要，先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)與總結(jié)再加上結(jié)合我國路橋建設(shè)中存在的問題與實(shí)際需要，建造出適合我國路況的無伸縮縫橋梁，從而大力發(fā)展與推進(jìn)公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，是我們從事橋梁研究專業(yè)人員的重大使命。