新型多孔加強(qiáng)橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及應(yīng)用研究

高煒黨

(河北省高速公路宣大管理處 張家口市 075000)

橋梁伸縮縫是吸收因環(huán)境變化和外部荷載作用而引起橋面變形的伸縮裝置，防止橋梁因水平和豎直方向變形而破壞，通常設(shè)置在兩梁端之間、梁端與橋臺(tái)之間。橋梁伸縮縫的作用在于調(diào)節(jié)由溫度變化、混凝土的徐變、車(chē)輛荷載等所引起的梁端位移，伸縮縫的設(shè)計(jì)和選型對(duì)橋梁的使用功能和結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性至關(guān)重要。目前，現(xiàn)有的橋梁伸縮縫對(duì)車(chē)輛荷載沖擊功的吸收能力差，難以滿足綜合作用下梁端大位移量的情況，使用一段時(shí)間后，車(chē)輛在經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)由于沖擊而產(chǎn)生較大的顛簸和震動(dòng)聲響，且長(zhǎng)時(shí)間的沖擊會(huì)導(dǎo)致伸縮縫構(gòu)件與橋梁地面之間產(chǎn)生剝離，嚴(yán)重地降低了兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度。此外，現(xiàn)有的伸縮縫結(jié)構(gòu)還存在漏雨、漏水及雜物堵塞的問(wèn)題。因此，分析了現(xiàn)有橋梁伸縮縫的種類(lèi)和使用效果，針對(duì)現(xiàn)有伸縮縫的不足做出改進(jìn)，設(shè)計(jì)了一種新型多孔加強(qiáng)橋梁伸縮縫，以解決現(xiàn)有的橋梁伸縮縫存在的抗沖擊性能差且容易滲水及被雜物堵塞的技術(shù)問(wèn)題。

1 橋梁伸縮縫設(shè)計(jì)的影響因素

(1)溫度變化

溫度變化影響著材料的熱脹冷縮，進(jìn)而溫度的變化控制著橋梁的伸縮量。溫度對(duì)于橋梁的影響分為整體溫度和溫度梯度。我國(guó)四季分明，地域遼闊，東西及南北溫差懸殊，整體溫度使簡(jiǎn)支梁及連續(xù)鋼構(gòu)件的橋梁內(nèi)部溫度分布不均勻，引起橋梁內(nèi)部溫度應(yīng)力效應(yīng)，進(jìn)而在端部產(chǎn)生角變位，一般合理設(shè)置支座及伸縮縫可予以消除。而對(duì)于因日照變化而引起的溫度梯度，常見(jiàn)的伸縮縫很難完全抵消這種溫度梯度變化所引起的內(nèi)力效應(yīng)。

(2)混凝土的變形

目前大多數(shù)橋梁是鋼筋混凝土橋及預(yù)應(yīng)力混凝土橋，在伸縮縫設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮混凝土的收縮和徐變?；炷恋氖湛s是混凝土澆注完成以后進(jìn)行初期凝固時(shí)體積縮小的現(xiàn)象。混凝土的徐變是混凝土在長(zhǎng)期車(chē)輛荷載作用下所產(chǎn)生的變形，這部分變形主要有水泥顆粒間的延時(shí)流動(dòng)及混凝土的塑性變形。在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮混凝土的徐變。

(3)外部荷載

橋梁的使用功能決定了其長(zhǎng)期承受車(chē)輛活載、恒載等外部荷載的特點(diǎn)，外部荷載作用下橋梁將會(huì)在水平向和豎直向發(fā)生位移，并且會(huì)在端部產(chǎn)生角位移，而使橋面間的伸縮連接裝置產(chǎn)生相同的變形情況。在進(jìn)行橋梁伸縮縫的參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)予以重視。

2 橋梁伸縮縫種類(lèi)及使用分析

2.1 鋼板式伸縮縫

鋼板式伸縮縫是以鋼材作為伸縮縫材料，鋼板式伸縮縫的種類(lèi)繁多，構(gòu)造較其他伸縮縫復(fù)雜，常用的有搭板式和梳齒形。這種伸縮縫能直接承受反復(fù)的車(chē)輛荷載，這種伸縮縫裝置多用于大、中型橋梁中。能適應(yīng)較大范圍的位移變形。然而這種伸縮縫自身的剛度不足，容易在沖擊作用下產(chǎn)生撓度，車(chē)輛容易產(chǎn)生跳車(chē)現(xiàn)象，導(dǎo)致伸縮縫的損壞。

2.2 U形式伸縮縫

U形鋅鐵皮式伸縮縫選擇U形鋅鐵皮作為伸縮材料，這種伸縮裝置非常簡(jiǎn)易。伸縮縫分為上下兩層，上面一層開(kāi)設(shè)孔眼，并安設(shè)過(guò)濾裝置，用瀝青膠填塞，鋅鐵皮隨橋面的伸縮而變形。下層的主要作用將橋面滲入的雨水排出。這種伸縮縫構(gòu)造簡(jiǎn)單，但是因其過(guò)縫材料剛度較差，因而使用壽命較短，伸縮變形效果較差。

2.3 橡膠伸縮縫

橡膠伸縮縫是以橡膠作為緩沖嵌縫體的伸縮裝置，分為橡膠板式伸縮縫和橡膠條伸縮縫。橡膠體具有良好的彈性，以橡膠體的伸縮變形來(lái)抵消橋面的變形，并且易于安裝和更換。但是傳統(tǒng)的橡膠伸縮縫常設(shè)計(jì)不合理，長(zhǎng)期直接承受車(chē)輛的沖擊，容易遭到破壞。

3 新型多孔伸縮縫設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1 多孔伸縮縫設(shè)計(jì)

針對(duì)目前橋梁伸縮縫存在的不足之處，采取了加強(qiáng)多孔的改進(jìn)，新型加強(qiáng)多孔橋梁伸縮縫構(gòu)造見(jiàn)圖1。

新型多孔橋梁伸縮縫，包括第一安裝架、第二安裝架、緩沖橡膠體和導(dǎo)流板。第一安裝架包括型鋼106和多個(gè)錨固筋101，第二安裝架的結(jié)構(gòu)與第一安裝架的結(jié)構(gòu)相同。第一安裝架與第二安裝架均設(shè)置有凹槽，兩個(gè)凹槽的槽口相對(duì)，且兩個(gè)凹槽的槽壁的厚度面之間間隙設(shè)置。通常情況下，兩個(gè)凹槽的槽壁的厚度面之間的距離為4cm，即伸縮縫的寬度通常為4cm。緩沖橡膠體102位于第一安裝架與第二安裝架之間，即緩沖橡膠體102位于兩個(gè)槽鋼之間，緩沖橡膠體102的長(zhǎng)度方向上開(kāi)設(shè)有通孔。在使用狀態(tài)下，槽鋼的靠近橋面的側(cè)壁為上槽壁104，槽鋼的遠(yuǎn)離橋面的側(cè)壁為下槽壁105，與上槽壁104和下槽壁105連接的部分為槽底106。錨固筋101與槽底106固定連接，多個(gè)錨固筋101沿槽鋼的長(zhǎng)度方向間隔設(shè)置，錨固筋101呈U形。通孔的中心線與緩沖橡膠體102的長(zhǎng)度方向平行。緩沖橡膠體102的上表面與兩個(gè)凹槽的上槽壁104的內(nèi)表面抵接，緩沖橡膠體102的下表面與兩個(gè)凹槽的下槽壁105的內(nèi)表面抵接，緩沖橡膠體102的長(zhǎng)高面與槽底106的內(nèi)表面之間間隙設(shè)置。緩沖橡膠體102的上表面設(shè)置有上凸出部107，上凸出部107的厚度面與上槽壁104的厚度面抵接。緩沖橡膠體102的下表面設(shè)置有下凸出部108，下凸出部108的厚度面與下槽壁105的厚度面抵接；引流板103位于緩沖橡膠體102的下方，且引流板103的一個(gè)長(zhǎng)度邊與第一安裝架固定連接，引流板103的另一個(gè)長(zhǎng)度邊與第二安裝架固定連接，即引流板103的兩個(gè)長(zhǎng)度邊分別與兩個(gè)凹槽的下槽壁105固定連接。

(a)俯視平面圖

(b) 剖面圖圖1 新型多孔伸縮縫構(gòu)造圖

3.2 多孔伸縮縫的設(shè)計(jì)特征

(1)相鄰兩個(gè)第一加強(qiáng)筋的板面之間的距離為10～30cm，相鄰兩個(gè)第二加強(qiáng)筋的板面之間的距離為10～30cm，第一加強(qiáng)筋與所述第二加強(qiáng)筋對(duì)稱(chēng)設(shè)置或錯(cuò)位設(shè)置。

(2)圖1所示B處上槽壁104的厚度d2與上凸出部107的厚度d1之間的差值為1～3mm。該差值可以為1mm、1.5mm、2mm、2.5或3mm，見(jiàn)圖2。

(3)通孔的數(shù)量為三個(gè)，分別為第一通孔、第二通孔和第三通孔，通孔的形狀為矩形、圓形、橢圓形或紡錘形中的一種或幾種，第一通孔的寬度w1與第三通孔的寬度w3均小于所述第二通孔的寬度w2，見(jiàn)圖3。

圖2 B處局部放大圖

圖3 緩沖橡膠體結(jié)構(gòu)示意圖

(4)引流板103展成平板狀時(shí)，引流板103的寬度大于伸縮縫的寬度，以保證引流板103不會(huì)被拉斷。

3.3 多孔伸縮縫的應(yīng)用效果

(1)新型加強(qiáng)多孔橋梁伸縮縫通過(guò)將緩沖橡膠體的上表面與兩個(gè)凹槽的上槽壁的內(nèi)表面抵接，并將緩沖橡膠體的下表面與兩個(gè)凹槽的下槽壁的內(nèi)表面抵接，同時(shí)將上凸出部的厚度面與上槽壁的厚度面抵接，并將下凸出部的厚度面與下槽壁的厚度面抵接。緩沖橡膠體102的材質(zhì)為三元乙丙橡膠，三元乙丙橡膠是由乙烯、丙烯經(jīng)溶液共聚合而成的橡膠，再引入第三單體(ENB)。三元乙丙橡膠基本上是一種飽和的高聚物，具有良好的耐老化性能、耐天候性、耐水性、電絕緣性能和耐化學(xué)腐蝕性，且具有較高的彈性和延伸性，抗沖擊性和耐撕裂性較強(qiáng)，具有極佳的尺寸穩(wěn)定性和廣泛的溫度適應(yīng)性。這樣的方式能夠增強(qiáng)橋梁伸縮縫整體結(jié)構(gòu)的抗沖擊性能和嚴(yán)密性，有效地防止塵土和沙石等雜物落入凹槽中。

(2)上凸出部的厚度小于上槽壁的厚度，在使用狀態(tài)下，且沒(méi)有外力沖擊作用下，上凸出部的上表面位于上槽壁的外表面的下方，而當(dāng)緩沖橡膠體受到擠壓沖擊作用而發(fā)生形變時(shí)，上凸出部的上表面也不會(huì)高于上槽壁的外表面，這樣既能夠減小對(duì)車(chē)輛的沖擊，防止車(chē)輛顛簸，又能夠防止車(chē)輛對(duì)上凸出部的磨損，從而延長(zhǎng)了橋梁伸縮縫的使用壽命。

(3)在緩沖橡膠體的長(zhǎng)度方向上開(kāi)設(shè)通孔，當(dāng)有車(chē)輛從橋梁伸縮縫上駛過(guò)時(shí)，或當(dāng)橋梁伸縮縫兩側(cè)的橋面受熱膨脹時(shí)，會(huì)對(duì)緩沖橡膠體產(chǎn)生擠壓沖擊，由于緩沖橡膠體設(shè)有通孔，擠壓沖擊作用會(huì)被通孔吸收一部分，從而減小了緩沖橡膠體在豎直方向上的形變量，進(jìn)一步防止上凸出部的上表面高于上槽壁的外表面。

(4)通過(guò)在緩沖橡膠體的下方設(shè)置引流板，能夠?qū)⒂晁蛭鬯确e液排出，避免橋面積水現(xiàn)象。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上，以往傳統(tǒng)的橋梁伸縮縫抗沖擊性能較差，車(chē)輛在經(jīng)過(guò)時(shí)會(huì)由于沖擊而產(chǎn)生較大的顛簸和震動(dòng)聲響，且長(zhǎng)時(shí)間的沖擊會(huì)導(dǎo)致伸縮縫構(gòu)件與橋梁地面之間產(chǎn)生剝離，嚴(yán)重地降低了兩者之間的結(jié)合強(qiáng)度。此外，現(xiàn)有的伸縮縫結(jié)構(gòu)還存在漏雨、漏水及雜物堵塞的問(wèn)題。為此，設(shè)計(jì)了一種新型加強(qiáng)多孔的橋梁伸縮縫，提高了橋梁的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，能夠有效地減小對(duì)車(chē)輛的沖擊作用，防止車(chē)輛顛簸，同時(shí)，橋面不易出現(xiàn)積水現(xiàn)象，以保證車(chē)輛行駛順暢、安全。