淺談無伸縮縫橋梁的發(fā)展

戴豪勇　曾由奇

摘 要：隨著我國經(jīng)濟建設的迅猛發(fā)展，公路交通量急劇增大，公路上行駛車輛的行駛速度和車輛的軸重不斷增加，橋梁由于伸縮縫遭受破壞的現(xiàn)象也越來越嚴重。本文簡要綜述了無伸縮縫橋梁的基本發(fā)展情況及設計過程中的主要問題，并對無伸縮維橋梁設計中的一些問題進行了初步討論。

關鍵詞：無伸縮縫橋梁 發(fā)展 綜述

公路橋梁的伸縮縫已成為橋梁施工和維護的難題之一。研究、設計和制造使用更好的伸縮裝置固然十分重要，但從另一方面講，如能采用無伸縮裝置的橋梁結構，則是從根本上解決橋梁由于伸縮裝置遭受毀壞的現(xiàn)象。因此，世界各國的學者都在努力尋求最好的伸縮縫結構，得到的結論是“最好的伸縮縫是無伸縮縫”。因此，無伸縮縫橋梁應運而生。

一、無伸縮縫橋梁在國外的使用情況

二次世界大戰(zhàn)前，美國總長度超過15m的橋梁都沒有一定形式的伸縮縫。由于回填料內(nèi)和路面上的積水以及公路表面垃圾容易滲透到伸縮縫內(nèi)，引起橋梁伸縮縫的堵塞或凍結，伸縮裝置逐漸被封閉，最終導致破壞，難以完成設計時所期望的伸縮功能。大約在20世紀60年代，美國開始采用連接橋梁上部結構和樁基礎的無伸縮裝置的整體式橋臺，堪薩斯州，密蘇里州，俄亥俄州和田納西州是較早采用這種方法的州。采用無伸縮縫的整體式橋臺，除了行車平穩(wěn)外，由于消除了伸縮裝置，排除了伸縮縫處水的滲漏隱患，降低了橋梁造價及維修費用，使得這種類型的橋梁逐漸地流行起來。關于無伸縮橋梁的使用狀況美國有關部門曾做過許多調(diào)查工作。調(diào)查表明，80％以上的公路機構已為無伸縮縫裝置的橋梁建立了設計標準，但各州現(xiàn)有的設計規(guī)范和標準并不相同。

英國于70年代開始致力于整體式橋臺的無伸縮縫橋梁的研究，其交通部門將于近期公布一套無縫橋的規(guī)范，目前在英國，跨長在65 m以內(nèi)的公路橋梁廣泛采用一種使用填料路橋接縫的整體式無伸縮縫橋梁結構。這是因為在英國的氣溫條件下，上述跨長的橋梁兩端在溫度影響下引起的伸縮變形在25mm以內(nèi)，完全可以由橋頭搭板盡頭設置的瀝青填料接縫吸收。但在橋梁的整個使用過程中，接縫處需要定時維護。根據(jù)英國和美國的經(jīng)驗，這種維護并不困難。對于采用使用填料路橋接縫的整體式橋臺橋梁，英國認為公路上25mm或鐵路上40mm的變形是允許的，因此在英國100 m以內(nèi)的公路橋梁，120 m以內(nèi)的鐵路橋梁可考慮采用無伸縮縫橋梁結構。

二、無伸縮縫橋梁在國內(nèi)的發(fā)展情況

我國對無伸縮縫橋梁的研究是先從實踐開始的，1998年一座橫跨湖南省益陽――常德高速公路設置成小邊跨的無縫梁橋開始了我國建造無伸縮縫橋梁的嘗試，該橋為(11.4+33．2+11.4)m的三跨連續(xù)梁，邊跨與中跨之比為0.34，而連續(xù)梁合理的邊跨與中跨之比一般為0.55～0.9，因此該橋?qū)儆谛∵吙邕B續(xù)梁橋，設計荷。 載為汽－10。湖南省交通科學研究所的張亮和寧夏元對其受力進行了分析。他們將橋臺作為彈性支承連續(xù)梁，按“m”法取用土抗力系數(shù)來計算臺后土抗力。考慮到雙鉸橋臺構造復雜，難于養(yǎng)護，采用了橋臺與梁鉸接，橋臺與基礎固接方式，還分析了橋臺臺身剛度對橋臺內(nèi)力及臺身配筋面積的影響，計算結果表明，臺身剛度越大，其內(nèi)力和配筋率越大。湖南大學土木建筑工程學院的邵旭東教授等從解決橋頭跳車問題出發(fā)，以清遠四九橋為依托工程，進行了整體式無伸縮縫橋梁的設計與施工。

廣東清遠四九橋的設計特點主要有兩個：(1)把整體橋臺設計為柔性墻和柔性樁的結合體，這樣從上部梁體傳遞來的變形可以由兩部分承擔，對臺身和樁基礎均有利；(2)整體式橋臺臺后設置搭板，它與主梁、整體式橋臺通過主筋相連接，并隨梁、臺一起變形。

湖南大學的馬競結合廣東省交通廳科研項目——無縫橋梁新技術應用研究，利用整體式無伸縮縫橋梁結構，重點從橋臺自身結構的改進與臺后優(yōu)化設計相結合進行橋頭跳車綜合防治的研究。

大連理工大學的張新旺進行了主要研究工作：1)把橋臺自身結構的改進與臺后設計結合起來，綜合進行跳車防治的研究；2利用半整體式橋臺原理，設計了無伸縮縫橋梁，工程的使用效果較好；3)提出了橋臺一搭板一臺后土共同作用的空間計算模型，為半整體式橋臺的成功應用打下了堅實的理論基礎；4)以半整體式橋臺的理論為依據(jù)，建造了半整體式無伸縮縫的橋梁—— 石龍河橋。

三、無伸縮縫橋架設計中的幾個問題討論

1.溫度

溫度的影響無疑是無伸縮縫橋梁設計中的一個非常重要的因素，但事實上正如前文所指出的那樣，對許多橋梁的應力測試表明，由于溫度作用而測得的應力值要比預計的要小，分析其原因可能有兩點：其一是混凝土由于溫度的膨脹或收縮，會產(chǎn)生徐變。其二是由于大多數(shù)混凝土結構體積相對較大，使得它們對周圍的溫度變化比較不敏感。

2.被動土壓力

由于無伸縮縫橋梁的整體式橋臺是采用樁基礎，為了使回填土引起橋墩中的被動土壓力最小，一些學者認為，設計時可采取如下具體措施： (1)限制橋梁長度；當橋梁斜交時，限制結構斜交角的大小。(2)采用選擇過的顆粒結配作為回填土。(3)使用引道板以防止車輛對橋臺填土的擠壓。(4)利用擋土墻來縮短翼墻。

3.樁的應力

考慮到上部結構與整體式橋合的樁基礎對縱向移動的抵抗作用有直接關系，在進行無伸縮縫橋梁設計時：(1)限制整體式橋梁的基礎形式，最好做成單排的細長垂直樁。(2)限制樁型。(3)調(diào)整H型樁弱軸方向，使之與運動方向一致。(4)提供一種鉸接裝置來控制樁的撓曲。 (5)限制結構斜交角的大小。還有一些其他問題，如：如何平衡整體式橋臺后面的主動上壓力？是否在整體式橋合后留有自由的空間以允許溫度膨脹？如需要的話采用什么樣的細部構造？

結 語

目前，無伸縮縫橋梁的設計還不成熟，還依靠于經(jīng)驗和觀察，還不能從根本上解決伸縮縫橋梁有關的分析方法和構造設計。因此，只有借鑒現(xiàn)有的技術，通過對實體橋梁的模擬分析，從而建立一套科學的設計理論，使無伸縮縫橋梁能夠得到大面積推廣。我國正加大力度對無伸縮縫橋梁的研究和實踐，并使這種橋型結構能逐漸推廣，相信它對于我國橋梁的發(fā)展將起到積極的推進作用，并能產(chǎn)生極大的經(jīng)濟效益和社會效益?！?/p>