公路橋梁梳齒板伸縮縫應(yīng)用分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊素霞，姜京偉

（山西省交通新技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 太原 030012）

隨著我國(guó)公路橋梁建設(shè)的發(fā)展，各種類型的橋梁伸縮裝置大量涌現(xiàn)，但應(yīng)用最廣泛的是模數(shù)式伸縮裝置和梳齒板式伸縮裝置。其中，梳齒板式伸縮裝置是在傳統(tǒng)鋸齒形伸縮縫的基礎(chǔ)上通過改進(jìn)發(fā)展而來的，為模塊式結(jié)構(gòu)[1]，由若干組標(biāo)準(zhǔn)模塊與附件組成。標(biāo)準(zhǔn)模塊主要由活動(dòng)梳齒板（跨縫板）、固定梳齒板和多向變位鉸組成，模塊之間相互獨(dú)立。附件包括不銹鋼滑板、橡膠止水帶、錨固螺栓等組成部分。活動(dòng)梳齒板采用跨越式，用連接錨栓在橋梁一端與橋面連接；固定齒板錨固在另一端的橋面上，底部用不銹鋼板形成滑移面，活動(dòng)齒板與固定齒板形成陰陽梳齒，滿足橋梁的承載和伸縮需要。梳齒板伸縮裝置憑借其特有的安裝深度淺、表面平整性好、行車舒適等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)公路橋梁上的應(yīng)用越來越廣。然而在長(zhǎng)期的實(shí)踐應(yīng)用中，梳齒板式伸縮裝置普遍出現(xiàn)了斷齒、鋼板脫落、錨固螺栓斷裂等病害，分析其病害產(chǎn)生的原因，從而改進(jìn)我們的產(chǎn)品，減少或杜絕重復(fù)維修、更換伸縮裝置，對(duì)于降低梳齒板服役成本，提高其使用壽命，使其更好地為我們服務(wù)變得尤為急切和重要。

1 梳齒板式伸縮裝置常用類型

對(duì)各類梳齒板式伸縮裝置的調(diào)查結(jié)果顯示，目前國(guó)內(nèi)的多向變位梳齒板式伸縮裝置根據(jù)其變位單元的差異，應(yīng)用較廣的主要有轉(zhuǎn)軸式（圖1[2]）和支座式（圖2）兩大類。

1.1 轉(zhuǎn)軸式多向變位梳齒板伸縮裝置

轉(zhuǎn)軸式多向變位梳齒板伸縮裝置（圖1）是目前公路橋梁上應(yīng)用比較廣的一種梳齒板伸縮縫，其多向變位鉸由變位塊、轉(zhuǎn)動(dòng)變位鉸（鋼制轉(zhuǎn)軸）、轉(zhuǎn)動(dòng)控制座及支撐托架組成。當(dāng)梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)或車輪碾壓高頻振動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)動(dòng)變位鉸配合變位塊以轉(zhuǎn)軸為中心在轉(zhuǎn)軸間產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)，使裝置緊貼梁端滿足橋梁轉(zhuǎn)動(dòng)的需求。

圖1 轉(zhuǎn)軸式多向變位梳齒板伸縮裝置結(jié)構(gòu)示意圖

1.2 支座式多向變位梳齒板伸縮裝置

支座式多向變位梳齒板伸縮縫（圖2）是另一種應(yīng)用較為廣泛的梳齒板伸縮縫，其多向變位鉸由上、下兩個(gè)U型螺栓構(gòu)件、碗型支座、型鋼箱體及箱內(nèi)設(shè)置的橡膠件組成。上U型螺栓構(gòu)件錨固在活動(dòng)板上，下U型螺栓構(gòu)件與上U型構(gòu)件環(huán)扣后錨固在型鋼箱上，箱體與預(yù)埋筋焊接相連。在型鋼箱內(nèi)設(shè)置橡膠件，起到緩沖減震和穩(wěn)固支座的作用。當(dāng)梁體發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)角時(shí)，縫體通過嵌在橡膠件內(nèi)的碗型支座來適應(yīng)梁體的轉(zhuǎn)動(dòng)變化。

圖2 支座式多向變位梳齒板伸縮縫

2 多向變位梳齒板式伸縮裝置的病害與原因分析

如前所述，多向變位梳齒板式伸縮裝置因其行車舒適、安裝深度淺、表面平整性好等優(yōu)點(diǎn)，短時(shí)間內(nèi)在國(guó)內(nèi)橋梁中得到了較大程度的推廣應(yīng)用，尤其是浙江省，梳齒板式伸縮裝置在各類型伸縮裝置中所占份額極大[3]。然而，大量應(yīng)用的背后也衍生出了一系列的問題：

a）螺栓松動(dòng)、螺帽缺失。圖3為某梳齒板伸縮縫螺栓松動(dòng)、螺帽缺失現(xiàn)場(chǎng)圖，從圖中可清楚看出，該段活動(dòng)板多向變位裝置上的錨固螺栓已損壞，螺帽已丟失。

圖3 梳齒板伸縮裝置 螺栓損壞

圖4 梳齒板伸縮裝置板體脫落

b）鋼板脫落。螺栓松動(dòng)后，錨固失效，若不及時(shí)進(jìn)行維修，在往來車輛的反復(fù)沖擊作用下，很快就會(huì)導(dǎo)致鋼板脫落（圖4）。而鋼板的脫落往往是在車輛通過縫體時(shí)，突然彈出，給行車安全帶來極大的威脅。據(jù)報(bào)道，杭州某大橋梳齒板伸縮縫由于螺栓松動(dòng)，鋼板反彈，導(dǎo)致一輛行駛中的小車墜入江中；安徽省也報(bào)道過諸如鋼板反彈導(dǎo)致車輛翻車的事件，更嚴(yán)重的會(huì)造成車輛油箱破裂，引發(fā)火災(zāi)、爆炸等災(zāi)難。

多向變位梳齒板伸縮縫在應(yīng)用的早期除了會(huì)出現(xiàn)以上所述的集中典型病害以外，還會(huì)出現(xiàn)諸如螺栓斷裂、混凝土破碎、梳齒擠死或斷裂等現(xiàn)象[4]。究其根本原因，除設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)縫體多向伸縮量計(jì)算不科學(xué)（導(dǎo)致梳齒擠死），安裝時(shí)錨固螺栓安裝不規(guī)范、混凝土表面平整度不達(dá)標(biāo)以外，很重要的一個(gè)原因是當(dāng)前多向變位梳齒板伸縮縫的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)存在弊端。眾所周知，由于梳齒板伸縮縫為淺埋設(shè)設(shè)置，所以混凝土的澆筑無法讓縫體與梁體很好地連接，活動(dòng)板與縫體的連接緊靠螺栓連接。這種連接方式對(duì)于周而復(fù)始受溫度變化和車輛沖擊作用的鋼板來說連接力本身就很弱，加之梳齒板縫錨固螺栓是現(xiàn)場(chǎng)焊接或人工種植，如果施工工藝控制不嚴(yán)，極易造成螺桿的垂直度不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致鋼板的錨固不堅(jiān)實(shí)?；顒?dòng)板約束力不足，在荷載的反復(fù)作用下，螺栓發(fā)生疲勞損壞，梳齒疲勞斷裂，最終導(dǎo)致鋼板松動(dòng)彈出缺失。

3 增強(qiáng)型梳齒板伸縮裝置

多向變位梳齒板伸縮裝置過早地出現(xiàn)病害給人們的出行安全帶來了極大的危害，而各種病害的處理和縫體的維修并不像預(yù)料的那么簡(jiǎn)單易操作，給各大養(yǎng)護(hù)單位和業(yè)主單位帶來了極大的困擾。浙江省、安徽省、山西省等多個(gè)省市不得不將病害梳齒板縫進(jìn)行改型處理，將整座橋的梳齒板縫更換為技術(shù)成熟的模數(shù)縫，造成了極大的經(jīng)濟(jì)浪費(fèi)，也給梳齒板縫的市場(chǎng)推廣應(yīng)用造成了極大的負(fù)面影響。所以，能否從根本上改變當(dāng)前梳齒板伸縮裝置的結(jié)構(gòu)缺陷對(duì)于梳齒板伸縮縫的長(zhǎng)久發(fā)展至關(guān)重要，對(duì)于伸縮縫的研發(fā)和生產(chǎn)廠家能否贏得更高的市場(chǎng)份額，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力變得尤為急切。

針對(duì)當(dāng)前梳齒板伸縮縫約束不足，與橋梁連接薄弱這個(gè)致命缺陷上出發(fā)，對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)，研究設(shè)計(jì)出一種活動(dòng)齒端壓緊板式伸縮裝置（圖5）。

圖5 活動(dòng)齒端壓緊板式伸縮裝置

活動(dòng)齒端壓緊板式伸縮裝置，顧名思義，是在活動(dòng)齒板上設(shè)置了壓緊裝置，該裝置可以對(duì)活動(dòng)板產(chǎn)生一定的約束力，防止伸縮裝置在反復(fù)荷載作用下發(fā)生螺栓松動(dòng)，縫體失效的現(xiàn)象，期望有效提高梳齒板伸縮裝置的使用壽命。

該形式的伸縮裝置延續(xù)了多向變位梳齒板伸縮裝置淺埋設(shè)、行車舒適、多向變位等優(yōu)點(diǎn)，采用單元式結(jié)構(gòu)，如圖5所示，每個(gè)單元主要由活動(dòng)齒板、固定齒板、齒端壓緊位移箱及錨固件組成。為防止螺栓松動(dòng)，在齒板下方螺栓上設(shè)置隔震橡膠板起到隔震及防止螺栓松動(dòng)的作用。為達(dá)到約束活動(dòng)板的目的在活動(dòng)齒板下方設(shè)置壓緊位移箱，通過壓緊滑動(dòng)塊、壓緊螺栓將活動(dòng)齒板壓緊在滑動(dòng)面上，壓緊滑動(dòng)塊上部為四氟板，與壓緊位移箱頂面的不銹鋼面形成滑移面?；顒?dòng)齒板在移動(dòng)過程中，通過壓緊螺栓帶動(dòng)壓緊滑動(dòng)塊在壓緊位移箱內(nèi)滑動(dòng)，壓緊螺栓于壓緊滑動(dòng)塊之間形成的壓緊力確?；顒?dòng)齒板始終與不銹鋼板壓緊。在活動(dòng)齒板后方設(shè)置橡膠密封條，在預(yù)緊力的作用下，膠條始終與活動(dòng)齒板緊密結(jié)合，起到密封道路雨水通過伸縮裝置落入橋梁梁端下方。

4 結(jié)論

本文對(duì)多向變位梳齒板式伸縮裝置的常用結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行介紹，指出梳齒板式伸縮裝置常見的早期病害主要是錨固螺栓松動(dòng)失效，進(jìn)而導(dǎo)致板塊缺失，或是齒板斷裂。而各種病害發(fā)生的根本原因在于梳齒板伸縮縫的縫體錨固螺栓強(qiáng)度不足，活動(dòng)齒板的約束不足，在反復(fù)的荷載作用下最終破壞失效。為從根本上解決病害問題，延長(zhǎng)梳齒板式伸縮裝置的使用壽命，本文提出了活動(dòng)齒端壓緊板式的結(jié)構(gòu)形式，在螺栓處設(shè)置橡膠墊塊，在減震的同時(shí)可避免或減少螺栓的松動(dòng)；在活動(dòng)齒板上設(shè)置壓緊位移箱，對(duì)板體施加壓緊力，增加對(duì)活動(dòng)齒板的約束力，防止其出現(xiàn)疲勞破壞。這種活動(dòng)齒端壓緊板式的伸縮裝置從病害問題的源頭出發(fā)，對(duì)梳齒板式伸縮縫的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，有望提高梳齒板伸縮裝置的服役壽命，更好地保障公路橋梁的行車安全。