RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置應(yīng)用研究

張寧寧，申鐵軍

(山西路橋第七工程有限公司，山西 晉城 048000)

1 傳統(tǒng)橋梁模數(shù)式伸縮裝置的局限性

橋梁伸縮裝置作為橋梁結(jié)構(gòu)中行車(chē)安全性能的主要結(jié)構(gòu)件越來(lái)越引起橋梁建設(shè)者的重視。傳統(tǒng)伸縮裝置主要是梳齒板裝置與模數(shù)式裝置。國(guó)內(nèi)使用的梳齒板裝有兩類(lèi):一類(lèi)為懸臂式梳齒板裝置，由于其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)缺陷，沒(méi)有被廣泛應(yīng)用；另一類(lèi)為普通三防簡(jiǎn)支式梳齒板裝置，該類(lèi)裝置由于不具備三維變位功能，損壞嚴(yán)重，已逐步被淘汰使用(行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T327-2004明確梳齒板裝置一般適用于伸縮量不大于300 mm的橋梁工程)。橋梁模數(shù)式伸縮裝置開(kāi)始應(yīng)用并沿用至今，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用。但近年來(lái)，橋梁模數(shù)式伸縮裝置的局限性逐漸顯現(xiàn)出來(lái)，特別是其微小的橫向、豎向、扭轉(zhuǎn)變位以及深埋等性能缺陷，已嚴(yán)重不適應(yīng)橋梁的長(zhǎng)大化、多樣化需求。

1.1 水平轉(zhuǎn)角性能分析

橋梁模數(shù)式伸縮裝置是橫橋向通長(zhǎng)排列，當(dāng)梁體在風(fēng)力作用下梁端產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)變位和水平轉(zhuǎn)角時(shí)，中梁鋼在擠壓狀態(tài)及扇形變位下會(huì)發(fā)生塑性形變。如江蘇省某大橋現(xiàn)場(chǎng)，據(jù)江蘇省橋梁管理局提供的檢測(cè)報(bào)告顯示，當(dāng)水平轉(zhuǎn)角尚未達(dá)到0.01弧度時(shí)，梁端的最大位移量已經(jīng)達(dá)到417 mm，伸縮裝置被拉壓后產(chǎn)生塑性形變后無(wú)法恢復(fù)，結(jié)果是最終使用不到4年被整體更換。

1.2 豎向轉(zhuǎn)角性能分析

當(dāng)梁端發(fā)生豎向轉(zhuǎn)角時(shí)，橋梁模數(shù)式伸縮裝置橫梁與中梁間產(chǎn)生夾角，支承梁與滑動(dòng)支座間的運(yùn)動(dòng)阻力劇增，伸縮裝置滑移受阻，根據(jù)相關(guān)單位檢測(cè)，江蘇省某大橋由于車(chē)載等原因，24 h內(nèi)造成伸縮裝置來(lái)回伸縮累計(jì)滑移達(dá)120 m，連接件斷裂，支座脫落。同時(shí)，支座的脫落導(dǎo)致中梁下陷，伸縮裝置表面變得凹凸不平，汽車(chē)行駛通過(guò)時(shí)跳車(chē)嚴(yán)重，沖擊荷載(動(dòng)載)劇增，結(jié)果導(dǎo)致梁鋼斷損上翹，事故頻發(fā)，成為危橋。

1.3 結(jié)構(gòu)受力性能分析

橋梁模數(shù)式伸縮裝置的中梁鋼、上表層邊橫橋向通長(zhǎng)排列，梁鋼間有不可避免的伸縮間隙，汽車(chē)車(chē)輪通過(guò)時(shí)沖擊力較大，鋼梁易斷裂。伸縮裝置下部的支撐橫梁順橋向1.0～1.2 m間隔排列，橫梁起到支撐著中梁鋼的作用，當(dāng)中梁鋼斷裂后，易造成端部起翹，導(dǎo)致交通事故的頻頻發(fā)生。

1.4 防滑、防水、防噪音、防病害性能分析

模數(shù)式伸縮裝置的伸縮橡膠止水帶，其位置嵌置于兩側(cè)異型鋼槽內(nèi)，直接暴露在外面，外露的橡膠止水條受到惡劣環(huán)重的侵害，縫內(nèi)垃圾積壓，伸縮受阻，易產(chǎn)生積水結(jié)冰現(xiàn)象，在低溫多雨的山區(qū)有極其嚴(yán)重的交通安全隱患。

1.5 運(yùn)營(yíng)成本、社會(huì)效益分析

相對(duì)而言，橋梁模數(shù)式伸縮裝置的維修、更換成本較高。橋梁模數(shù)式伸縮裝置的中、邊梁鋼橫橋向通長(zhǎng)(全幅橋的寬度)支撐與排列橫梁組成一個(gè)整體，如果出現(xiàn)局部損壞，在車(chē)載振動(dòng)沖擊作用下會(huì)嚴(yán)重影響整體受力，這種伸縮裝置是無(wú)法局部更換的，一旦損壞，須更換整個(gè)伸縮裝置。另一方面，其更換或維修時(shí)橋梁須全幅封閉，中斷交通，尤其對(duì)于車(chē)流量較大的道路，帶來(lái)極大的交通壓力。

2 RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置關(guān)鍵技術(shù)分析

若采用傳統(tǒng)橋梁模數(shù)式伸縮裝置，由于模數(shù)式裝置深埋在兩個(gè)梁體之間，橋梁兩聯(lián)間的梁體端部間距正常為伸縮量的2.0倍，大位移量伸縮裝置則由若干片中梁組合而成，每一道中梁均支承在橫梁上，常規(guī)每根中梁鋼的寬度均大于80 mm，即使全收縮在一起，也會(huì)有不小于伸縮量的寬度。

(1)當(dāng)中等地震作用下，鋼梁相互擠壓，影響結(jié)構(gòu)的響應(yīng)和傳力路徑。

(2)在大地震作用下，裝置直接與橋梁板成剛性碰撞從而加重橋梁災(zāi)難。

采用RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置，在6級(jí)以下烈度地震作用下，不影響結(jié)構(gòu)的傳力路徑與響應(yīng)；在6級(jí)及以上烈度地震下，橋梁的上部順橋向才發(fā)生位移，在梳齒根部槽口處和斷面進(jìn)行圓弧過(guò)渡設(shè)計(jì)，防落擋塊置于兩梁之間，能起到減振、限位、消能的作用，同時(shí)，在梳齒板的底部梁端伸縮縫間增加吸聲結(jié)構(gòu)，可以吸收汽車(chē)輪胎駛過(guò)產(chǎn)生的聲音，有效控制噪音向兩側(cè)的擴(kuò)散與放大，從而減少噪音對(duì)周邊居民的影響。總之，可縮小梁端間距、降低安裝深度、減振吸音、防滑防水尤其可提高抗震性能。

3 工程實(shí)例

重慶黃花園大橋于1999年底建成通車(chē)，為橫跨渝中區(qū)和江北區(qū)的交通樞紐，橋梁伸縮裝置采用的是美國(guó)某廠(chǎng)商橋梁模數(shù)式伸縮裝置，使用不到2年，伸縮裝置陸續(xù)損壞，2004年伸縮裝置因損壞無(wú)法維修需要全部更換。大橋管理部門(mén)先后在德國(guó)和瑞士等行業(yè)巨頭中比選，后由瑞士某廠(chǎng)商對(duì)直線(xiàn)橋上的兩條伸縮裝置進(jìn)行更換，而對(duì)另一條同樣560 mm伸縮量損壞更嚴(yán)重的D匝道處伸縮縫卻束手無(wú)策。D匝道伸縮縫位于匝道與主橋相接處，匝道為懸臂結(jié)構(gòu)梁橋，公交車(chē)通過(guò)時(shí)梁端(伸縮縫一側(cè))就會(huì)下沉幾公分，這就要求伸縮裝置必須具有良好的抗豎向轉(zhuǎn)動(dòng)功能。這正是模數(shù)式產(chǎn)品的軟肋。據(jù)管理部門(mén)介紹，國(guó)內(nèi)外行業(yè)廠(chǎng)商幾乎全部到現(xiàn)場(chǎng)考察過(guò)，均無(wú)法提供相應(yīng)的技術(shù)方案。由于長(zhǎng)時(shí)間損壞無(wú)法得到有效修繕，只能臨時(shí)用鋼板鋪蓋，存在較大交通安全隱患。同時(shí)伸縮裝置底下就是輕軌交通，給維修施工提出了更高的要求。2005年，針對(duì)性地進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，產(chǎn)品制作安裝后大橋D匝道恢復(fù)了正常的交通功能，15年來(lái)一直未出現(xiàn)維修情況。

4 結(jié) 語(yǔ)

近10年以來(lái)，特大位移量RB多向變位單元式橋梁新型伸縮裝置已在近百座特大型橋梁上成功應(yīng)用，至今實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品及部件“零”更換。應(yīng)用工程中僅出現(xiàn)極少數(shù)產(chǎn)品因過(guò)渡混凝土局部破損或螺栓松動(dòng)原因造成維修養(yǎng)護(hù)，更換率不足萬(wàn)分之一。