橋梁伸縮縫設計要點分析

楊帆

（黑龍江省公路勘察設計院，黑龍江 哈爾濱 150001）

引言

隨著我國交通運輸事業的迅猛發展，橋梁作為交通線中的重要組成部分，其數量的增多、規模的擴大更為明顯，而橋梁組成之一的伸縮裝置，用量也越來越大，使用范圍也越來越廣，型式也越來越多了。橋梁伸縮裝置在結構中直接承受車輪荷載的反復沖擊作用，且長期暴露在大氣中，是橋梁中易受破壞且難以修補的部位。因此，選用優良的伸縮裝置，使其能適應由于橋梁的各種變化所引起的伸縮。

1 橋梁伸縮縫概述

橋梁伸縮縫是指為適應材料脹縮變形需要而在橋梁上部結構中設置的間隙。為使車輛平穩通過橋面，在橋梁伸縮縫處設置的由橡膠和鋼材等構件組成的各種裝置稱為伸縮縫裝置。當前，對于橋梁伸縮縫一般有對接式、鋼制支承式、組合剪切式(板式)、模數支承式以及彈性裝置。①對接式伸縮縫。對接式伸縮縫裝置，更具其構造形式和受力特點的不同，可分為填塞對接型和嵌固對接型兩種。填塞對接型伸縮裝置是以瀝青、木板、麻絮、橡膠等材料填塞縫隙，伸縮體在任何情況下都處于受壓狀態。該類伸縮裝置一般用于伸縮量在40mm以下的常規橋梁工程上，但目前已不多見。嵌固式對接伸縮縫裝置利用不同形態的鋼構件將不同形狀的橡膠條(帶)嵌牢固定，并以橡膠條(帶)的拉壓變形來吸收梁體的變形，其伸縮體可以處于受壓狀態。也可以處于受拉狀態。②鋼制支承式伸縮裝置。當橋梁的伸縮變形量超過50mm時，常采用鋼質伸縮裝置。該伸縮裝置當車輛駛過時往往由于梁端轉動或撓曲變形而產生拍擊作用，噪聲大，而且容易使結構損壞。因此，需采用設有螺栓彈簧的裝置來固定滑動鋼板，以減少拍擊和噪聲，該伸縮縫的構造相對復雜。③組合剪切式(板式)橡膠伸縮裝置。該裝置是利用各種不同斷面形狀的橡膠帶作為填嵌材料的伸縮裝置。由于橡膠富有彈性，易于粘貼，又能滿足變形要求且具備防水功能。因此，目前在國內、外橋梁工程中已獲得廣泛應用。④模數支承式伸縮裝置。板式橡膠制品這一類伸縮裝置，很難滿足大位移量的要求；鋼制型的伸縮裝置，很難做到密封不透水，而且容易造成對車輛的沖擊，影響車輛的行駛性。因此，出現了利用吸震緩沖性能好又容易做到密封的橡膠材料，與強度高性能好的異型鋼材組合的，在大位移量情況下能承受車輛荷載的各類型模數支承式(模數式)橋梁伸縮裝置系列。⑤彈性體伸縮裝置。彈性體伸縮裝置分為鋅鐵皮伸縮縫和TST碎石彈性伸縮縫，彈性體伸縮裝置是一種簡易的伸縮縫裝置，對于中小跨徑的橋梁，當伸縮量在20mm-40mm以內時可以采用TST碎石彈性伸縮縫裝置，是將特制的彈塑性材料TST加熱熔化后，灌入經過清洗加熱的碎石中，即形成了TST碎石彈性伸縮縫，碎石用以支持車輛荷載，TST彈塑性體在-25℃～60℃條件下能夠滿足伸縮量的要求。

2 橋梁伸縮縫設計要點

2.1 伸縮縫破壞過早的設計原因 伸縮縫的破壞最先從過渡段的混凝土開始。過渡段混凝土的主要荷載為車輛輪壓產生的動載，當輪壓在伸縮縫上時，其荷載通過錨固系統傳遞到過渡段混凝土，再傳遞到梁板上，并產生一定的壓縮變形。在設計上而言，造成伸縮縫的破壞過早，無非是以下方面的原因：①伸縮縫在整個橋梁工程所占的份量不多，一般易被設計人員忽視，從而未對伸縮縫進行細致的考慮與設計。②伸縮裝置的受力復雜，而與之密切相關起決定作用的錨固系統卻不盡合理。③設計方面對施工的實際情況考慮不足。如：錨固混凝土太薄且鋼筋密布，伸縮裝置的錨固系統很難準確地預埋在梁中，甚至無法預埋，相當一部分錨固系統不得不錨固在整體化層混凝土中。④有的設計工程師在伸縮縫設計過程中只注重計算橋梁的伸縮量，并以此進行選型，而往往對伸縮裝置的性能了解不全面，忽視了產品的相應技術要求。

2.2 伸縮縫設計要點

2.2.1 整體設計。合理選定恰當伸縮量的縫隙極為重要，縫隙越大伸縮裝置越容易遭破壞。采用的縫隙過大或過小，以及沒有考慮安裝時的溫度而調整間隙。特別是針對板式橡膠伸縮裝置，易造成破壞。即使是連續橋面，在面層鋪裝上往往也會出現裂紋。因此。要采取預先切割橋面，設置接縫，或用較軟的鋪裝層來吸收裂縫，或者安設小型的伸縮裝置來解決。在較大縱坡的情況下，如不設置考慮適應豎直變位的構造，也容易產生缺陷，引起破壞。伸縮裝置沿橋面縱向，即使伸縮量小，也存在撓度差大的問題，因此，在伸縮裝置構造上要給予重視。伸縮裝置與梁體結合成等強的整體無疑是提高其使用效能的重要手段。除模數式伸縮裝置之外的其他類型的橋梁伸縮裝置，與橋面板的固定、結合往往不夠充分，效果不甚理想，一般構造尺寸較小、剛度不足，而且對新材料的特征、配合等研究不夠深入，所以在選型時應作充分的比較研究。為防止因雨水而起的漏水現象，雖然在一些鋼制伸縮縫裝置中，對配合部位采取插入密封橡膠或將排水裝置或鋪裝層面層作為容易清掃的型式，或在整個縫隙中灌注填人防水材料的實用型式。對與橋面的雨水，一般應在伸縮裝置附近設集中排水口；對不在日常養護作多次涂漆的構件上，設計上應采用優質耐久的防護材料作有效的處理。

2.2.2 實例設計。在設計方面，有些設計者誤認為上部構造梁板的實際預制長度與理論長度之差就是橋兩端伸縮縫的寬度。就一孔20m長的簡支梁橋為例，有些設計人員照本宣科，把兩端各設一道縫寬2cm的伸縮縫。實際上按溫差45℃設計，伸縮量按下式計算：

式中：△Lt-溫度變化產生的伸縮量；

a-線膨脹系數，混凝土 a=10×10-6，鋼 a=12×10-6；

L-伸縮梁的長度；

△Ls，△Lc-由于混凝土收縮和徐變影響而產生的收縮；

△Ld-梁端轉角產生的變形量；

△Le-制造安裝誤差。

膨脹系數 n=10×10-6，干燥收縮度 20×10-5，徐變系數ψ=2.0，預應力引起的平均軸向應力 σ=6N/mm2，混凝土的彈性模量 Eh=30000N/mm2，施加預應力后三個月的遞減系數=0.4，則：△=45×10×10-6×20000=9mm，△L=20×aLβ=20×10×10-6×20000×0.4=1.6mm?！鱈=σ／EhψLβ=6/30000×2×20000×0.4=3.2mm。設梁端旋轉水平變形△Ld=3mm。總伸縮量△L=9+1.6+3.2+3=16.8mm。按此計算，只在一端(若系坡橋只在高處一端)留一道縫寬2cm的伸縮縫即可，另一端橋面鋪裝與背墻連續，這樣，既節約了資金，又減輕了跳車。

合理預留伸縮縫寬度，可使其在夏季擠緊，到冬季溫度降低時才會拉開，從而有效提高伸縮縫壽命，減小橋頭跳車。據觀察伸縮縫擠壞的很少，大部分是縫太寬，引起跳車，跳車越嚴重縫破壞的越快，形成惡性循環。另外混凝土還有相當高的抗壓強度，只要擠壓在規定范圍內，對橋梁結構不會造成影響。由此可見在伸縮縫的設計中，采用安全系數較大的伸縮縫寬度，是完全沒有必要的。

結語

橋梁伸縮縫的破壞，對橋梁使用性能以及通車都會帶來嚴重的影響，因此必須加強橋梁伸縮縫的優化設計，從伸縮縫類型、結構以及環境等相關因素進行強化設計，才能確保伸縮縫在今后的使用中，滿足橋梁使用性能。

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