無縫式橋梁使用性能研究與分析

李娟

(鄭州市交通規劃勘察設計研究院,河南鄭州 450000)

無縫式橋梁使用性能研究與分析

李娟

(鄭州市交通規劃勘察設計研究院,河南鄭州 450000)

隨著無縫式橋梁概念的提出,無縫式橋梁逐漸成為未來橋梁的發展趨勢。本文通過對無縫式橋梁具體在使用過程中的力學特性進行研究與分析,得到了關于無縫式橋梁的主要力學特性。為今后無縫式橋梁的大規模應用提供了理論基礎。并對無縫式橋梁的發展歷程進行了相對的概括。通過與原有橋梁結構的對比,分析了無縫橋梁結構的優點與一些特性以及一些需要注意的關鍵問題。

無縫式橋梁 性能 對比與分析

1 概述

1.1 無縫式橋梁的產生原因

隨著溫度等其他一些微應變的作用，橋梁的上部結構會產生一定量的收縮與變形。原有的解決方法是在橋梁結構上加裝伸縮縫進行調節。但由于伸縮縫無法與橋梁形成完全的統一整體。所以，隨著橋梁結構的逐漸使用往往會由于伸縮縫的損壞引起橋梁結構產生病害。最終導致橋梁結構整體耐久性的下降。為了解決橋梁伸縮縫導致的橋梁病害，橋梁專家們提出了無縫式橋梁的概念[1]。即整體式橋梁免加裝伸縮縫的結構，也就是無縫式橋梁結構。

1.2 無縫式橋梁的主要種類

無縫式橋梁由于取消了伸縮縫的結構，極大地減少了橋梁結構的伸縮縫病害。由于其獨特的結構以及對伸縮縫病害良好的控制，發展及其迅速。現有的無縫式橋梁主要分為兩種結構:半整體式橋梁結構與整體式橋梁結構。

1.2.1 半整體式橋梁結構

半整體式橋梁結構[2]中主梁全部取消了伸縮縫的構造，只在梁端主梁與橋臺之間設置支座與伸縮縫。這種橋梁稱之為半剛性橋梁。這讓種類型的橋梁結構由橋臺以及橋臺后的填土吸收主梁由于溫度變化產生的變形與應變。這種橋梁結構的橋臺結構與原有橋梁的橋臺結構大致相同。所以這種橋梁結構主要用于舊橋改造與加固。

1.2.2 整體式橋梁結構

整體式橋梁結構[3]是將整個主梁結構與柔性橋臺連接在一起。不單單在橋臺處取消了伸縮縫的安裝，在橋臺出也取消了支座的安裝。這種結構的變形與應力主要由橋臺以及橋臺下部的樁基完全吸收。

除此之外我國獨創了半整體式無縫橋梁結構。這種結構在我國發揮迅速，成為我國新建橋梁的主要應用形式之一。

1.3 發展現狀

無縫式橋梁結構研究始于二十世紀三十年代[4]。我國則是從上世紀九十年代左右開始了無縫式橋梁結構的研究。隨著無縫式橋梁技術的逐漸成熟，國外無縫式橋梁結構的應用逐漸廣泛，而我國在無縫式橋梁的研究方面仍處于起步階段?，F有的一些無縫式橋梁結構主要為小跨徑橋梁結構。

2 整體式橋梁與整體式無縫橋梁結構對比分析

通過對我國現有的一些整體式橋梁以及新型全無縫式橋梁作為研究對象，進行研究分析。根據橋梁的具體結構以及結構尺寸，在實際施工與模擬分析[5]中對橋臺、樁基、主梁的變形、應力變化以及顯著地變形特點進行研究與分析并進行總結。我們得到了以下幾點結論。

2.1 溫度變化對橋梁應力整體影響對比分析

溫度變化對橋梁應力影響產生變化。根據實際施工中實時監測以及軟件模擬結果我們看已清楚地發現整體式全無縫橋梁受溫度影響產生的變形方式異于常規橋梁。當溫度下降時，主梁所受拉力大幅增加，對橋梁整體受力極為不利。但一旦出現溫度降低的情況，整體式橋梁的主要受力方式為承受壓應力，這種受力方式對橋梁來說是比較合理的。所以，整體式無縫式橋梁在溫度下降時要優于常規橋梁。

2.2 溫度作用下樁基應力變化對比分析

樁基方面如果收到溫度變化。應力變化趨勢以及盈利分布特性兩種橋梁基本完全一樣。但是無縫式橋梁的應力要完全小于原有的整體式橋梁。所以在樁基方面無縫式橋梁在樁基方面收到溫度變化的影響要優于原有橋梁。

2.3 整體變形對比分析

通過對試驗中實際模擬以及實際應用監測的數據進行分析我們可以看出。隨著溫度變化，無縫式橋梁的變形要小于原有的整體式橋梁。但是兩者之間的差別較小，甚至微乎其微，不能有效影響橋梁的正常使用。同樣剪力也要小于對比橋梁，但一樣差別較小。

2.4 連接處拉應力對比分析

實際檢測數據顯示，整體無縫式橋梁的橋臺在溫度變化的情況下會產生較大的拉應力。同樣在主梁連接處的拉應力要大于原有的整體式橋梁。所以，我們可以認為在主梁連接處以及橋臺位置，原有橋梁的力學性能要由于無縫式橋梁。所以在施工及設計方面在這些部位無縫式橋梁應該稍作加強。

由此我們可以通過對數據的對比與分析結果進行總結。隨著溫度的變化，除了連接處以外無縫式橋梁其他結構在受到溫度變化后產生的溫度應力以及變形要遠遠小于整體式橋梁。但是在溫度變化的情況下，連接部位的溫度應力特別是拉應力對無縫式橋梁的損害要大于整體式橋梁。所以，無縫式橋梁的連接部位應作為施工以及設計的重點部位作為質量控制重點。

3 無縫式橋梁與整體是橋梁使用性能研究與分析

3.1 橋梁長度總結

由于無縫式橋梁為新式結構，所以國內外關于這種結構的具體規范比較少。特別是在橋梁長度方面，目前為止并未形成一個統一的結論?，F在已經建好以及在建的無縫式橋梁結構大多數是通過經驗數據分析來確定橋梁長度。我國現有的跨徑最長的無縫式橋梁長度為137米。國外最長也僅為300到400米左右。所以現有的無縫式橋梁甚至整體式橋梁長度并不大。

3.2 橋臺結構對跨中應力影響

根據實際經驗與模擬分析我們可以得到橋臺結構高度增加可以有效減少主梁跨中應力大小。并且隨著溫度的上升，無縫式橋梁跨中產生的拉應力一只小于整體式橋梁。橋臺高度的增加同樣減小了對樁頂的影響。橋臺對搭接板的作用力隨著溫度變化產生正比例變化。溫度增加，應力增大；溫度減小，應力降低。

3.3 填土剛度對樁頂位移的影響

橋臺后填土剛度增加會減小樁頂位移大小。

無縫式橋梁在溫度變化時，樁頂的位移大小與溫度變化成反比。溫度增加后，樁頂位移減小。溫度降低時，樁頂位移逐漸增加。但是，整體式橋梁的位移變化方式與無縫式完全相反。溫度增加后，整體式橋梁的樁頂位移下降。當溫度減小時，整體式橋梁的樁頂位移增大。

3.4 主梁與橋臺連接剛度對應力變化的影響

當主梁與橋臺的連接剛度增加時，樁頂位移以及橋臺搭接連接處的應力會隨之增加。溫度增大時，主梁與橋臺之間連接剛度下降會導致主梁與橋臺連接應力下降，并對拉應力產生影響。具體變化趨勢為下降趨勢。

3.5 橋梁長度對橋梁結構的影響

當溫度不變，橋梁長度的增加會導致連接處應力應變、樁頂處位移以及應變增大。成正比趨勢變化。但是無縫橋梁結構在溫度與橋梁長度都增加時，拉應力會有一定幅度的降低。但溫度降低時，橋梁結構的應力與應變不會隨著橋梁長度的增加而增加。但在這方面整體式橋梁收影響較小。性能要優于無縫式橋梁。

4 結語

本文對無縫式橋梁這種新型結構進行了總結與分類，對這幾種橋梁結構分別進行了結構上的總結。并通過對這幾種橋梁在實際施工以及模擬運算的方法分析了無縫式橋梁的主要結構形式與受力特點。無縫式橋梁主要在以下幾個方面有待改進:

(1)整體式全無縫橋梁結構在橋臺與主梁連接部位處的應力要遠大于原有的一些橋梁。這些地方需要作為質量控制要點。

(2)無縫式橋梁在樁基變形方面由于其他類型的橋梁。但是兩者相差較小，并不能在橋梁結構受力方面產生足夠大的影響作用。可以近似認為樁基受力方面并無差別。

(3)當主梁溫度下降時，由于搭接部位的變形無縫式橋梁結構中主梁所受到的應力要大于其他橋梁。

在其他方面無縫式橋梁的受力特性要優于其他類型橋梁。

[1] 郭志奇,王艷華.無縫式橋梁設計及半整體式橋臺無縫橋梁的設計實踐.中國高新技術企業,2010,16(151):55-56.

[2] 梁才.半整體式無縫化斜橋受力性能分析:[湖南大學碩士學位論文].長沙:湖南大學,2012,7-8.

[3] 金曉勤,邵旭東.整體式無縫橋梁的研究與應用 .重慶交通學院學報,2002,21(3):7-10.

[4] 馬競.整體式全無縫橋梁研究與實踐.長沙:湖南大學,2002.

[5] 劉釗.整體式無縫橋梁性能研究.長沙:湖南大學,2013.