某大橋模數式伸縮縫病害機理探討

劉志軍

（上海地鐵咨詢監理科技有限公司，上海市　200000）

某大橋模數式伸縮縫病害機理探討

劉志軍

（上海地鐵咨詢監理科技有限公司，上海市200000）

伸縮縫是橋梁構造的重要組成部分，橋梁伸縮縫一旦損壞，將對行車安全和橋梁結構壽命產生重要的影響。介紹了某大橋模數式伸縮縫縱、橫梁斷裂病害情況的調查，著重從伸縮縫材質、幾何截面尺寸和受力荷載等技術標準方面對病害原因進行了計算分析和探討，可為橋梁建設和養護管理提供參考。

模數式；伸縮縫；病害；探討

1　概況

某大橋左右幅分離，結構形式一致，橋跨組合為7×30 m+（48 m+80 m+48 m）+7×30 m，橋梁全長603.24 m。主橋跨越三級航道，采用變截面三向預應力混凝土連續箱梁；引橋為先簡支后連續組合箱梁橋，下部結構采用樁柱式墩臺、鉆孔灌注樁基礎。主引橋7#過渡墩為D240模數式伸縮縫和10#過渡墩為D160型模數式伸縮縫，橋臺處為D80型鋼伸縮縫。橋梁設計荷載：公路-I級，于2008年建成通車。養護檢查中發現本橋左右幅D160和D240伸縮縫均出現局部邊縱梁和中縱梁斷裂脫落、橫梁斷裂脫落等病害，及時采取了應急處治措施，對邊、中縱梁斷裂脫落的范圍覆蓋2 cm厚的鋼板，在維修前保證行車安全。

2　病害調查

2.1左幅7#墩伸縮縫

伸縮縫病害示意見圖1。

圖1　左幅7#墩伸縮縫病害示意圖（單位：mm）

2.1.1縱梁

（1）1#縱梁距外側護欄3.9～4.8 m范圍內型鋼斷裂、脫落，見圖2。

圖2　左幅7#墩伸縮縫邊縱梁斷裂脫落

（2）2#縱梁距外側護欄4.1～5.7 m范圍內型鋼斷裂補焊、下撓（見圖2）；距內側護欄0～2.2 m范圍內，型鋼斷裂脫落、已加鋪鋼板（見圖3）。

（3）3#縱梁距外側護欄3.9～5.7 m范圍內型鋼斷裂、下撓，見圖3。

2.1.2橫梁

橫梁7道，其間距1.5 m，縱梁斷裂基本發生在與橫梁固結處（見圖3、圖4）。橫梁斷裂處，車輛行經時有明顯大幅度的上下撓動。

圖3　左幅7#墩伸縮縫中縱梁斷裂脫落

圖4　左幅7#墩伸縮縫中縱梁、橫梁斷裂脫落

2.2左幅10#墩伸縮縫

伸縮縫病害示意見圖5。

圖5　左幅10#墩伸縮縫病害示意圖（單位：mm）

2.2.1縱梁

中縱梁距內側護欄2～6 m范圍內斷裂、脫落，已加鋪鋼板（見圖6）；距內側護欄0 m，中縱梁斷裂（見圖7）。

圖6　左幅10#墩伸縮縫中縱梁斷裂脫落

圖7　左幅10#墩伸縮縫橫梁斷裂脫落

2.2.2橫梁

由東向西，5#中橫梁缺失（見圖6）。

2.3右幅7#墩伸縮縫

伸縮縫病害示意見圖8。

圖8　右幅7#墩伸縮縫病害示意圖（單位：mm）

2.3.1縱梁

距外側護欄3.15～5.4 m、距內側護欄1～3.2 m范圍已鋪鋼板（見圖9、圖10）；距外側護欄5.9 m 處3#縱梁斷裂（見圖11），車輛行經是撓動幅度較大。

圖9　右幅7#墩伸縮縫縱、橫梁斷裂脫落

圖10　右幅10#墩伸縮縫橫梁斷裂脫落

圖11　右幅10#墩伸縮縫邊縱梁斷落

2.3.2橫梁

由東向西的順序，見4處橫梁：1#橫梁焊接鋼筋修補；2#橫梁斷裂，6#橫梁斷裂，5#～6#橫梁間3#縱梁斷裂掉落。

2.4右幅10#墩伸縮縫

2.4.1縱梁

中線處邊縱梁斷裂（見圖11），脫落1節，長約30 cm。車輛行經時，縱梁撓動。

2.4.2橫梁

橫梁較完好。

3　中梁材質及尺寸

本橋模數式伸縮縫中梁鋼采用“工”字型截面（見圖12），采用游標卡尺對中梁鋼的截面尺寸進行了測量。測量結果見表1。

圖12　中梁截面示意圖

表1　本橋中梁尺寸表

調查表明，該橋D240、D160伸縮縫中梁鋼采用的是規格為15 kg/m輕型鋼軌，鋼材牌號為55Q。

通過對其他多座橋梁的D160、D240伸縮縫中梁鋼截面形式和截面尺寸的調查，發現所調查橋梁伸縮縫中梁鋼的使用均與《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）規定的截面形式一致，即“王”字型異型鋼（見圖13）。

圖13　中梁截面示意圖

通過現場查勘，并與《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）的要求和規定對比，得出本橋伸縮縫以下結論：

（1）D240、D160伸縮縫中梁鋼尺寸偏小

《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）5.3.1條文規定，伸縮縫裝置異型鋼材斷面尺寸應符合B1≥80 mm、B2≥80 mm、B≥16 mm、H≥120 mm，質量滿足≥36 kg/m。由此可見本橋伸縮縫中梁鋼除尺寸B1外，均小于該規范值。調查的其他橋梁伸縮縫中梁基本滿足規范要求。

（2）D240、D160伸縮縫中梁鋼材質不滿足要求

《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）5.3.1條文規定，異型鋼材不低于Q345C鋼材強度，其余鋼材不低于Q235C鋼材強度。

15 kg/m輕型鋼軌使用的 55Q鋼含碳量（0.50%～0.60%）高于Q235、Q345鋼材，屬中碳鋼。含碳量的增加，提高了鋼材屈服點和抗拉強度升高，硬度增加，但塑性、韌性下降，延展性下降、沖擊性降低，當碳量超過0.23%時，鋼的焊接性能變差。輕型鋼軌的質量要求比較低，主要用于林區、礦區、工廠及施工現場等處鋪設臨時運輸線路和輕型機車用線路。

4　伸縮縫寬度

4.1伸縮縫寬度

采用鋼尺對本橋D160和D240模數式伸縮縫寬度進行了測量。測量結果顯示D240型鋼伸縮縫各縫間寬度分布不均勻，中梁與邊梁間的寬度大于中梁間的寬度。伸縮縫寬度示意見圖14。

圖14　伸縮縫寬度示意圖

4.2伸縮縫高差

采用水平尺和塞尺對模數式伸縮縫型鋼與橋面高差進行了測量。測量結果顯示，左幅7#墩伸縮縫與橋面最大高差達30 mm，右幅7#墩伸縮縫與橋面最大高差達12 mm；左幅10#墩伸縮縫與橋面最大高差達10 mm，右幅10#墩伸縮縫與橋面最大高差達18 mm。以上高差數據均不滿足規范要求。

5　受力計算

5.1計算模型

參考《公路橋梁伸縮裝置設計指南》（JTQX-2011-12-1）進行中梁受力計算分析。

D240伸縮縫橫梁中心距為1.5 m，計算模式見圖15，計算15 kg/m輕型鋼軌中梁的受力，擬對圖示中梁A、B截面進行驗算。由于無法準確測量橫梁構件尺寸，且支撐條件未知，故未對橫梁進行受力計算。

圖15　伸縮縫中梁計算示意圖（單位：mm）

5.2計算荷載

豎向靜力荷載為《公路橋涵設計通用規范》（JTG D60-2004）4.3所規定的車輛荷載后軸重力標準值140 kN和（1+μ）的乘積。后軸車輛著地范圍為縱向0.2 m，橫向0.6 m，D240伸縮縫單片中梁受力分配系數取0.5，則中梁受單輪豎向力為：

P=140×（1+0.45）×0.5×1/2=50.75 kN

水平靜力荷載為后軸重力產生的制動力：F= P×10%=5.08 kN。

5.3荷載工況

分別選取圖示A、B截面最大正彎矩和最大負彎矩工況進行受力計算。荷載加載圖示見圖16～圖19。

圖16　A截面最大負彎矩加載工況（單位：mm）

圖17　A截面最大正彎矩加載工況（單位：mm）

圖18　B截面最大正彎矩加載工況（單位：mm）

圖19　B截面最大負彎矩加載工況（單位：mm）

5.4強度驗算

中梁A、B截面最不利荷載作用下，強度和疲勞強度驗算結果匯總見表2。

表2　中梁應力計算結果

（1）A截面處中梁與橫梁焊接連接，屬D類連接，強度和疲勞強度計算如下:

最大應力為拉應力時最大應力為壓應力時

（2）B截面無連接，屬A類，強度和疲勞強度計算如下:

最大應力為拉應力時

最大應力為壓應力時

6　結　論

根據上述調查及計算分析表明，造成本橋D240、D160伸縮縫中梁斷裂的主要原因如下：

（1）截面尺寸偏小。伸縮縫中梁鋼采用的是輕型鋼軌，不滿足《公路橋梁伸縮縫裝置》的規定。在車輛荷載作用下，中梁強度及疲勞強度不能滿足規范要求。

（2）材質不滿足要求。伸縮縫中梁鋼采用牌號55Q，屬中碳鋼，其塑性、韌性、延展性下降和抗沖擊性降低，焊接性能變差。

（3）焊接性能較差。55Q中梁鋼與橫梁焊接連接，降低了材料的韌性，焊接會導致鋼材出現微裂縫和疲勞強度顯著降低，在車輛荷載反復作用下，容易產生斷裂。

（4）平整性不好。伸縮縫型鋼頂面與橋面高程偏差較大，平順性較差，加大了車輛荷載對中梁的沖擊效應。

U445.7+1

B

1009-7716（2016）07-0205-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.059

2016-03-13

劉志軍（1978-），男，山東淄博人，工程師，從事工程建設監理工作。