新型多孔加強橋梁伸縮縫結構設計及應用研究

高煒黨

(河北省高速公路宣大管理處 張家口市 075000)

橋梁伸縮縫是吸收因環境變化和外部荷載作用而引起橋面變形的伸縮裝置，防止橋梁因水平和豎直方向變形而破壞，通常設置在兩梁端之間、梁端與橋臺之間。橋梁伸縮縫的作用在于調節由溫度變化、混凝土的徐變、車輛荷載等所引起的梁端位移，伸縮縫的設計和選型對橋梁的使用功能和結構的穩定性至關重要。目前，現有的橋梁伸縮縫對車輛荷載沖擊功的吸收能力差，難以滿足綜合作用下梁端大位移量的情況，使用一段時間后，車輛在經過時會由于沖擊而產生較大的顛簸和震動聲響，且長時間的沖擊會導致伸縮縫構件與橋梁地面之間產生剝離，嚴重地降低了兩者之間的結合強度。此外，現有的伸縮縫結構還存在漏雨、漏水及雜物堵塞的問題。因此，分析了現有橋梁伸縮縫的種類和使用效果，針對現有伸縮縫的不足做出改進，設計了一種新型多孔加強橋梁伸縮縫，以解決現有的橋梁伸縮縫存在的抗沖擊性能差且容易滲水及被雜物堵塞的技術問題。

1 橋梁伸縮縫設計的影響因素

(1)溫度變化

溫度變化影響著材料的熱脹冷縮，進而溫度的變化控制著橋梁的伸縮量。溫度對于橋梁的影響分為整體溫度和溫度梯度。我國四季分明，地域遼闊，東西及南北溫差懸殊，整體溫度使簡支梁及連續鋼構件的橋梁內部溫度分布不均勻，引起橋梁內部溫度應力效應，進而在端部產生角變位，一般合理設置支座及伸縮縫可予以消除。而對于因日照變化而引起的溫度梯度，常見的伸縮縫很難完全抵消這種溫度梯度變化所引起的內力效應。

(2)混凝土的變形

目前大多數橋梁是鋼筋混凝土橋及預應力混凝土橋，在伸縮縫設計時，應考慮混凝土的收縮和徐變。混凝土的收縮是混凝土澆注完成以后進行初期凝固時體積縮小的現象。混凝土的徐變是混凝土在長期車輛荷載作用下所產生的變形，這部分變形主要有水泥顆粒間的延時流動及混凝土的塑性變形。在設計時應重點考慮混凝土的徐變。

(3)外部荷載

橋梁的使用功能決定了其長期承受車輛活載、恒載等外部荷載的特點，外部荷載作用下橋梁將會在水平向和豎直向發生位移，并且會在端部產生角位移，而使橋面間的伸縮連接裝置產生相同的變形情況。在進行橋梁伸縮縫的參數設計時，應予以重視。

2 橋梁伸縮縫種類及使用分析

2.1 鋼板式伸縮縫

鋼板式伸縮縫是以鋼材作為伸縮縫材料，鋼板式伸縮縫的種類繁多，構造較其他伸縮縫復雜，常用的有搭板式和梳齒形。這種伸縮縫能直接承受反復的車輛荷載，這種伸縮縫裝置多用于大、中型橋梁中。能適應較大范圍的位移變形。然而這種伸縮縫自身的剛度不足，容易在沖擊作用下產生撓度，車輛容易產生跳車現象，導致伸縮縫的損壞。

2.2 U形式伸縮縫

U形鋅鐵皮式伸縮縫選擇U形鋅鐵皮作為伸縮材料，這種伸縮裝置非常簡易。伸縮縫分為上下兩層，上面一層開設孔眼，并安設過濾裝置，用瀝青膠填塞，鋅鐵皮隨橋面的伸縮而變形。下層的主要作用將橋面滲入的雨水排出。這種伸縮縫構造簡單，但是因其過縫材料剛度較差，因而使用壽命較短，伸縮變形效果較差。

2.3 橡膠伸縮縫

橡膠伸縮縫是以橡膠作為緩沖嵌縫體的伸縮裝置，分為橡膠板式伸縮縫和橡膠條伸縮縫。橡膠體具有良好的彈性，以橡膠體的伸縮變形來抵消橋面的變形，并且易于安裝和更換。但是傳統的橡膠伸縮縫常設計不合理，長期直接承受車輛的沖擊，容易遭到破壞。

3 新型多孔伸縮縫設計及應用

3.1 多孔伸縮縫設計

針對目前橋梁伸縮縫存在的不足之處，采取了加強多孔的改進，新型加強多孔橋梁伸縮縫構造見圖1。

新型多孔橋梁伸縮縫，包括第一安裝架、第二安裝架、緩沖橡膠體和導流板。第一安裝架包括型鋼106和多個錨固筋101，第二安裝架的結構與第一安裝架的結構相同。第一安裝架與第二安裝架均設置有凹槽，兩個凹槽的槽口相對，且兩個凹槽的槽壁的厚度面之間間隙設置。通常情況下，兩個凹槽的槽壁的厚度面之間的距離為4cm，即伸縮縫的寬度通常為4cm。緩沖橡膠體102位于第一安裝架與第二安裝架之間，即緩沖橡膠體102位于兩個槽鋼之間，緩沖橡膠體102的長度方向上開設有通孔。在使用狀態下，槽鋼的靠近橋面的側壁為上槽壁104，槽鋼的遠離橋面的側壁為下槽壁105，與上槽壁104和下槽壁105連接的部分為槽底106。錨固筋101與槽底106固定連接，多個錨固筋101沿槽鋼的長度方向間隔設置，錨固筋101呈U形。通孔的中心線與緩沖橡膠體102的長度方向平行。緩沖橡膠體102的上表面與兩個凹槽的上槽壁104的內表面抵接，緩沖橡膠體102的下表面與兩個凹槽的下槽壁105的內表面抵接，緩沖橡膠體102的長高面與槽底106的內表面之間間隙設置。緩沖橡膠體102的上表面設置有上凸出部107，上凸出部107的厚度面與上槽壁104的厚度面抵接。緩沖橡膠體102的下表面設置有下凸出部108，下凸出部108的厚度面與下槽壁105的厚度面抵接；引流板103位于緩沖橡膠體102的下方，且引流板103的一個長度邊與第一安裝架固定連接，引流板103的另一個長度邊與第二安裝架固定連接，即引流板103的兩個長度邊分別與兩個凹槽的下槽壁105固定連接。

(a)俯視平面圖

(b) 剖面圖圖1 新型多孔伸縮縫構造圖

3.2 多孔伸縮縫的設計特征

(1)相鄰兩個第一加強筋的板面之間的距離為10～30cm，相鄰兩個第二加強筋的板面之間的距離為10～30cm，第一加強筋與所述第二加強筋對稱設置或錯位設置。

(2)圖1所示B處上槽壁104的厚度d2與上凸出部107的厚度d1之間的差值為1～3mm。該差值可以為1mm、1.5mm、2mm、2.5或3mm，見圖2。

(3)通孔的數量為三個，分別為第一通孔、第二通孔和第三通孔，通孔的形狀為矩形、圓形、橢圓形或紡錘形中的一種或幾種，第一通孔的寬度w1與第三通孔的寬度w3均小于所述第二通孔的寬度w2，見圖3。

圖2 B處局部放大圖

圖3 緩沖橡膠體結構示意圖

(4)引流板103展成平板狀時，引流板103的寬度大于伸縮縫的寬度，以保證引流板103不會被拉斷。

3.3 多孔伸縮縫的應用效果

(1)新型加強多孔橋梁伸縮縫通過將緩沖橡膠體的上表面與兩個凹槽的上槽壁的內表面抵接，并將緩沖橡膠體的下表面與兩個凹槽的下槽壁的內表面抵接，同時將上凸出部的厚度面與上槽壁的厚度面抵接，并將下凸出部的厚度面與下槽壁的厚度面抵接。緩沖橡膠體102的材質為三元乙丙橡膠，三元乙丙橡膠是由乙烯、丙烯經溶液共聚合而成的橡膠，再引入第三單體(ENB)。三元乙丙橡膠基本上是一種飽和的高聚物，具有良好的耐老化性能、耐天候性、耐水性、電絕緣性能和耐化學腐蝕性，且具有較高的彈性和延伸性，抗沖擊性和耐撕裂性較強，具有極佳的尺寸穩定性和廣泛的溫度適應性。這樣的方式能夠增強橋梁伸縮縫整體結構的抗沖擊性能和嚴密性，有效地防止塵土和沙石等雜物落入凹槽中。

(2)上凸出部的厚度小于上槽壁的厚度，在使用狀態下，且沒有外力沖擊作用下，上凸出部的上表面位于上槽壁的外表面的下方，而當緩沖橡膠體受到擠壓沖擊作用而發生形變時，上凸出部的上表面也不會高于上槽壁的外表面，這樣既能夠減小對車輛的沖擊，防止車輛顛簸，又能夠防止車輛對上凸出部的磨損，從而延長了橋梁伸縮縫的使用壽命。

(3)在緩沖橡膠體的長度方向上開設通孔，當有車輛從橋梁伸縮縫上駛過時，或當橋梁伸縮縫兩側的橋面受熱膨脹時，會對緩沖橡膠體產生擠壓沖擊，由于緩沖橡膠體設有通孔，擠壓沖擊作用會被通孔吸收一部分，從而減小了緩沖橡膠體在豎直方向上的形變量，進一步防止上凸出部的上表面高于上槽壁的外表面。

(4)通過在緩沖橡膠體的下方設置引流板，能夠將雨水或污水等積液排出，避免橋面積水現象。

4 結束語

綜上，以往傳統的橋梁伸縮縫抗沖擊性能較差，車輛在經過時會由于沖擊而產生較大的顛簸和震動聲響，且長時間的沖擊會導致伸縮縫構件與橋梁地面之間產生剝離，嚴重地降低了兩者之間的結合強度。此外，現有的伸縮縫結構還存在漏雨、漏水及雜物堵塞的問題。為此，設計了一種新型加強多孔的橋梁伸縮縫，提高了橋梁的結構穩定性，能夠有效地減小對車輛的沖擊作用，防止車輛顛簸，同時，橋面不易出現積水現象，以保證車輛行駛順暢、安全。