抗沖擊減噪伸縮裝置在濟南黃河三橋的應用

李永偉，李 洋

（山東高速股份有限公司，山東 濟南 250014）

引言

我國交通運輸事業在伴隨著我國經濟快速發展的情況下得到了快速地提升，作為跨越構造物的各種橋梁結構也得到了迅速的發展。截止到2019 年底，中國已建成87.83 萬座橋梁，共計60 634.6 km[1]。橋梁結構在使用性能上越來越引起人們的注意。橋梁結構在溫度、颶風、車載、地震等外部作用下，在結構內部會產生縱向、橫向、豎向的變位以及發生一定角度的轉動，而伸縮裝置的設定可以使橋梁在產生上述變化時，能夠保護橋梁結構安全。與此同時，伸縮裝置還經受著疲勞作用與各種磨損。因此，伸縮裝置的產品質量、安裝質量及維護保養質量是衡量整個橋梁質量等級的重要因素[2]。

1 工程概況

濟南黃河三橋的上部結構為倒Y 形的獨塔形式、設計為雙索面斜拉橋，主塔高195 m，橋全長4 473.04 m，主跨徑386 m、寬40.5 m，共有96 根斜拉索，呈空間雙索面扇形分布。橋面設計采用高速公路標準，雙向八車道，設計時速120 km/h。該橋縮短了濟南市區與黃河北地區的距離，構筑了黃河兩岸新的高速公路體系，使黃河北地區得以更快地融入到省會城市經濟圈。與此同時，該橋的修建使得濟南和黃河周邊地市的人員來往和經濟聯系變得更加密切和頻繁，展現出了強大的經濟社會效益，強有力地支撐了濟南市的經濟社會發展目標：“北跨”發展和建設區域中心城市。

但是隨著日益增加的交通負荷，濟南黃河三橋橋面伸縮裝置面臨著巨大的壓力。傳統模數式伸縮裝置，在面對當下的重載交通，需要花費大量的時間、人力、物力進行維護，維護成本高，急需一種維護成本相對較低，結構更為穩固的伸縮裝置進行替換。

2 模數式伸縮裝置及典型病害

2.1 裝置構造

模數式伸縮裝置主要由邊梁鋼、支撐橫梁、中梁鋼、吸震緩沖性能好的密封橡膠帶和位移控制系統等部分構成。GQF-MZL 型模數式伸縮裝置構造見圖1[3]。

圖1 模數式伸縮裝置結構示意（GQF-MZL 型）

圖中，1-邊梁；2-中梁；3-支撐橫梁；4-滑動承壓支座；5-滑動壓緊支座；6-轉動支承軸；7-滑移轉動支座；8-扣架；9-邊梁墊塊；10-密封橡膠帶；11-位移控制箱；12-連動機構；13-位移控制臂；14-位移控制箱錨固鋼筋；15-預埋鋼筋。

與其他種類的伸縮裝置不同，模數式伸縮裝置的承重結構和位移控制系統為分開式結構，其伸縮體是由中梁鋼和橡膠密封帶組合而成，主要用于伸縮量為 160 ～2 000 mm 的橋梁。

2.2 典型病害

模數式伸縮裝置通常都會設置中梁，通過對該類伸縮裝置調研發現，其病害主要包括：（1）橡膠條由于老化而發生脫落現象，裝置部分位置漏水。（2）異型鋼型鋼斷裂。（3）用于錨固裝置的混凝土結構破碎開裂，使裝置區域出現坑槽。（4）伸縮裝置與橋面存在高度差，車輛通過時會發生橋頭跳車。（5）由于伸縮裝置結構本身或錨固裝置問題而產生的病害。（6）中梁部件變形、開裂，并且產生晃動、噪聲，冬季拉脫斷裂。（7）受高溫影響，橡膠條膨脹擠死伸縮縫。（8）伸縮裝置中梁鋼產生的塑性形變由于無法恢復，與其相連的橡膠條受到影響被拉掉或破損，連接裝置底部的橡膠塊破損掉落。（9）伸縮縫內積聚砂石、塵土等垃圾，嚴重時會使橡膠條變形破損，造成伸縮裝置漏水等病害。（10）部分伸縮裝置使用環境惡劣，裝置的橡膠條無法適應環境的影響，導致裝置內部堆積垃圾，造成裝置伸縮量不足。在部分低溫多雨地區還容易出現大面積的積水結冰現象。（11）梁鋼之間的伸縮間隙會受到橋上車輛的沖擊力，鋼梁易斷裂。模數式伸縮裝置的典型病害見圖2～圖9。

圖2 模數式伸縮裝置中梁擠壓斷裂

圖3 支座脫落、連接件斷裂

圖4 伸縮裝置中梁斷裂、垃圾淤積

圖5 伸縮裝置中梁斷裂

圖6 錨固區混凝土碎裂鋼筋外露

圖7 伸縮裝置發生塑性變形

圖8 橡膠帶脫落

圖9 伸縮裝置淤土

3 抗沖擊減噪伸縮裝置及應用

3.1 研發背景

當前社會經濟不斷發展，汽車保有量不斷增大，重載交通越來越多，越來越多的橋梁以及高架上的伸縮裝置不堪重負，在車輛不斷地沖擊下，伸縮縫頻繁發生質量問題。長此以往，出現病害的伸縮縫成為了新的馬路殺手，導致交通事故頻發，故亟需一款抗沖擊能力更強的伸縮裝置。抗沖擊減噪伸縮裝置獨特的“S”型設計，能夠使汽車的車輪不同時沖擊型鋼本身，同時取消了中梁結構，結構優化更合理、更穩固，而且由于結構的優化，使得安裝變得簡單，維護也變得容易。

在公路鐵路建設中，減少噪音釋放對環境的污染已經成為一個重要的主題。特別是建設在有人口居住環境下的橋梁，對橋梁伸縮裝置如何降噪提出了更嚴格的要求。眾所周知，當車輛行駛通過伸縮裝置時，由于輪胎會瞬間沖擊伸縮裝置從而產生節奏性噪音，當車輛速度越快或流量越大，導致噪音會越大。抗沖擊減噪伸縮裝置特殊的結構設計填補了國內行業空白，完美替代了目前市場上良莠不齊的所謂“減噪”伸縮裝置[4]。

3.2 結構特點

伸縮裝置采用阻尼器減振系統，將傳入到結構中的復雜多維振動能量消散，在橋梁結構受到外部荷載沖擊時，可以減振消能，有效提高伸縮裝置結構安全，見圖10。通過各種伸縮裝置噪音水平的對比，抗沖擊減噪伸縮裝置具有良好的降噪效果。

圖10 抗沖擊減噪伸縮裝置的阻尼減振系統

抗沖擊減噪伸縮裝置較其他裝置的特點：（1）噪音小，比使用傳統型普通伸縮縫減少約7 dB 左右的噪音。（2）抗沖擊、超長壽命（設計壽命50 a）、行車舒適、外形美觀。（3）可防止由掃雪機引起的損壞。（4）可以克服橋梁施工單位未按規范要求施工遺留下的缺陷。（5）安裝簡單，管養期內維護保養成本低。（6）車輪不同時通過型鋼減少了車載對伸縮裝置直接沖擊，提高了產品結構的耐久性及駕車舒適度。

3.3 適用范圍

（1）主要用在不大于160 mm 伸縮量的橋面。（2）有低噪音要求的場合（臨近居民區的橋梁、城市高架橋）。（3）對抗沖擊要求較高的高速公路擴建項目中拼寬橋梁尤其適用。

3.4 主要安裝工藝

根據抗沖擊減噪伸縮裝置的構造特點，按照流程安裝：（1）槽口清理；（2）吊運；（3）調試安裝；（4）立模加固；（5）平整度檢測；（6）鋪設防裂鋼筋網片；（7）澆筑混凝土；（8）養護；（9）開放交通。

4 抗沖擊減噪裝置運行情況

目前，濟南黃河三橋上安裝完成的抗沖擊減噪伸縮裝置運行良好。工程實踐證明，該裝置可以有效承載橋面重載交通，降低噪音影響，減少維護成本，產生了良好的經濟社會效益、環境效益，同時也為交通安全提供了保障和支持。

5 結語

傳統模數式伸縮裝置存在多種典型病害，威脅橋梁安全，用新型抗沖擊減噪伸縮裝置將其替換應用于濟南黃河三橋。工程實踐表明，抗沖擊減噪伸縮裝置運行良好，可以有效承載并且降低噪音，降低維護成本，提高了安全性。