桥梁伸缩缝病害产生原因及伸缩装置设计计算的相关讨论

摘要:在桥梁结构设计中，通常在桥的两梁端之间、梁端与桥台之间设置伸缩缝。它的作用是在于调节由车辆荷载环境特征和桥梁建筑材料的物理性能所引起的上部结构之间的位移和联结。桥梁伸缩装置是桥面的重要组成部分。伸缩量的准确计算、伸缩缝的合理选型及施工安装质量的好坏,直接影响桥梁本身寿命和行车安全。它是为保证车辆通过桥面,并满足桥面变形的需要,而在桥梁梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置设置的装置。它应能适应由于温度变化、混凝土收缩和徐变、桥梁墩台的沉降和梁端转动等引起的变形,并保证桥面平顺、行车舒适。

关键词:桥梁伸缩;产生病因;装置设计;计算

1、桥梁伸缩缝病害产生的主要原因

随着交通量的增加和汽车载重量的增大，桥面伸缩缝由于设置在梁端构造薄弱部位，直接承受车轮荷载的反复冲击作用，而且长期暴露在大自然中，所处环境比较恶劣，因材料的磨损和疲劳，以及混凝土面板或梁的结合强度不够，是桥梁结构最易遭到破坏而又较难修复的部位。造成桥面伸缩装置破坏的主要原因可归纳如下几方面：

1.1设计方面

1.1.1设计时梁端部未能慎重考虑，在反复荷载作用下，梁端破损引起伸缩装置失灵。有些桥梁结构，桥面板端部刚度不足，当桥面板受到汽车荷载作用时，因翼板较薄，横向联系较弱，导致桥面板反复变形过大。

1.1.2伸缩量计算不准确，没有考虑到伸缩装置安装时的实际温度对伸缩装置的影响，伸缩装置本身无法或很难调整初始位移量，选型不当，采用过小的伸缩间距，导致伸缩装置破损。

1.1.3一些设计是将伸缩装置的锚固件置于桥面铺装层中，与主梁（板）连接的部分很少，而且力的分布不容易传递，微小的变形可能演变成大的位移，最终导致砼粘结力的失效。

1.1.4使用粘结或像胶材料等制造的新型伸缩装置，材料和结构选择不当，防水、排水设施不完善，造成锚固件受腐蚀，梁端和支座侵蚀严重。

1.1.5设计上未严格规定伸缩装置两侧的后浇砼和铺装层材料的选择、配合比、密实度和强度，产生不同程度的破坏，致使伸缩装置营运质量下降。

1.2施工方面

1.2.1对桥梁伸缩装置施工工艺重视不够，未能严格掌握施工工艺和标准，并按安装程序及有关操作要求施工，致使伸缩装置不能正常工作。

1.2.2伸缩装置两侧水泥砼和沥青砼铺装层结合不好，碾压不密实，容易产生开裂、脱落。加上刚柔相接，容易产生台阶，最终引起伸缩装置的破坏。

1.2.3后浇砼（或其它填充料）浇注不密实，时常出现蜂窝、空洞等，达不到设计的强度要求，难以承受车辆荷载的强烈冲击。有时提前开放交通，致使过渡段的锚固混凝土产生早期损伤，从而导致伸缩缝营运环境下降。

1.2.4伸缩装置安装是桥梁施工最后几道工序之一，为了赶竣工通车，忽视内部质量管理，施工人员疏忽大意，伸缩装置锚固钢筋焊接的不够牢固或产生遗漏预埋钢筋的现象，梁端伸缩缝间距人为地放大和缩小，定位角钢位置不正确，给伸缩缝本身造成隐患，质量不能保证。

2、设计伸缩装置考虑的主要因素

在设计中,选择合适的伸缩装置首先应确定好伸缩量范围,主要考虑以下几方面因素:

(1)温度变化影响;

(2)混凝土桥梁的干燥收缩和徐变影响;

(3)各种荷载引起的桥梁结构的挠曲;

(4)由于制动力引起的支座位移影响;

(5)由于纵坡大而引起的桥梁活动端垂直变位影响;

(6)斜桥和弯桥的接缝方向的变位影响;

(7)其他可能出现的因素影响,如伸缩装置安装施工误差、加工产生的误差、安装后的预加应力及预应力损失等影响。

此外,墩台位移、地震等也会导致桥梁的变位,因此伸缩量的计算相当复杂,应从多方面分析影响伸缩量的因素。

3、计算方法及过程

3.1基本资料

某地区有一5孔预应力混凝土简支梁桥,上部构造为5孔30m预应力混凝土简支T梁桥,桥面连续。桥面宽度为净10.5+2×0.5m,汽车荷载等级为公路―II级。下部结构为柱式桥墩及埋置式桥台,基础为桩基础。墩柱及桥台台身为C30混凝土,桩基础为C25混凝土。全桥中墩为板式橡胶支座,两侧桥台设活动支座。在两端桥台各设一伸缩装置。

3.2确定上部结构的位移零点

当桥梁结构温度均匀变化,混凝土收缩和徐变时,全部上部结构的位移零点(不动点)离左端0号台的距离,按照公式

离右端5号台为71.5m,由于位移零点两侧长度接近,两端伸缩装置采用同一类型和规格,以78.5m一侧为准,计算伸缩量。

3.3温度变化引起伸缩量

该桥所在地区混凝土桥梁最高有效温度标准值为34℃,最低有效温度标准值为-23℃。按《公路桥涵设计通用规范》相关规范，混凝土桥最高温度为℃，最低温度

+℃。安装温度取为15-25℃,Tset,l=15℃,Tset,u=25℃。

温度上升引起梁体伸长量

3.4混凝土收缩引起的梁体缩短量

30m梁所在环境相对湿度为80%,其理论厚度为200mm。设伸缩装置安装时混凝土龄期为90d,则按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》,εcs(tu,t0)=0.00019,ls=0.00019×78.5=0.0149m=

14.9mm。

3.5混凝土徐变引起的梁体缩短量

在截面重心处预应力,按《规范》相关规定取跨中截面和1/4跨截面的平均值。跨中截面重心处与1/4跨截面重心处预压应力平均值设为4.95MPa。

φ(tu,t0)按《规范》相关规定,φ(tu,t0)=1.32(其环境条件同收缩量计算),

3.6制动力引起的板式橡胶支座剪切变形离桥台(伸缩装置)最近的桥墩顶部制动力为68.356kN(两排支座)。桥墩上设有2×5=10个250mm×350mm×57mm支座,支座橡胶总厚度45mm。制动力引起支座剪切变形

te/GeAe=68.356×103×45/1.0×10×250×350=3.5mm

制动力引起的墩顶变形。在支座下面的桥墩,墩顶与2×5=10个支座串联,所以墩顶同样承受制动力68.356kN。墩顶抗推刚度为24328kN/m=24328N/mm。在制动力作用下墩顶变形

将上述支座剪切变形与墩顶纵向变形相加,离桥台最近的桥墩支座顶部总的纵向变形为:

或

3.7伸缩装置型号

(1)伸缩装置在安装后的闭口量

(2)伸缩装置在安装后的闭口量

(3)伸缩装置伸缩量C≥25.6+80.5=106.1mm,采用××-120型伸缩装置,其中“120”为该型伸缩装置的伸缩量限值,大于106.1mm,尚有13.9mm富余。

4、结语

综上所述，通过对桥梁伸缩装置的计算,可以合理地选择伸缩装置尺寸,伸缩装置尺寸选择是否合理,直接影响伸缩装置的使用效果。同时选择伸缩装置尺寸时还应考虑梁、板间伸缩缝间隙量大小,以保证伸缩装置与梁、板两端有充分锚固,以求达到最佳使用效果。

参考文献：

[1]公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范.

[2]公路桥涵设计通用规范.

[3]于英梅.公路桥梁伸缩装置概述.黑龙江科技信息,2010.

[4]张晓.浅谈桥梁伸缩装置.城市道桥与防洪,2010.

[5]张树建.桥梁伸缩装置在公路桥梁中的设计应用简介.黑龙江交通科技,2009.