公路桥梁伸缩缝问题初探

一、前言

　　为了保证桥跨结构在气温变化,活载作用,混凝土收缩与徐变等影响下满足桥面变形的要求,通常在两梁端之间、梁端与桥台之间或桥梁的铰接位置上设置横向伸缩缝。在国道109线黑马河至格尔木段有大中小桥上百座,一路下来差不多60%的桥梁伸缩缝都有不同程度的破坏,这给道路行车安全带来不小的隐患,破坏了桥梁结构整体性,耐久性,在伸缩缝位置上经常跳车,影响了道路平整度,加大了车梁通过时的噪声,因此,公路桥梁伸缩缝问题是一个值得探讨的问题,为了改善路面与桥面相接处的平整度,一方面应当加大桥梁的联孔长度以减少伸缩缝的数量,另一方面要不断改进伸缩缝的型式、材料以及设计和施工质量。

二、影响桥梁伸缩的因素

　　1.温度变化,温度变化是影响伸缩量的主要因素。由于我省地处青藏高原,温差悬殊、变差幅度大。由于温差变化比较大使桥梁内部温度分布不均匀引起桥梁端部产生变位。

　　2.混凝土的徐变和收缩,钢筋混凝土桥及预应力混凝土桥需考虑其徐变及收缩。徐变量按梁在预应力作用下的弹性变形乘以徐变系数¢=2求得。收缩量以温度下降20℃来换算。应当考虑安装时混凝土的徐变和收缩已完成的部分,为此应将全部徐变和收缩量乘以折减系数ß。

　　3.各种荷重所引起的桥梁挠度,活载、恒载等会使桥梁端部发生角变位,而使伸缩装置产生垂直、水平及角变位。如果梁比较高,且伴有振动的情况,应格外注意。由于加宽桥面而要设置纵向伸缩装置时,由于跨中挠度较大,还应注意在振动时变位随时间变化的相位差。

　　4.地震影响使构造物发生变位,进两年青藏高原上地震频繁发生,这对伸缩装置的变位是有一定的影响的。

　　5.纵坡对变位的影响,纵坡较大的桥,通常施工时把活动支座作成水平的,因而在支座位移时在路面产生了一个垂直差(△d),其值为水平位移乘以纵坡(tgθ)。

三、伸缩缝的构造要求。

　　要求伸缩缝在平行、垂直于桥梁轴线的两个方向,均能自由伸缩,牢固可靠,车辆行驶过时应平顺、无突跳与噪声;要能防止雨水和垃圾泥土渗入阻塞;安装、检查、养护、消除污物都要简易方便。在设置伸缩缝处,栏杆与桥面铺装都要断开。要使施工和安装方便,其部件本身要有足够的强度外,应与桥面铺装牢固连接,特别注意的是,在伸缩缝附近的栏杆结构也要能相应地自由变形。

四、伸缩缝类型介绍

　　1.U形镀锌铁皮式(薄钢板)伸缩缝。在中小跨径的装配式简支梁桥上,当梁的变形量在20-40mm以内时常选用。弯成U形断面的长条铁皮分上下两层,上层的弯形部分开凿了孔径6mm,孔距30mm的梅花眼,其上设置石棉纤维垫绳,然后用沥青胶填塞。对于人行道部分得伸缩缝构造,通常用一层U形铁皮跨搭,其上面再填充沥青膏来实现。

　　2.跨搭钢板式伸缩缝。它的构造比较复杂,只有在温差较大的地区或跨径较大的桥梁上才采用。对于梁端变形量较大(40-60mm)的情况,可以采用这种构造,其特点是滑动钢板始终通过橡胶垫块紧压在护缘角钢上,这样既消除了不利的拍击作用,又显著减少了车辆荷载的冲击影响。

　　3.橡胶伸缩缝。它是以橡胶带作为跨缝材料。这种伸缩缝的构造简单,使用方便,效果好,既富有弹性,又易于胶接,能够满足变形要求和兼备防水功能。在变形量较大的大跨度桥上,可以采用橡胶和钢板组合的伸缩缝。这种伸缩缝是厂制成品,使用很方便。

　　五、伸缩缝病害原因分析

　　伸缩缝破坏主要表现为伸缩缝内存在杂物堵塞,橡胶止水带损坏脱落,安装混凝土轻微开裂、破碎。伸缩缝破坏一方面影响行车安全和行车舒适,另外容易使路面雨雪积水进入台帽,加速了支座和墩台的病害发展,影响结构的耐久性。伸缩缝病害的出现主要由于以下原因:

　　1.交通量的增大,特别是重型车辆的不断增多,对桥梁伸缩缝的车辆冲击力明显加大。

　　2.设计方面的原因,如桥面板刚度不足,伸缩量计算不准确等。

　　3.施工方面的原因,如在伸缩缝的施工中未严格按伸缩装置的施工工艺技术标准和安装工序进行施工。

　　4.异型钢伸缩缝橡胶条破坏主要是由于橡胶老化引起的,缝内残留物不及时清理,也是橡胶条破坏的原因之一。伸缩缝安装导致混凝土开裂、破损是由于交通量大、超载车辆多及安装混凝土表面与沥青路面衔接不良造成。建议对安装混凝土破坏的予以维修,橡胶止水带破损的更换;同时,建议加强对伸缩装置的日常管理、维护。

六、不同跨径桥梁伸缩缝的设计施工要点

　　1.小跨径的中小桥(如20m以内的)宜不设伸缩缝。支座采用固定式橡胶支座,让墩台的弹性变形和台后的土抗力来抵抗温度应力(因变形长度在10m以内伸缩量一般在5mm以内)。也可以在路面及桥面铺装摊铺完了,再沿原缝开一条宽2cm深3~5cm的假缝,内填以沥青麻絮或其他可塑性材料以防面龟裂。

　　2.中、小桥宜采用W型伸缩装置,它具有以下一些优点:(1)伸缩体与铁件联接可不用胶水,而利用橡胶本身的预压密缝防水;(2)构件尺寸小,相应材料用量省,施工方便,造价低;(3)温度伸缩变形发挥像胶弹性材料性能。在外荷作用下则充分利用拱形结构的优势。

　　3.从实践和有关资料来看,不论W型、V型、空心板型的橡胶体都可使用。毛病不在胶体本身,而是在整个伸缩装置结构的设计是否合理。西德毛勒公司的伸缩装置、近几年应用较多的TST伸缩装置设计比较合理,在行车时它具有较高的刚度,在温度变化时又变形灵活。

　　4.从目前已经施工的伸缩装置来看,板式伸缩装置的平整度较好,其原因是胶体内不仅加入了足够数量的钢板以增加变形体的刚度,而且又有足够数量的铆钉使伸缩体同桥梁变形体的联结比较牢固,不至于像原来空心板橡胶伸缩缝那样易于脱出。而且改善了施工工艺,注意到施工时的安装温度,其定位值A易于控制。经实桥施工2年来的考验效果良好。其缺点是变形似欠灵活。

七、结束语

　　根据桥梁的运营证明,不管用什么样的伸缩缝,在使用中还是容易破坏的,因此,为了提高行车舒适性,减轻桥梁的养护工作和提高桥梁的使用寿命,就应力求减少伸缩缝的数量。而现在的桥面连续是一个好的方法,相信在以后的施工设计中桥面连续是替代伸缩装置好方法。