浅析无伸缩缝桥梁的影响因素和应用

来源:用户上传      作者: 刘顺旭

　　摘要：与同跨度有伸缩装置传统桥梁相比，无伸缩缝桥梁由于取消了伸缩装置，从而避免了设置伸缩装置所引起的各种缺陷，不仅减小了桥梁工程造价，而且大大降低了桥梁的维修费用，并且改善了行车的舒适性。
　　关键词：无伸缩缝;桥梁;设计;应用
　　
　　一、有缝到无缝――桥梁设计的新思维
　　随着桥梁建设的不断发展，桥梁工程师们越来越意识到采用桥梁伸缩缝所引起的缺陷。桥梁伸缩缝在桥梁结构中直接承受车轮荷载的反复冲击作用，由于长期暴露在大气中，使用环境比较恶劣，是桥梁结构最易遭到破坏而又较难以修补的部位。即使是防水伸缩缝在长期使用后也会出现漏水，使得饱含盐分的水从伸缩缝里渗漏进去，加速了对主梁端部、支座和下部钢筋混凝土结构的腐蚀与损害。长期累积的尘埃、垃圾又会填满伸缩缝的空隙导致伸缩失效。严重的车辆撞击将损坏伸缩缝的螺栓或使它松动，伸缩缝破损的部件又将对汽车或人员造成损害，给桥梁的管理带来许多不便。毫无疑问，解决这些问题需要耗费大量的财力和人力，并且这些问题的存在也大大缩短了许多桥梁的使用寿命。可以说，公路桥梁的伸缩缝已成为桥梁施工和维护的难题之一，它不但昂贵而且需要长期的维护。桥梁伸缩缝在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起其早期破坏，而桥梁伸缩缝的破坏，又可能引起很大的车辆冲击荷载，恶化行车状况，急剧降低桥梁的使用寿命。随着我国高速公路的发展，由于车速的提高，桥梁伸缩装置的破坏现象将会加剧。研究、设计和制造使用更好的伸缩装置固然十分重要，但从另一方面讲，如能采用无伸缩装置的桥梁结构，则是从根本上解决桥梁由于伸缩装置遭受毁坏的现象。因此，世界各国的学者都在努力寻求最好的伸缩缝结构，得到的结论是“最好的伸缩缝是无伸缩缝”。所以，无伸缩缝桥梁应运而生。
　　二、桥梁无缝伸缩缝的特点
　　桥梁无缝伸缩缝主要由改性沥青聚合黏结物与经精选并处理过的集料拌和，形成一种具有高黏性、可柔性、可拉伸性、可压缩恢复性，并能抵抗交通荷载破坏的桥梁伸缩缝装置。是通过弹塑性混合料自身特殊性能来适应桥梁伸缩变形。在承受荷载和振动时呈弹性，在缓力作用下呈塑性。混合料是以改性沥青聚合物为主并且关键是采用优质的改性沥青聚合黏结物，原材料本身的性能是保证质量的关键。
　　桥梁无缝伸缩缝能够与其前后的桥面铺装层和路面形成连续整体；构造简单，不需要设置伸缩构件以及在梁端和桥台设置预埋锚固钢筋；具有较强的抗老化。抗腐蚀性能，低温具有柔韧性，具有优异的防水作用；能够吸收各方面的变形、振动和车辆荷载的冲击；且阻尼性高，对桥梁减振有利；可满足桥梁三维变位，即纵向、横向、竖向三个方向的伸缩和变形；可有效地解决温度应力作用破损、伸缩量影响、水侵害、桥头跳车等问题；可提供平稳、良好的行车效果。与传统的刚性桥梁伸缩缝系统相比，具有施工及维护费用低，施工、养护维修周期短等特点，特别适用于小跨径桥梁伸缩缝的快速维护。
　　三、无伸缩缝桥架设计中的影响因素
　　由于无伸缩缝桥梁的纵梁埋入混凝土桥台，上部结构受到部分的约束，因此设计时要考虑次要荷载的影响。下文归纳总结了次要荷载的影响。
　　3.1徐变的影响
　　徐变引起的应变大小取决于上部结构的跨径、混凝土承受荷载时的龄期、荷载的持续时间、混凝土的质量、周围的温度以及混凝土构件的形状。本文采用随龄期变化的有效弹性模量法分析徐变对中小跨径、钢一混凝土组合梁的无伸缩桥梁的影响。结果表明徐变的存在可以减小桥台处和墩顶处截面上缘的拉应力，但同时也会增加钢纵梁下缘的压应力。因此，在设计中小跨径、钢一混凝土组合梁的无伸缩缝桥梁时可以不考虑徐变的影响。
　　3.2收缩的影响
　　混凝土桥面板和钢纵梁收缩的不一致会在结构内部引起自应力。此外，无伸缩缝桥梁的端部受到部分或完全的约束，导致收缩、徐变会在结构内部引起应力。一些学者认为收缩和徐变的作用相反，两者可相互抵消。但本文分析表明，收缩和徐变的作用不能完全抵消，会有余应力存在，可能导致混凝土裂缝的逐渐开展，而混凝土裂缝的开展又会使得收缩应力得到部分的减小。因此在对无伸缩缝桥梁进行分析和设计时应当考虑收缩对上部结构的影响。
　　3.3温度对无伸缩缝桥梁的影响
　　混凝土由于温度的膨胀或收缩，会产生徐变。徐变将使得应力不能达到设计时所预计的程度。因此为了使理论更好地反映实际的情况，有的部门设计时考虑把混凝土的温度弹性模量减小到动力荷载弹性模量的1／3。
　　由于大多数混凝土结构体积相对较大，使得它们对周围的温度变化比较不敏感。至于温度对无伸缩缝桥梁的影响在定量上的分析还有待于进一步的讨论研究。
　　3.4沉降的影响
　　下部结构的沉降会在无伸缩缝桥梁的上部结构引起相当大的应力，其影响取决于桥梁的结构特征和几何特征，如上、下部结构的刚度、沉降量、跨数、跨径、台高和支承情况等。通过合理的设计，无伸缩缝桥梁可以不考虑沉降的影响。
　　3.5土压力的影响
　　当上部结构受热膨胀时，桥台会挤压台后填土引起被动土压力。台后土压力的计算存在着许多不确定性的因素，如被动土压力的大小及其在纵向和横向的分布。虽然被动土压力会在上部结构引起轴力和弯矩，但本文的研究却表明土压力的影响可以忽略不计，因此作者建议在分析和设计无伸缩缝桥梁时可以不考虑土压力的作用。
　　四、无伸缩缝桥梁设计的特点
　　无伸缩缝桥梁由于取消支座、伸缩缝，将上部梁体结构与下部结构固结在一起，所以温度的影响和桥梁伸缩变形的处理是无伸缩缝桥梁设计主要的难点。温度对无伸缩装置桥梁的影响可能没有计算值那么大，但是温度对钢桥的影响要比混凝土桥梁大的多，其对无伸缩缝桥梁的影响在定量上分析还有待于进一步研究。无伸缩缝桥梁伸缩变形的处理，主要通过其桥台、桥墩的柔性变形来适应。特别是整体式桥台，这是我们关注的重点。具体为：
　　(1)为减小温度变形的影响，应限制桥梁的长度，其斜交角不应大干30。。
　　(2)整体式桥台适应于路堤，桩接盖梁式桥台，使用单排柔性桩，为提供柔性，桩长不应小于6m，对于地质好的山区，要给桩留下足够的变形空间。对于钢桩应调整H型弱轴方向，使之与运动方向一致。
　　(3)桥台尽量少的深入路堤，在满足内力的要求下，尽可能降低桥台高度，利用挡土墙来缩短翼墙的长度，在台后设置搭板，以减少车辆对台后填土的积压，降低被动土压力。
　　(4)为了减小台后填料的沉降同时适应膨胀和收缩，台后填料应采用透水性较好、松散的回填料，与桥台同步分层填充并且夯实。
　　(5)整体桥梁宜采用对称结构以减小作用于桩柱上的潜在纵向力，并且平衡桥台上的压力。
　　五、结束语
　　无伸缩缝桥梁具有节省桥梁养护费用、改善行车状况、减少车辆的冲击和提高桥梁使用寿命的优点，因此无伸缩缝桥梁有着广阔的运用前景。但是国内无伸缩缝实桥的设计和建造的例子较少，无伸缩缝桥梁的设计理论研究还滞后于工程实践，而且影响全桥受力的因素较多，目前还处在发展和探讨阶段。现有的文献资料基本上都是对无斜交角的无伸缩缝桥梁进行分析和研究，然而实际工程中有斜交角的桥梁是随处可见的，这就给无伸缩缝桥的设计、应用和推广带来了很多的不便。
　　
　　参考文献：
　　[1]李雪林,文斌.整体式桥台和无伸缩缝桥梁设计与应用研究[J],浙江交通职业技术学院学报,2006.7
　　[2]朱宏伟,项琴,张兴军.整体式无伸缩缝桥梁的应用研究[J],华东公路,2008.6
　　[3]徐波,彭大文.认识无伸缩缝桥梁[J],.桥梁建设,2003.4

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