1、浅析预应力混凝土桥梁伸缩装置的设计【摘要】：有关现行的公路桥涵设计规范及其产品行业的标准对伸缩装当中的具体设计规定是很少的, 这儿重点探讨对伸缩装里设计计算当中出现的具体问题及其有关设计原则、桥梁的伸缩装备要求, 伸缩装置使用时间的长短、如何选择伸缩装置类型、设计选型时需要想到的方面、对伸缩装备伸缩量产生影响的基本因素及其施工安装,用来对合格完成伸缩装产品的设计进行保障,进而达到满足标准及规范的目的。 【关键词】：预应力混凝土桥梁伸缩装置设计 中图分类号：K928 文献标识码： A 【正文】： 前言： 当气温发生改变的时候，桥梁的桥面会出现膨胀或收缩的纵向改变，在车辆荷载的作用之下，将纵向的位
2、移将被引起。所以，考虑到桥面变形的要求，一般在桥梁两端之间，梁端和桥台之间或是桥梁的铰接处要设置伸缩机构。伸缩机构能够能使自由伸缩得到保证，同时可以让车辆平稳的通过。伸缩装置必须具有优秀的密水性能和排水性能，并且要能够使检查和清除沟槽的污物方便。 桥梁的薄弱位置便是桥梁伸缩装置。这一部位很长时间都暴露在暴大气当中，这一附件承受着最大动力的荷载，只要桥面上出现很小的不平整处就会让它承受的冲击力很大，很容易造成损坏现象。我们依据已建桥梁的使用状况，许多桥梁的伸缩装置还没有达到规定的使用时限便遭到了一定的破坏。造成过早遭到损坏的原因除了材质、施工安装等方面之外，也与设计上的不重视、不够准确的伸缩量计
3、算，施工图设计没有把施工安装时相关数据标明同时图示不够完备等设计的问题造成的先天不足是有关系的。 一 设计应遵循的原则 1983 年 10 月份在澳大利亚悉尼召开的第七届国际桥梁和结构工程协会会议上面把伸缩装置一定要达到的四个条件进行了确定:1.要使桥的位移自由得到保证;2.提供接连不断的交通承载面;3.要降低燥音和防止振动;4.有很好的防水特性和排泄体系。 本文认为这四个条件是伸缩装置设计的时候应该要遵循的基本原则,同时能够满足四个条件所设计出的产品才是优质品,否则就是非优质品,严重的时候就成为了废品。还应就此进行明确指出: 第一个条件:要使伸缩装置适应并可以使桥梁的三向位移(伸缩和转动)得
4、到满足,这些对大跨径柔性桥梁是很关键的,如吊桥所造成的横向位移和竖向位移的量值不是很大的,吊桥伸缩装置应该得到满足,如果不就会造成伸缩装置的局部损坏从而导致了整体的失效。 第二条件:连续的承载面,这儿认为应含有:相对强度的安全储备承载面、运营合适的承载面和行车安全具有防滑功能的承载面,少一个条件都是不可以的。 第三条件:伸缩装置及其构件应尽最大的可能多多的采用弹性材料进行制造。 第四条件:特别是排泄体系是现在国内在伸缩装置设计当中作的最缺乏的地方,应该大力的进行加强。 二 桥梁伸缩装置的要求 1)可以适应桥梁温度改变、混凝土收缩徐变造成的伸缩。2)可以适应桥梁由挠度改变造成的变位。3)构造要可
5、以使桥梁上部结构行驶性能得到良好的保证。4)拥有良好的整体性能、高刚度和耐久性能。5)结构简单，施工、维护简单。6)拥有很好的排水性能和防水性能。 三 伸缩装置的寿命 全世界对伸缩装置是否能够与桥梁同寿命规定不一样。美国的AASHTD 一 1994 规定:桥梁的寿命是 75 年;能够规定伸缩装置的材料(不包括合成橡胶)的应用寿命不可以比 75 年小,封缝物和槽沟所使用的合成橡胶的使用寿命不可以比 25 年小。欧洲规范钢桥规定的设计使用寿命为100 年之久，还规定了若伸缩装置不可以达到桥梁设计寿命要求,应作为可替换的结构。英国 BS54(X)1978-82 规定桥梁设计寿命为 120 年。规定是
6、伸缩装置非标准化的材料受力构件的应用寿命不可以比 40 年小,容易更替构件的寿命可以保证 20 年之久。这儿建议伸缩装置的钢构件的使用寿命至少要比 40 年要大,容易更换构件的使用寿命要保证 20 年。 伸缩装置寿命的保证条件取决于下:1.在设计的时候要用疲劳设计把静力设计代替,使用好的原材料和先进的焊接方法;2.制造阶段要使用能够保证质量的原材料进行制造,好的的焊接工艺和总装工艺,严格的检验规则;3.安装伸缩装置的时候要采用合理的安装工艺来进行,使安装质量得以保证。 四 伸缩装置类型的选择 桥梁的伸缩装置选择一定以所安装的伸缩装置桥梁的类型、需求的伸缩量当做依据，并综合的考虑桥梁和伸缩装置整
7、体的耐久性能、平整性、排水性和防水性、经济性，并把施工与维修等选择合适形式的伸缩装置考虑在内，合理的对伸缩装置的类型进行选择。伸缩量是进行确定伸缩装置规格很关键的依据。能够对梁体伸缩量大小造成影响的因素有很多种，其中的重要因素有：气温的变化造成的的伸缩量改变；混凝土的徐变、收缩引起的伸缩量；制动力造成的板式橡胶支座剪切改变而造成的伸缩量变化。 1 温度变化引起的伸缩量 是造成桥梁伸缩量的主要因素，它分为线性温度变化和非线性温度变化，其中线性温度变化对桥梁伸缩量影响占据关键地位。 桥梁结构在外界特定温度环境，梁体内部温度分布不均匀，梁体端部在材料热性能的变化下产生角变位。 2 混凝土的收缩和徐变
8、引起的伸缩量 混凝土收缩和徐变，在许多年之后可以完成，这时候伸缩装置会拉开相对的距离，对伸缩装置的闭口将会有较多富余量。考虑到混凝土的收缩和徐变这一因素，则在伸缩装置安装完成之后缓慢的进行直到完成，这一因素在计算当中不需要进行考虑，但能够在明确伸缩量增大系数 的时候当做有利因素进行考虑。 3 因为制动力引起的板式橡胶支座剪切变形而导致的伸缩量 板式橡胶支座因为制动力的原因造成的剪切变形致使伸缩装置的伸缩，它与制动力作用的方向、连续桥面或连续梁分段、板式橡胶支座的布置形式等有关系，要依据实际的情况对伸缩装置的最不利的闭口量和开口量进行计算。 1.4 其他的可能影响伸缩装置的变形原因 梁端的转角因
9、为日照、日落而造成竖向及横向梯度的温差，致使伸缩装置竖向、纵向变形；弯桥的汽车离心力导致伸缩装置横向的错动问题；一些斜桥的端跨使用不等跨梁长致使伸缩缝不等量变形等等。在计算伸缩量的时候应乘以伸缩量增大系数 。 的值规范规定为 1.2 到 1.4之间，可依据每种不利的因素及会出现的有利原因进行选择。 五 设计选型应考虑的因素 桥梁伸缩装置设计选型当参考的大多数因素包括桥梁设计荷载等级、其地理位置、结构样式，适用面、平整度、排水和防水特性，桥梁施工条件和施工质量确保手段，伸缩装置的维修性以及经济性。 六 影响伸缩装置伸缩量的基本因素 1 温度变化 温度变化是对桥梁伸缩量作用很大主要云因，它包括线性
10、温度与非线性温度变化，然而线性温度变化对桥梁伸缩量的作用占有一席之地。桥梁结构在外面一定温度条件下，梁体里面温度分布不匀称，梁体两端在材料热性能的变化下出现角变位。对跨径不大的桥梁（L8m） ，线膨胀系数不大，能不考虑；而大跨径桥梁，设计时务必得到充足关注。通常设计时线膨胀系数能依据表 1 数据进行选用： 2 混凝土的收缩和徐变 混凝土的收缩、徐变围混凝土结构自身所固有的特性，也是一类随机状况。混凝土的配合比、塌落度、水泥类型、气温、湿度、混凝土的加载龄期和强度等对混凝土收缩、徐变作用很明显。钢筋混凝土桥与预应力混凝土桥均需参考它的收缩与徐变。徐变量根据梁在预应力影响下弹性形变乘以徐变系数=2
11、 得到；收缩量按温度下降 20 度来计算。安装伸缩缝期间，收缩与徐变早已到达一定地步，计算时当以安装时间当作基准，对混凝土收缩与徐变量进行折减。它的折减系数能参考表 2： 3 桥梁纵向坡度 纵坡桥梁中活动支座一般设成水平的，在支座位移时，伸缩缝不只出现水平变位，还会出现垂直错位，他的值与水平位移值乘以纵坡相当。4 斜桥、弯桥的变位 斜桥、弯桥在出现支承位移方向的变动时，沿桥端线与垂直于桥端线方向也出现变动。 5 每种荷载导致的桥梁挠度 桥梁在活载、恒载的影响下，端部出现角变位，让伸缩装置出现垂直、水平和角变位，一旦梁体非常高，还将出现震动。 6 地震 地震对伸缩装置变位的作用非常复杂，现在还不
12、好掌握，设计时通常不加以考虑，然而有可靠的信息，可以得出地震对桥梁墩台的相关移动和倾斜量时，设计时需要进行考虑。 七 施工安装 伸缩装置施工安装状况是确保伸缩缝装置应用效果和持久性好坏的关键环节，所以，在尚未安装伸缩装置时当依据安装温度调节好伸缩装置空隙，严厉根据施工图展开安装作业。今以模式桥梁伸缩装置为对象，说一说详细的操作步骤： 1 开槽与预埋锚筋 施工部门依据设计图，在梁和梁、梁和台处预留安设伸缩装置的预留槽和预埋好锚固钢筋，锚固钢筋当和梁端和桥台锚结稳定并当满足施工规范要求。 2 清洗 伸缩装置尚未吊装时，当把预留槽内混凝土进行相关处理，清洗干净。 3 调直调平 协调好装置空隙，把装置
13、瞄准桥梁伸缩缝就位，把桥面标高、伸缩缝中心线作为参照物，展开调直调平，将伸缩缝中心线和桥梁伸缩缝中心线校正，偏差最好不要超过 10mm，并确保标高、桥面横坡和桥面正好吻合。 4 固定 把伸缩装置上的锚固钢筋和梁或桥台上的预埋钢筋两面一块焊牢。 5 浇筑混凝土和养护第二次检验伸缩装置的平整度、中线位置、缝隙能否满足要求，在修正后，安装相应的模板，依据设计要求，在预留槽里面浇筑不小于 C30 的钢纤维混凝土，振捣密实，另外，预防混凝土到达伸缩装置位移控制箱里面和溅填在密封橡胶带缝中和表面上，一旦出现这种状况当马上清除，再作出养护处理。 6 清理现场和开放交通 清理施工现场，并依据混凝土试件测得结果
14、与现场施工状况，得到相关部门认可开放交通。 【结语】：一般状况下，预应力混凝土结构，梁体长度不大于 120米的桥梁，能够选用规格是 160 毫米的伸缩装置，而小于 180 米的能够选用 240 毫米的伸缩装置。挑好的伸缩装置的规格后，图纸中还需标清楚伸缩装置槽口里面填筑的材料类别和其强度等级；安设伸缩装置的温度大小；伸缩装置的宽度极限； 伸缩装置的安装宽度；伸缩装置施工时当关注有关事项。 【参考文献】：1徐顺岭，杜宇，张金鹏试论桥梁伸缩缝问题河南交通交通科技桥梁工程 2 公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范JTGD622004 3李扬海,程潮洋,鲍卫刚,等编著.公路桥梁伸缩装里 IMI.北京:人民交通出版社,2(X)1.
