新型多孔加强桥梁伸缩缝结构设计及应用研究

高炜党

(河北省高速公路宣大管理处 张家口市 075000)

桥梁伸缩缝是吸收因环境变化和外部荷载作用而引起桥面变形的伸缩装置，防止桥梁因水平和竖直方向变形而破坏，通常设置在两梁端之间、梁端与桥台之间。桥梁伸缩缝的作用在于调节由温度变化、混凝土的徐变、车辆荷载等所引起的梁端位移，伸缩缝的设计和选型对桥梁的使用功能和结构的稳定性至关重要。目前，现有的桥梁伸缩缝对车辆荷载冲击功的吸收能力差，难以满足综合作用下梁端大位移量的情况，使用一段时间后，车辆在经过时会由于冲击而产生较大的颠簸和震动声响，且长时间的冲击会导致伸缩缝构件与桥梁地面之间产生剥离，严重地降低了两者之间的结合强度。此外，现有的伸缩缝结构还存在漏雨、漏水及杂物堵塞的问题。因此，分析了现有桥梁伸缩缝的种类和使用效果，针对现有伸缩缝的不足做出改进，设计了一种新型多孔加强桥梁伸缩缝，以解决现有的桥梁伸缩缝存在的抗冲击性能差且容易渗水及被杂物堵塞的技术问题。

1 桥梁伸缩缝设计的影响因素

(1)温度变化

温度变化影响着材料的热胀冷缩，进而温度的变化控制着桥梁的伸缩量。温度对于桥梁的影响分为整体温度和温度梯度。我国四季分明，地域辽阔，东西及南北温差悬殊，整体温度使简支梁及连续钢构件的桥梁内部温度分布不均匀，引起桥梁内部温度应力效应，进而在端部产生角变位，一般合理设置支座及伸缩缝可予以消除。而对于因日照变化而引起的温度梯度，常见的伸缩缝很难完全抵消这种温度梯度变化所引起的内力效应。

(2)混凝土的变形

目前大多数桥梁是钢筋混凝土桥及预应力混凝土桥，在伸缩缝设计时，应考虑混凝土的收缩和徐变。混凝土的收缩是混凝土浇注完成以后进行初期凝固时体积缩小的现象。混凝土的徐变是混凝土在长期车辆荷载作用下所产生的变形，这部分变形主要有水泥颗粒间的延时流动及混凝土的塑性变形。在设计时应重点考虑混凝土的徐变。

(3)外部荷载

桥梁的使用功能决定了其长期承受车辆活载、恒载等外部荷载的特点，外部荷载作用下桥梁将会在水平向和竖直向发生位移，并且会在端部产生角位移，而使桥面间的伸缩连接装置产生相同的变形情况。在进行桥梁伸缩缝的参数设计时，应予以重视。

2 桥梁伸缩缝种类及使用分析

2.1 钢板式伸缩缝

钢板式伸缩缝是以钢材作为伸缩缝材料，钢板式伸缩缝的种类繁多，构造较其他伸缩缝复杂，常用的有搭板式和梳齿形。这种伸缩缝能直接承受反复的车辆荷载，这种伸缩缝装置多用于大、中型桥梁中。能适应较大范围的位移变形。然而这种伸缩缝自身的刚度不足，容易在冲击作用下产生挠度，车辆容易产生跳车现象，导致伸缩缝的损坏。

2.2 U形式伸缩缝

U形锌铁皮式伸缩缝选择U形锌铁皮作为伸缩材料，这种伸缩装置非常简易。伸缩缝分为上下两层，上面一层开设孔眼，并安设过滤装置，用沥青胶填塞，锌铁皮随桥面的伸缩而变形。下层的主要作用将桥面渗入的雨水排出。这种伸缩缝构造简单，但是因其过缝材料刚度较差，因而使用寿命较短，伸缩变形效果较差。

2.3 橡胶伸缩缝

橡胶伸缩缝是以橡胶作为缓冲嵌缝体的伸缩装置，分为橡胶板式伸缩缝和橡胶条伸缩缝。橡胶体具有良好的弹性，以橡胶体的伸缩变形来抵消桥面的变形，并且易于安装和更换。但是传统的橡胶伸缩缝常设计不合理，长期直接承受车辆的冲击，容易遭到破坏。

3 新型多孔伸缩缝设计及应用

3.1 多孔伸缩缝设计

针对目前桥梁伸缩缝存在的不足之处，采取了加强多孔的改进，新型加强多孔桥梁伸缩缝构造见图1。

新型多孔桥梁伸缩缝，包括第一安装架、第二安装架、缓冲橡胶体和导流板。第一安装架包括型钢106和多个锚固筋101，第二安装架的结构与第一安装架的结构相同。第一安装架与第二安装架均设置有凹槽，两个凹槽的槽口相对，且两个凹槽的槽壁的厚度面之间间隙设置。通常情况下，两个凹槽的槽壁的厚度面之间的距离为4cm，即伸缩缝的宽度通常为4cm。缓冲橡胶体102位于第一安装架与第二安装架之间，即缓冲橡胶体102位于两个槽钢之间，缓冲橡胶体102的长度方向上开设有通孔。在使用状态下，槽钢的靠近桥面的侧壁为上槽壁104，槽钢的远离桥面的侧壁为下槽壁105，与上槽壁104和下槽壁105连接的部分为槽底106。锚固筋101与槽底106固定连接，多个锚固筋101沿槽钢的长度方向间隔设置，锚固筋101呈U形。通孔的中心线与缓冲橡胶体102的长度方向平行。缓冲橡胶体102的上表面与两个凹槽的上槽壁104的内表面抵接，缓冲橡胶体102的下表面与两个凹槽的下槽壁105的内表面抵接，缓冲橡胶体102的长高面与槽底106的内表面之间间隙设置。缓冲橡胶体102的上表面设置有上凸出部107，上凸出部107的厚度面与上槽壁104的厚度面抵接。缓冲橡胶体102的下表面设置有下凸出部108，下凸出部108的厚度面与下槽壁105的厚度面抵接；引流板103位于缓冲橡胶体102的下方，且引流板103的一个长度边与第一安装架固定连接，引流板103的另一个长度边与第二安装架固定连接，即引流板103的两个长度边分别与两个凹槽的下槽壁105固定连接。

(a)俯视平面图

(b) 剖面图图1 新型多孔伸缩缝构造图

3.2 多孔伸缩缝的设计特征

(1)相邻两个第一加强筋的板面之间的距离为10～30cm，相邻两个第二加强筋的板面之间的距离为10～30cm，第一加强筋与所述第二加强筋对称设置或错位设置。

(2)图1所示B处上槽壁104的厚度d2与上凸出部107的厚度d1之间的差值为1～3mm。该差值可以为1mm、1.5mm、2mm、2.5或3mm，见图2。

(3)通孔的数量为三个，分别为第一通孔、第二通孔和第三通孔，通孔的形状为矩形、圆形、椭圆形或纺锤形中的一种或几种，第一通孔的宽度w1与第三通孔的宽度w3均小于所述第二通孔的宽度w2，见图3。

图2 B处局部放大图

图3 缓冲橡胶体结构示意图

(4)引流板103展成平板状时，引流板103的宽度大于伸缩缝的宽度，以保证引流板103不会被拉断。

3.3 多孔伸缩缝的应用效果

(1)新型加强多孔桥梁伸缩缝通过将缓冲橡胶体的上表面与两个凹槽的上槽壁的内表面抵接，并将缓冲橡胶体的下表面与两个凹槽的下槽壁的内表面抵接，同时将上凸出部的厚度面与上槽壁的厚度面抵接，并将下凸出部的厚度面与下槽壁的厚度面抵接。缓冲橡胶体102的材质为三元乙丙橡胶，三元乙丙橡胶是由乙烯、丙烯经溶液共聚合而成的橡胶，再引入第三单体(ENB)。三元乙丙橡胶基本上是一种饱和的高聚物，具有良好的耐老化性能、耐天候性、耐水性、电绝缘性能和耐化学腐蚀性，且具有较高的弹性和延伸性，抗冲击性和耐撕裂性较强，具有极佳的尺寸稳定性和广泛的温度适应性。这样的方式能够增强桥梁伸缩缝整体结构的抗冲击性能和严密性，有效地防止尘土和沙石等杂物落入凹槽中。

(2)上凸出部的厚度小于上槽壁的厚度，在使用状态下，且没有外力冲击作用下，上凸出部的上表面位于上槽壁的外表面的下方，而当缓冲橡胶体受到挤压冲击作用而发生形变时，上凸出部的上表面也不会高于上槽壁的外表面，这样既能够减小对车辆的冲击，防止车辆颠簸，又能够防止车辆对上凸出部的磨损，从而延长了桥梁伸缩缝的使用寿命。

(3)在缓冲橡胶体的长度方向上开设通孔，当有车辆从桥梁伸缩缝上驶过时，或当桥梁伸缩缝两侧的桥面受热膨胀时，会对缓冲橡胶体产生挤压冲击，由于缓冲橡胶体设有通孔，挤压冲击作用会被通孔吸收一部分，从而减小了缓冲橡胶体在竖直方向上的形变量，进一步防止上凸出部的上表面高于上槽壁的外表面。

(4)通过在缓冲橡胶体的下方设置引流板，能够将雨水或污水等积液排出，避免桥面积水现象。

4 结束语

综上，以往传统的桥梁伸缩缝抗冲击性能较差，车辆在经过时会由于冲击而产生较大的颠簸和震动声响，且长时间的冲击会导致伸缩缝构件与桥梁地面之间产生剥离，严重地降低了两者之间的结合强度。此外，现有的伸缩缝结构还存在漏雨、漏水及杂物堵塞的问题。为此，设计了一种新型加强多孔的桥梁伸缩缝，提高了桥梁的结构稳定性，能够有效地减小对车辆的冲击作用，防止车辆颠簸，同时，桥面不易出现积水现象，以保证车辆行驶顺畅、安全。