桥梁伸缩装置的设计相关问题

王 东

(山西省交通规划勘察设计院有限公司，山西 太原 030012)

伸缩缝是桥梁的重要组成部分，在适应梁体伸缩上有重要作用，能避免结构裂缝的产生。为保证伸缩缝充分发挥应有作用效果，需要根据实际情况做好伸缩缝设计，充分考虑各项设计问题。

1 桥梁伸缩缝设计计算

对伸缩缝进行设计和选型时，需要充分考虑桥梁伸缩量，对桥梁伸缩量有影响的因素主要有以下两种：其一，气温变化；其二，混凝土徐变。日照等其他因素，会使桥梁的上缘和下缘由于温度不同出现一定挠曲，导致梁端产生一定转角变位置。对于跨径相对较大的桥梁，其一侧在受到日照后，将产生一定的变位，而这一变位往往相对较小，设计过程中一般无需考虑，在构造设计与预留量确定时给予适当考虑即可[1]。

1.1 由于温度变化产生的伸缩

根据桥梁所在地区气温，结合伸缩缝安装过程中的温度，对桥梁伸缩量进行计算，其计算公式为：

ΔLt=(Tmax-Tmin)γ2L

(1)

ΔL+=(Tmax-Tset)γ2L

(2)

ΔL-=(Tset-Tmin)γ2L

(3)

其中，ΔLt为由于温度变化产生的伸缩；ΔL+为当温度升高时桥梁产生的伸长或收缩；ΔL-为当温度降低时桥梁产生的伸长或收缩；Tmax为桥梁所在环境的最高温度；Tmin为桥梁所在环境的最低温度；Tset为伸缩缝施工过程中的温度；γ为膨胀系数。

1.2 由于混凝土收缩和徐变产生的伸缩

对于钢筋混凝土结构，应充分考虑因混凝土收缩和徐变产生的伸缩。同时要经过换算确定温度的下降量。由于收缩徐变产生的伸缩，需要根据受到持续应力时产生的变形与徐变系数相乘来确定。按照现行规范要求，因混凝土收缩徐变产生的影响，可将其作为由于温度降低造成的影响。

在安装伸缩缝的过程中，若能准确把握这一过程，则能保证伸缩缝结构的合理性与有效性。伸缩量可采用以下公式计算确定：

ΔLs=Δt3γ3L3β

(4)

ΔLc=δρ/Ee3φ3L3β

(5)

其中，ΔLs为因混凝土收缩产生的伸缩；ΔLc为因混凝土徐变产生的伸缩；Ee为所用混凝土材料弹性模量，取3.3 MPa×104MPa；δρ为所用混凝土材料徐变系数，取2.0；β为混凝土材料的收缩徐变递减系数，按表1的要求进行取值[2]。

表1 混凝土材料收缩徐变递减系数取值要求

1.3 伸缩量简易估算

原则上，桥梁的伸缩量需要根据现场实际条件进行计算，这样使计算的过程十分复杂，尤其是在寒冷地区。为此，有必要提出一种简易估算方法。需要注意的是，当采用简易估算时，应取10%左右的余量。

1)钢桥：其温度变化范围为-10 ℃～+40 ℃，由温度变化产生的伸缩量为0.63L，由于未采用混凝土材料，所以不涉及由收缩徐变造成的伸缩。在此基础上还应考虑0.063L的余量，则总伸缩量为0.663L。

2)钢筋混凝土桥：其温度变化范围为-5 ℃～+35 ℃，由温度变化产生的伸缩量为0.43L，由混凝土材料收缩现象产生的伸缩量为0.23L3β。在此基础上还应考虑0.043L的余量，则总伸缩量为(0.44+0.23β)3L。

3)预应力混凝土桥：其温度变化范围为-5 ℃～+35 ℃，由温度变化产生的伸缩量为0.43L，由混凝土材料收缩现象产生的伸缩量为0.23L3β，由徐变现象产生的伸缩量为0.43L3β。在此基础上还应考虑0.043L的余量，则总伸缩量为(0.44+0.63β)3L。

其中，L为伸缩梁长；β为混凝土材料的收缩徐变递减系数。

2 桥梁伸缩缝选型

完成对伸缩量的计算后，需据此确定伸缩缝类型，所选伸缩缝类型是否适宜，不仅决定桥面能否保持平整，而且还会对结构耐久性及通行舒适性造成影响。基于此，设计过程中必须综合考虑各项因素确定合适的伸缩缝，以满足预期要求。但伸缩缝的类型有很多，不同伸缩缝类型有不同的特点、性质和适用条件。所以在选型时应先了解不同类型伸缩缝的特点。就目前而言，我国常用下列几种伸缩缝[3]。

2.1 组合伸缩缝

1)大位移量伸缩缝。

该伸缩缝的构造较为简单，具有良好的伸缩与机械性能。该伸缩缝由若干相同模数构成，当伸缩量较大或较小时，仅需改变支承梁实际长度，并调整型钢及橡胶条的数量，即可形成伸缩量各不相同的桥梁伸缩缝。现在这种伸缩缝的实际应用很多，然而普遍存在一个实际问题，也就是安装的好坏对伸缩缝作用的发挥有直接影响。因此，在实际工作中，必须严格按照相关规程操作，保证伸缩缝安装质量。

2)小位移量伸缩缝。

该伸缩缝由橡胶条和钢梁两部分组成，采用由混合填料与合成弹性体构成的复合材料对桥梁和伸缩缝进行粘结。该伸缩缝的生产厂家现在还比较少，其中以BEJ系列最为常用，该系列伸缩缝采用以下三种材料：可伸缩嵌条、树脂混合物与钢梁。该伸缩缝能满足在大范围进行剪切与位移的要求，同时在垂直方向上能进行一定位移，适用面较广。同时，该伸缩缝仅需有丰富工作经验的施工人员安装即可，施工和后期养护维修都十分方便。

2.2 板式橡胶伸缩缝

这一伸缩缝在应用早期存在一个重要的问题，即为使用周期相对较短，容易老化。对于橡胶而言，它本身就有抗老化性能和耐低温性能较差的问题，现在很多厂家制造的橡胶，均通过对三元乙丙胶及氯丁胶等的使用来解决该问题。但因锚固等方面的问题，会使伸缩缝使用时产生弹跳的现象，导致伸缩缝周围产生破坏。基于此，在高等级公路中，应减少或避免使用这种伸缩缝。

2.3 埋入式伸缩缝

这种伸缩缝主要采用具有良好防水性能且能与铺装相衔接的材料，现在常用WAB0与TST两种埋入式伸缩缝，主要具有以下几个特点：第一，安装速度快，除了能在新建工程中使用，还能用于已经破坏的伸缩缝换新，且安装的速度很快，仅几个小时就可以恢复通车;第二，能保证行车的平稳性，因该伸缩缝采用混合弹性材料，没有间隙接口，靠弹性材料具有的流动性，将构件当中的碎石和间隙填平，形成一个具有良好防水性能且光滑的接头。这样能从根本上杜绝跳车，起到保证行车平稳性的作用；第三，施工简单，因这种伸缩缝的结构科学合理，无需进行锚固，省去相应的过程，除了能简化施工，还能减少施工的成本；第四，防水效果显著，该伸缩缝所用弹性材料有良好防水性能，而且粘合性也很强，能和铺装层之间可靠粘结，不会出现裂口，达到理想防水效果[4]。

该伸缩缝主要用于伸缩位移不超过50 mm的中小规模桥梁。目前这种伸缩缝在我国的实际应用还比较少，仍处在试验的阶段。对此，应积极参考国外相关经验，结合我国桥梁结构特点和使用要求，不断加深对这种伸缩缝的研究，以促进其推广应用。

3 结语

在桥梁的伸缩缝设计过程中，首先应根据桥梁结构，结合桥梁使用功能需要，对由温度变化和混凝土收缩徐变产生的伸缩量进行计算，然后再根据伸缩量计算结果，选择适宜的伸缩缝类型，在条件允许的情况下，选用新型伸缩缝，并通过管理控制，保证伸缩缝施工质量。