桥梁伸缩装置设计选型与安装

1.引言
桥梁伸缩装置是连接梁与路(或梁)的重要构件，它长期暴露在大气中，直接承受车轮荷载的反复冲击，既影响车道的平整度，又容易损坏难以修补。特别是在设计、施工上稍有缺陷或不足，就会引起伸缩装置的早期破坏。目前，桥梁伸缩缝问题仍在探索研究中，为了改善路面和桥面平整度，使行车舒适安全，除了改变桥型加大孔联长度减少伸缩逢数量外，还应在伸缩逢的设计选型、材料以及施工质量加以足够重视。
2.桥梁伸缩装置的功能及分类
桥梁伸缩装置又简称为伸缩缝，主要由传力支承体系和位移控制体系组成，它的主要功能一是将车辆垂直和水平荷载通过支承结构传递到梁体，二是适应桥梁纵、横位移的变化和梁端翘曲发生的转角变化。按使用的材料和用途，伸缩逢可分为纯橡胶式、板式、组合式橡胶伸缩逢和模数式伸缩逢。板式伸缩装置的伸缩体由橡胶、钢板或角钢组成，适用于伸缩量≤60mm以下的普通桥梁；组合式伸缩装置的伸缩体由橡胶板和钢托板组合而成，适用于伸缩量≤120mm的普通桥梁；模数式伸缩逢伸缩体采用整体成型的异形钢材制成，由边梁、中梁、横梁、位移控制系统、密封橡胶带等构件组成，适用于各种弯、坡、斜、宽桥梁。模数式伸缩装置可按一定模数任意组拼，从80mm的单缝到1200mm的多缝，当伸缩量≥1200mm时，可按设计要求在工厂加工制造。
3.设计选型应考虑的因素
桥梁伸缩装置设计选型应考虑的主要因素有桥梁设计荷载等级、所处的地理位置、结构形式，伸缩装置结构特点、适用范围、平整度、排水及防水性能，桥梁施工条件及施工质量保证措施，伸缩装置的可维修性和经济性。
4.影响伸缩装置伸缩量的基本因素
4.1温度变化
温度变化是影响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主导地位。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。对跨径小的桥梁（L≤8m），线膨胀系数很小，可不予考虑；对大跨径桥梁，设计时必须引起足够重视。一般设计时线膨胀系数可按下表数据参考选用：
温度变化范围及线膨胀系数
桥梁种类 温度变化范围 线膨胀系数
一般地区 寒冷地区
钢筋混凝土桥 5oC~+35oC -15oC~+35oC 10×10-6
钢桥 -10oC~+40oC -20oC~+40oC 12×10-6
组合钢桥 -10oC~+50oC -20oC~+40oC 12×10-6

4.2混凝土的收缩和徐变
混凝土的收缩、徐变是混凝土构件本身所固有的属性，也是一种随机现象。混凝土的配合比、水灰比、塌落度、水泥品种、温度、相对湿度、混凝土的加载龄期、持荷时间和强度等对混凝土收缩、徐变影响很大。钢筋混凝土桥和预应力混凝土桥均需考虑其收缩和徐变。徐变量按梁在预应力作用下弹性变形乘以徐变系数ф=2求得；收缩量以温度下降20oC来换算。在安装伸缩逢时，收缩和徐变已经发展到一定程度，计算时应以安装时刻为基准，对混凝土收缩和徐变量加以折减。其折减系数ß可参考下表选取：
收缩、徐变折减系数
龄期（月） 0.25 0.5 1 3 6 12 24
收缩、徐变折减系数ß 0.8 0.7 0.6 0.4 0.3 0.2 0.1
4.3桥梁纵向坡度
纵坡桥梁中活动支座通常作成水平的，当支座位移时，伸缩缝不仅发生水平变位，而且发生垂直错位（Δd），其值等于水平位移值乘以纵坡tgθ。
4.4斜桥、弯桥的变位
斜桥、弯桥在发生支承位移方向的变位（ΔL）时，沿桥端线和垂直于桥端线方向也发生变位，即：
Δd=ΔL·SINαΔS=ΔL·COSα
式中，α ----倾斜角，ΔL ----伸缩量
4.5各种荷载引起的桥梁饶度
桥梁在活载、恒载的作用下，端部发生角变位，使伸缩装置产生垂直、水平及角变位，如果梁体比较高，还会发生震动。
4.6地震
地震对伸缩装置变位的影响较为复杂，目前还难以把握，设计时一般不予考虑，但有可靠的资料，能计算出地震对桥梁墩台的下沉、回转、水平移动及倾斜量时，设计时应给予考虑。
5.桥梁伸缩量的计算
5.1温度变化引起的伸缩量
计算公式：ΔLt=（Tmax-Tmin）·α·L
ΔLt+=(Tmax-Tset)·α·L
ΔLt-=(Tset-Tmin)·α·L
式中：ΔLt-----温度变化的伸缩量；
ΔLt+ -----温度变化的伸长量；
ΔLt- -----温度变化的缩短量；
Tmax ------设计最高温度；
Tmin ------设计最低温度；
Tset ------安装温度；
α --------线膨胀系数；
L--------伸缩梁长度。
5.2混凝土徐变及收缩引起的伸缩量
徐变引起的伸缩量公式：ΔLc=(бp/Ec) ·Ф·β·L
收缩引起的伸缩量公式：ΔLs=20×10-5 ·L·β
式中：ΔLc -----混凝土徐变的伸缩量；
ΔLs -----混凝土收缩引起的伸缩量；
σp-----预应力混凝土的平均轴应力；
Ec-----混凝土的弹性模量；
φ-----混凝土的徐变系数；
β-----混凝土收缩、徐变折减系数。
6.简例
某预应力混凝土梁桥，梁长40m；温度变化范围-4。C ~ +42。C；线膨胀系数α=10×10-6；收缩应变ε=20×10-5；徐变系数φ=2.0；收缩、徐变折减系数β=0.6；预应力混凝土的平均轴向应力σp=80kg/cm2；混凝土弹性模量Ec=3.4×105kg/cm2安装温度20οC。
伸缩量计算：
1、温度变化：
ΔLt=（Tmax-Tmin）·α·L
=46×(10×10-6)×40000
=18.4mm
ΔLt+=(Tmax-Tset)·α·L
=22×(10×10-6)×40000
=8.8mm
ΔLt-=(Tset-Tmin)·α·L
=24×(10×10-6)×40000
=9.6mm
2、徐变：
ΔLc=(бp/Ec) ·Ф·β·L
=(80/340000) ×2×0.6×40000
=11.3mm
3、收缩：
ΔLs=20×10-5 ·L·β
=20×10-5×40000×0.6
=4.8mm
故 伸缩量ΔL=18.4+11.3+4.8=34.5mm
梁伸长量=8.8mm
梁的缩短量=9.6+4.8+11.3=25.7mm，可视为初始压缩量为25.4mm。
值得注意的是，在选用伸缩装置时，对伸缩量一般须考虑一定的安全储备（30%左右），保证伸缩装置使用效果和耐久性，此例初始压缩量可取34mm。
7.施工安装
伸缩装置施工安装质量是保证伸缩缝装置使用效果和耐久性好坏的最后环节，因此，伸缩装置安装前应根据安装温度调整好伸缩装置间隙，严格按照施工图进行安装作业。现以模式桥梁伸缩装置为例，谈一谈具体操作步骤：
7.1开槽和预埋锚筋施工单位按照设计图，在梁与梁、梁与台处预留安装伸缩装置的预留槽和预埋好锚固钢筋，锚固钢筋应与梁端或桥台锚结牢固并应符合施工规范要求。（对沥青混凝土桥面，最好先摊铺混凝土，达到一定强度后，按设计伸缩装置尺寸放样，切割已摊铺混凝土（一般深度为铺装层2/3左右），预留伸缩装置预留槽。）
7.2清洗伸缩装置吊装就位前，应将预留槽内混凝土打毛，清洗干净。
7.3调直调平调整好装置间隙，将装置对准桥梁伸缩逢就位，以桥面标高、伸缩逢中心线为准，进行调直调平，使伸缩逢中心线与桥梁伸缩逢中心线对正，偏差最大不能超过10mm，并保证标高、桥面横坡与桥面相吻合。
7.4固定将伸缩装置上的锚固钢筋与梁或桥台上的预埋钢筋两则同时焊牢。
7.5浇筑混凝土和养护再次检查伸缩装置的平整度（偏差不大于2mm）、中线位置、缝隙是否符合要求，经修正后，安装必要的摸板，按设计要求，在预留槽内浇筑大于C30的钢纤维混凝土，振捣密实，同时，防止混凝土渗入伸缩装置位移控制箱内和溅填在密封橡胶带缝中和表面上，如果发生此现象应立即清除，然后进行养护。
7.6清理现场与开放交通清理施工现场，并根据混凝土试件实测结果和现场施工情况，经有关部门同意开放交通。

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