桥梁设计职称范文桥梁伸缩缝设计及应用探究

　　摘 要：桥梁一直都作为公路建设的重点支撑环节而存在，它在公路的运行中发挥着关键性的作用，因此，广大建筑设计人员一直非常关注对于公路桥梁的设计工作。在以往的桥梁设计中，设计人员为了应对桥梁受重变形而为其设计了伸缩缝，使桥梁在长期的使用中得到了有效的质量支撑。文章阐述了当前桥梁伸缩缝主要形式，分析了桥梁伸缩缝破坏影响因素，基于设计方面，探讨了桥梁伸缩缝设计要点。

　　关键词;桥梁,伸缩缝,设计要点

　　一、桥梁伸缩缝概念及构成概述

　　桥梁伸缩缝是指为适应材料胀缩变形需要而在桥梁上部结构中设置的间隙。为使车辆平稳通过桥面，在桥梁伸缩缝处设置的由橡胶和钢材等构件组成的各种装置称为伸缩缝装置。当前，对于桥梁伸缩缝一般有对接式、钢制支承式、组合剪切式(板式)、模数支承式以及弹性装置。①对接式伸缩缝。对接式伸缩缝装置，更具其构造形式和受力特点的不同，可分为填塞对接型和嵌固对接型两种。填塞对接型伸缩装置是以沥青、木板、麻絮、橡胶等材料填塞缝隙，伸缩体在任何情况下都处于受压状态。该类伸缩装置一般用于伸缩量在40mm以下的常规桥梁工程上，但目前已不多见。嵌固式对接伸缩缝装置利用不同形态的钢构件将不同形状的橡胶条(带)嵌牢固定，并以橡胶条(带)的拉压变形来吸收梁体的变形，其伸缩体可以处于受压状态。也可以处于受拉状态。②钢制支承式伸缩装置。当桥梁的伸缩变形量超过50mm时，常采用钢质伸缩装置。该伸缩装置当车辆驶过时往往由于梁端转动或挠曲变形而产生拍击作用，噪声大，而且容易使结构损坏。因此，需采用设有螺栓弹簧的装置来固定滑动钢板，以减少拍击和噪声，该伸缩缝的构造相对复杂。③组合剪切式(板式)橡胶伸缩装置。该装置是利用各种不同断面形状的橡胶带作为填嵌材料的伸缩装置。由于橡胶富有弹性，易于粘贴，又能满足变形要求且具备防水功能。因此，目前在国内、外桥梁工程中已获得广泛应用。④模数支承式伸缩装置。板式橡胶制品这一类伸缩装置，很难满足大位移量的要求;钢制型的伸缩装置，很难做到密封不透水，而且容易造成对车辆的冲击，影响车辆的行驶性。因此，出现了利用吸震缓冲性能好又容易做到密封的橡胶材料，与强度高性能好的异型钢材组合的，在大位移量情况下能承受车辆荷载的各类型模数支承式(模数式)桥梁伸缩装置系列。⑤弹性体伸缩装置。弹性体伸缩装置分为锌铁皮伸缩缝和TST碎石弹性伸缩缝，弹性体伸缩装置是一种简易的伸缩缝装置，对于中小跨径的桥梁，当伸缩量在20mm-40mm以内时可以采用TST碎石弹性伸缩缝装置，是将特制的弹塑性材料TST加热熔化后，灌入经过清洗加热的碎石中，即形成了TST碎石弹性伸缩缝，碎石用以支持车辆荷载，TST弹塑性体在一25℃～60℃条件下能够满足伸缩量的要求。

　　二、桥梁伸缩缝的作用

　　由于公路桥梁都处于室外,并且根据其使用功能,公路桥梁会受到温度变化、混凝土变形、动荷载等一系列因素的作用,使得桥体产生变形。如果这种变形量过大,会影响到桥体的使用安全。所以为了调节由车辆荷裁、环境特征和桥梁建筑材料的物理性能所引起的上部结构之间的位移和上部结构之间的联结,所以必须要设置伸缩缝。桥梁伸缩缝处出现跳车和损坏现象,影响行车的舒适和安全。出现这些问题,除了车辆通行量增多、载重量增大、车速加快等客观原因对伸缩装置的损坏外,伸缩缝设计和施工的欠缺不容忽视。

　　三、设计相关数据计算

　　3.1设计数据

　　膨胀系数：10×10-6

　　伸缩梁长：30m

　　干燥收缩度20×10-5

　　徐变系数：φ=2

　　平均轴向应力：σp=60㎏/㎡

　　混凝土的弹性模量：Ec=300000㎏/㎡

　　折减系数(施加预应力后3个月)：β=0.4

　　安装时的设计温度：15℃

　　3.2伸缩量计算

　　温度变化的伸缩量：△Lt=10×10-6×(Tmax-Tmin)×L

　　=10×10-5×40×30000

　　=12mm

　　15℃安装时的伸长量：△Lt+=10×10-6×(35-15)×L

　　=6mm

　　15℃安装时的缩短量：△Lt-=10×10-6×[15-(-5)]×30000

　　=6mm

　　干燥收缩：△Ls=20×10-5×L×β

　　=20×10-5×30000×0.4

　　=2.4mm

　　徐变：△Lx=σp•φ•L•β/Ec=60×2×30000×0.4/300000=2.4mm

　　伸缩量：△L=12+2.4+4.8=19.2㎜

　　梁的伸长量=6mm

　　梁的缩短量=6+2.4+4.8=13㎜

　　初压缩量=13㎜

　　实际采用的伸缩量应考虑一定的安全值。考虑到施工误差和其他因素影响，设计伸缩量应对基本伸缩量增加10%～30%的富裕量，即△L=(1.1～1.3)△L0

　　四、桥梁伸缩缝问题原因及设计要点分析

　　4.1伸缩装置破坏过早的设计原因：①设计时梁端部未能慎重考虑，在反复荷载作用下，梁端破损引起伸缩装置失灵。有些桥梁结构，桥面板端部刚度不足，当桥面板受到汽车荷载作用时，因翼板较薄，横向联系较弱，导致桥面板反复变形过大;②伸缩量计算不准确，没有考虑到伸缩装置安装时的实际温度对伸缩装置的影响，伸缩装置本身无法或很难调整初始位移量，选型不当，采用过小的伸缩间距，导致伸缩装置破损;③一些设计是将伸缩装置的锚固件置于桥面铺装层中，与主梁(板)连接的部分很少，而且力的分布不容易传递，微小的变形可能演变成大的位移，最终导致砼粘结力的失效;④使用粘结或橡胶材料等制造的新型伸缩装置，材料和结构选择不当，防水、排水设施不完善，造成锚固件受腐蚀，梁端和支座侵蚀严重;⑤设计上未严格规定伸缩装置两侧的后浇砼和铺装层材料的选择、配合比、密实度和强度，产生不同程度的破坏，致使伸缩装置营运质量下降。

　　4.2伸缩缝整体设计。合理选定恰当伸缩量的缝隙极为重要，缝隙越大伸缩装置越容易遭破坏。采用的缝隙过大或过小，以及没有考虑安装时的温度而调整间隙。特别是针对板式橡胶伸缩装置，易造成破坏。即使是连续桥面，在面层铺装上往往也会出现裂纹。因此。要采取预先切割桥面，设置接缝，或用较软的铺装层来吸收裂缝，或者安设小型的伸缩装置来解决。在较大纵坡的情况下，如不设置考虑适应竖直变位的构造，也容易产生缺陷，引起破坏。伸缩装置沿桥面纵向，即使伸缩量小，也存在挠度差大的问题，因此，在伸缩装置构造上要给予重视。伸缩装置与梁体结合成等强的整体无疑是提高其使用效能的重要手段。除模数式伸缩装置之外的其他类型的桥梁伸缩装置，与桥面板的固定、结合往往不够充分，效果不甚理想，一般构造尺寸较小、刚度不足，而且对新材料的特征、配合等研究不够深入，所以在选型时应作充分的比较研究。为防止因雨水而起的漏水现象，虽然在一些钢制伸缩缝装置中，对配合部位采取插入密封橡胶或将排水装置或铺装层面层作为容易清扫的型式，或在整个缝隙中灌注填人防水材料的实用型式。对与桥面的雨水，一般应在伸缩装置附近设集中排水口;对不在日常养护作多次涂漆的构件上，设计上应采用优质耐久的防护材料作有效的处理。

　　总之，随着高等级公路的迅速发展，桥梁伸缩缝的重要性不言而喻。因此必须加强桥梁伸缩缝的优化设计，从伸缩缝类型、结构以及环境等相关因素进行强化设计，才能确保伸缩缝在今后的使用中，满足桥梁使用性能。