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        淺談橋梁伸縮縫

        2014-04-29 00:00:00劉冶
        科技創(chuàng)新與應(yīng)用 2014年2期

        摘 要:橋梁伸縮縫是橋梁設(shè)計(jì)中很重要的一環(huán),它對橋梁的合理受力也起到關(guān)鍵性的作用,同時對公路車道的平整度也有一定的影響。選擇合適的伸縮縫即可以保證橋梁的合理受力,也能保證橋梁行車的舒適度。本文擬就伸縮縫問題作以下簡述。

        關(guān)鍵詞:橋梁;伸縮縫;工程

        1 影響伸縮量的基本因素

        1.1 溫度變化

        一般由于溫度變化而引起的伸縮量占全部伸縮量的主要部分。此外由于受到太陽照射,橋梁上、下溫度不同而產(chǎn)生撓度,橋梁端部會發(fā)生旋轉(zhuǎn)變位,但這種變位量較小,在設(shè)計(jì)時可以根據(jù)具體情況加以考慮。

        1.2 混凝土的收縮和徐變

        對于鋼筋混凝土橋梁必須考慮由于混凝土收縮引起的收縮量;對于預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁則必須考慮由于混凝土的收縮和徐變引起的梁的變形。由混凝土收縮引起的收縮量一般換算成溫度下降而引起的收縮量計(jì)算。

        1.3 各種荷重所引起的橋梁撓度

        結(jié)構(gòu)自重、汽車和人群等荷載和活載,將引起橋梁的撓曲變形,這樣會使橋梁端部產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)變位,從而使橋梁伸縮縫裝置承受垂直、水平及旋轉(zhuǎn)變位。

        1.4 斜橋及曲線橋的變位

        斜橋及曲線橋在發(fā)生支承移動方向的變位△L時,便有在橋端線方向的變位△S及垂直于橋端線方向的變位△d:

        △d=△L sinθ △S=△L cosθ

        式中:θ-傾斜角;△L-伸縮量。

        把沿支座移動方向的位移△L稱作伸縮縫,把垂直于橋梁線的位移△d稱作梁端伸縮縫。由于平行于橋端線△S的位移而使伸縮裝置在平面上受扭,產(chǎn)生剪應(yīng)力,在設(shè)計(jì)時必須注意。同時,還應(yīng)注意支座的約束條件及墩臺形式的不同所產(chǎn)生的影響。

        1.5 其他影響因素

        對于設(shè)有較大縱坡的橋梁,如果活動端如通常施工那樣在水平方向設(shè)置支座時,那么在橋面上將會產(chǎn)生水平移動值乘以縱坡得出垂直方向上的變位。這種變位置較小時不會對伸縮縫有大的影響,但在采用鋼板疊合形式伸縮縫裝置或者在伸縮量大、縱坡大的情況下,在伸縮縫的選型上就必須引起注意。

        2 對伸縮縫裝置的要求

        橋梁伸縮縫裝置時橋梁結(jié)構(gòu)中的薄弱部位,由于直接承受車輪的反復(fù)荷載,很小的不平整就會使其承受很大的沖擊,因而是橋梁 結(jié)構(gòu)中最容易損壞的部位。對于伸縮縫的設(shè)計(jì)和構(gòu)造處理一定要慎重。綜合分析橋梁伸縮縫損壞情況,對伸縮縫應(yīng)有以下幾方面的要求。

        2.1 應(yīng)認(rèn)真考慮伸縮量的使用范圍

        首先是伸縮裝置能在順橋向和橫橋向均能保證自由伸縮的伸縮量。由于斜橋、彎橋和坡橋的伸縮裝置還應(yīng)特別考慮其對伸縮范圍的特殊要求。其次,選擇伸縮裝置時應(yīng)注意其伸縮量的使用范圍,大伸縮量的伸縮裝置用于小變形的橋梁上是不經(jīng)濟(jì)的。有些伸縮裝置當(dāng)用于混凝土橋梁端時,則必須加厚梁端部分,以便伸縮縫的牢固安裝。

        2.2 應(yīng)考慮伸縮縫的耐久性

        伸縮裝置還應(yīng)有以下一些要求:耐沖擊、構(gòu)造簡單、施工容易、安裝方便,伸縮裝置的耐久性原則上希望和橋梁本身的耐久性相同,然而這一點(diǎn)很難達(dá)到。因此,通常希望橋梁伸縮裝置的耐久性大于橋面鋪裝的耐久性。同時也應(yīng)注意伸縮裝置的防水等要求。

        3 計(jì)算實(shí)例

        本例為預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁橡膠伸縮縫計(jì)算示例

        預(yù)應(yīng)力混凝土橋橡膠伸縮縫計(jì)算。

        設(shè)計(jì)資料:溫度變化范圍-20度~+35度;

        膨脹系數(shù)α=10×10-6,伸縮梁長度L=30m,

        干燥收縮度 20×10-5,徐變系數(shù)?準(zhǔn)=2.0

        預(yù)應(yīng)力混凝土平均軸向應(yīng)力б=6N/mm2,混凝土彈性模量E=30000N/mm2,

        施加預(yù)應(yīng)力后三個月的遞減系數(shù)β=0.4,

        假設(shè)安裝伸縮縫時溫度為20度。

        在20度設(shè)置伸縮縫時伸長量Δl■■=(35-20)×12×10-6×30000=5.4mm

        在20度設(shè)置伸縮縫時收縮量Δl■■=(20-(-20))×12×10-6×30000=14.4mm

        由混凝土干燥收縮引起的收縮量Δls=20×αLβ=20×10×10-6×30000×0.4=2.4mm

        由徐變引起的收縮量Δlc=б/EφLβ=6/30000×2*30000×0.4=4.8mm,

        設(shè)梁端旋轉(zhuǎn)水平變形Δld=5mm

        收縮量=5.4+14.4+2.4+4.8+5=32mm,根據(jù)計(jì)算結(jié)果考慮結(jié)構(gòu)安裝誤差,選用收伸縮量為40mm的橡膠伸縮縫。

        4 對目前伸縮裝置設(shè)計(jì)的幾點(diǎn)淺見

        4.1 小跨徑的中小橋(如20m以內(nèi)的)宜不設(shè)伸縮縫。支座采用固定式橡膠支座,讓墩臺的彈性變形和臺后的土抗力來抵抗溫度應(yīng)力(因變形長度在10m以內(nèi)伸縮量一般在5mm以內(nèi))。

        4.2 中、小橋宜采用W型伸縮裝置,它具有以下一些優(yōu)點(diǎn):①伸縮體與鐵件聯(lián)接可不用膠水,而利用橡膠本身的預(yù)壓密縫防水;②構(gòu)件尺寸小,相應(yīng)材料用量省,施工方便,造價低;③溫度伸縮變形發(fā)揮像膠彈性材料性能。在外荷作用下則充分利用拱形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢。

        4.3 從實(shí)踐和有關(guān)資料來看,不論W型、V型、空心板型的橡膠體都可使用。毛病不在膠體本身,而是在整個伸縮裝置結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理。西德毛勒公司的伸縮裝置、近幾年應(yīng)用較多的TST伸縮裝置設(shè)計(jì)比較合理,在行車時它具有較高的剛度,在溫度變化時又變形靈活。

        4.4 從目前已經(jīng)施工的伸縮裝置來看,板式伸縮裝置的平整度較好,其原因是膠體內(nèi)不僅加入了足夠數(shù)量的鋼板以增加變形體的剛度,而且又有足夠數(shù)量的鉚釘使伸縮體同橋梁變形體的聯(lián)結(jié)比較牢固,不至于象原來空心板橡膠伸縮縫那樣易于脫出。

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