劉志軍

（上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司，上海市　200000）

某大橋模數(shù)式伸縮縫病害機(jī)理探討

劉志軍

（上海地鐵咨詢監(jiān)理科技有限公司，上海市200000）

伸縮縫是橋梁構(gòu)造的重要組成部分，橋梁伸縮縫一旦損壞，將對(duì)行車安全和橋梁結(jié)構(gòu)壽命產(chǎn)生重要的影響。介紹了某大橋模數(shù)式伸縮縫縱、橫梁斷裂病害情況的調(diào)查，著重從伸縮縫材質(zhì)、幾何截面尺寸和受力荷載等技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)方面對(duì)病害原因進(jìn)行了計(jì)算分析和探討，可為橋梁建設(shè)和養(yǎng)護(hù)管理提供參考。

模數(shù)式；伸縮縫；病害；探討

1　概況

某大橋左右幅分離，結(jié)構(gòu)形式一致，橋跨組合為7×30 m+（48 m+80 m+48 m）+7×30 m，橋梁全長(zhǎng)603.24 m。主橋跨越三級(jí)航道，采用變截面三向預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁；引橋?yàn)橄群?jiǎn)支后連續(xù)組合箱梁橋，下部結(jié)構(gòu)采用樁柱式墩臺(tái)、鉆孔灌注樁基礎(chǔ)。主引橋7#過(guò)渡墩為D240模數(shù)式伸縮縫和10#過(guò)渡墩為D160型模數(shù)式伸縮縫，橋臺(tái)處為D80型鋼伸縮縫。橋梁設(shè)計(jì)荷載：公路-I級(jí)，于2008年建成通車。養(yǎng)護(hù)檢查中發(fā)現(xiàn)本橋左右幅D160和D240伸縮縫均出現(xiàn)局部邊縱梁和中縱梁斷裂脫落、橫梁斷裂脫落等病害，及時(shí)采取了應(yīng)急處治措施，對(duì)邊、中縱梁斷裂脫落的范圍覆蓋2 cm厚的鋼板，在維修前保證行車安全。

2　病害調(diào)查

2.1左幅7#墩伸縮縫

伸縮縫病害示意見(jiàn)圖1。

圖1　左幅7#墩伸縮縫病害示意圖（單位：mm）

2.1.1縱梁

（1）1#縱梁距外側(cè)護(hù)欄3.9～4.8 m范圍內(nèi)型鋼斷裂、脫落，見(jiàn)圖2。

圖2　左幅7#墩伸縮縫邊縱梁斷裂脫落

（2）2#縱梁距外側(cè)護(hù)欄4.1～5.7 m范圍內(nèi)型鋼斷裂補(bǔ)焊、下?lián)希ㄒ?jiàn)圖2）；距內(nèi)側(cè)護(hù)欄0～2.2 m范圍內(nèi)，型鋼斷裂脫落、已加鋪鋼板（見(jiàn)圖3）。

（3）3#縱梁距外側(cè)護(hù)欄3.9～5.7 m范圍內(nèi)型鋼斷裂、下?lián)?，?jiàn)圖3。

2.1.2橫梁

橫梁7道，其間距1.5 m，縱梁斷裂基本發(fā)生在與橫梁固結(jié)處（見(jiàn)圖3、圖4）。橫梁斷裂處，車輛行經(jīng)時(shí)有明顯大幅度的上下?lián)蟿?dòng)。

圖3　左幅7#墩伸縮縫中縱梁斷裂脫落

圖4　左幅7#墩伸縮縫中縱梁、橫梁斷裂脫落

2.2左幅10#墩伸縮縫

伸縮縫病害示意見(jiàn)圖5。

圖5　左幅10#墩伸縮縫病害示意圖（單位：mm）

2.2.1縱梁

中縱梁距內(nèi)側(cè)護(hù)欄2～6 m范圍內(nèi)斷裂、脫落，已加鋪鋼板（見(jiàn)圖6）；距內(nèi)側(cè)護(hù)欄0 m，中縱梁斷裂（見(jiàn)圖7）。

圖6　左幅10#墩伸縮縫中縱梁斷裂脫落

圖7　左幅10#墩伸縮縫橫梁斷裂脫落

2.2.2橫梁

由東向西，5#中橫梁缺失（見(jiàn)圖6）。

2.3右幅7#墩伸縮縫

伸縮縫病害示意見(jiàn)圖8。

圖8　右幅7#墩伸縮縫病害示意圖（單位：mm）

2.3.1縱梁

距外側(cè)護(hù)欄3.15～5.4 m、距內(nèi)側(cè)護(hù)欄1～3.2 m范圍已鋪鋼板（見(jiàn)圖9、圖10）；距外側(cè)護(hù)欄5.9 m 處3#縱梁斷裂（見(jiàn)圖11），車輛行經(jīng)是撓動(dòng)幅度較大。

圖9　右幅7#墩伸縮縫縱、橫梁斷裂脫落

圖10　右幅10#墩伸縮縫橫梁斷裂脫落

圖11　右幅10#墩伸縮縫邊縱梁斷落

2.3.2橫梁

由東向西的順序，見(jiàn)4處橫梁：1#橫梁焊接鋼筋修補(bǔ)；2#橫梁斷裂，6#橫梁斷裂，5#～6#橫梁間3#縱梁斷裂掉落。

2.4右幅10#墩伸縮縫

2.4.1縱梁

中線處邊縱梁斷裂（見(jiàn)圖11），脫落1節(jié)，長(zhǎng)約30 cm。車輛行經(jīng)時(shí)，縱梁撓動(dòng)。

2.4.2橫梁

橫梁較完好。

3　中梁材質(zhì)及尺寸

本橋模數(shù)式伸縮縫中梁鋼采用“工”字型截面（見(jiàn)圖12），采用游標(biāo)卡尺對(duì)中梁鋼的截面尺寸進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

圖12　中梁截面示意圖

表1　本橋中梁尺寸表

調(diào)查表明，該橋D240、D160伸縮縫中梁鋼采用的是規(guī)格為15 kg/m輕型鋼軌，鋼材牌號(hào)為55Q。

通過(guò)對(duì)其他多座橋梁的D160、D240伸縮縫中梁鋼截面形式和截面尺寸的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)所調(diào)查橋梁伸縮縫中梁鋼的使用均與《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）規(guī)定的截面形式一致，即“王”字型異型鋼（見(jiàn)圖13）。

圖13　中梁截面示意圖

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)查勘，并與《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）的要求和規(guī)定對(duì)比，得出本橋伸縮縫以下結(jié)論：

（1）D240、D160伸縮縫中梁鋼尺寸偏小

《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）5.3.1條文規(guī)定，伸縮縫裝置異型鋼材斷面尺寸應(yīng)符合B1≥80 mm、B2≥80 mm、B≥16 mm、H≥120 mm，質(zhì)量滿足≥36 kg/m。由此可見(jiàn)本橋伸縮縫中梁鋼除尺寸B1外，均小于該規(guī)范值。調(diào)查的其他橋梁伸縮縫中梁基本滿足規(guī)范要求。

（2）D240、D160伸縮縫中梁鋼材質(zhì)不滿足要求

《公路橋梁伸縮縫裝置》（JT/T 327-2004）5.3.1條文規(guī)定，異型鋼材不低于Q345C鋼材強(qiáng)度，其余鋼材不低于Q235C鋼材強(qiáng)度。

15 kg/m輕型鋼軌使用的 55Q鋼含碳量（0.50%～0.60%）高于Q235、Q345鋼材，屬中碳鋼。含碳量的增加，提高了鋼材屈服點(diǎn)和抗拉強(qiáng)度升高，硬度增加，但塑性、韌性下降，延展性下降、沖擊性降低，當(dāng)碳量超過(guò)0.23%時(shí)，鋼的焊接性能變差。輕型鋼軌的質(zhì)量要求比較低，主要用于林區(qū)、礦區(qū)、工廠及施工現(xiàn)場(chǎng)等處鋪設(shè)臨時(shí)運(yùn)輸線路和輕型機(jī)車用線路。

4　伸縮縫寬度

4.1伸縮縫寬度

采用鋼尺對(duì)本橋D160和D240模數(shù)式伸縮縫寬度進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示D240型鋼伸縮縫各縫間寬度分布不均勻，中梁與邊梁間的寬度大于中梁間的寬度。伸縮縫寬度示意見(jiàn)圖14。

圖14　伸縮縫寬度示意圖

4.2伸縮縫高差

采用水平尺和塞尺對(duì)模數(shù)式伸縮縫型鋼與橋面高差進(jìn)行了測(cè)量。測(cè)量結(jié)果顯示，左幅7#墩伸縮縫與橋面最大高差達(dá)30 mm，右幅7#墩伸縮縫與橋面最大高差達(dá)12 mm；左幅10#墩伸縮縫與橋面最大高差達(dá)10 mm，右幅10#墩伸縮縫與橋面最大高差達(dá)18 mm。以上高差數(shù)據(jù)均不滿足規(guī)范要求。

5　受力計(jì)算

5.1計(jì)算模型

參考《公路橋梁伸縮裝置設(shè)計(jì)指南》（JTQX-2011-12-1）進(jìn)行中梁受力計(jì)算分析。

D240伸縮縫橫梁中心距為1.5 m，計(jì)算模式見(jiàn)圖15，計(jì)算15 kg/m輕型鋼軌中梁的受力，擬對(duì)圖示中梁A、B截面進(jìn)行驗(yàn)算。由于無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量橫梁構(gòu)件尺寸，且支撐條件未知，故未對(duì)橫梁進(jìn)行受力計(jì)算。

圖15　伸縮縫中梁計(jì)算示意圖（單位：mm）

5.2計(jì)算荷載

豎向靜力荷載為《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》（JTG D60-2004）4.3所規(guī)定的車輛荷載后軸重力標(biāo)準(zhǔn)值140 kN和（1+μ）的乘積。后軸車輛著地范圍為縱向0.2 m，橫向0.6 m，D240伸縮縫單片中梁受力分配系數(shù)取0.5，則中梁受單輪豎向力為：

P=140×（1+0.45）×0.5×1/2=50.75 kN

水平靜力荷載為后軸重力產(chǎn)生的制動(dòng)力：F= P×10%=5.08 kN。

5.3荷載工況

分別選取圖示A、B截面最大正彎矩和最大負(fù)彎矩工況進(jìn)行受力計(jì)算。荷載加載圖示見(jiàn)圖16～圖19。

圖16　A截面最大負(fù)彎矩加載工況（單位：mm）

圖17　A截面最大正彎矩加載工況（單位：mm）

圖18　B截面最大正彎矩加載工況（單位：mm）

圖19　B截面最大負(fù)彎矩加載工況（單位：mm）

5.4強(qiáng)度驗(yàn)算

中梁A、B截面最不利荷載作用下，強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算結(jié)果匯總見(jiàn)表2。

表2　中梁應(yīng)力計(jì)算結(jié)果

（1）A截面處中梁與橫梁焊接連接，屬D類連接，強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算如下:

最大應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)最大應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)

（2）B截面無(wú)連接，屬A類，強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度計(jì)算如下:

最大應(yīng)力為拉應(yīng)力時(shí)

最大應(yīng)力為壓應(yīng)力時(shí)

6　結(jié)　論

根據(jù)上述調(diào)查及計(jì)算分析表明，造成本橋D240、D160伸縮縫中梁斷裂的主要原因如下：

（1）截面尺寸偏小。伸縮縫中梁鋼采用的是輕型鋼軌，不滿足《公路橋梁伸縮縫裝置》的規(guī)定。在車輛荷載作用下，中梁強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度不能滿足規(guī)范要求。

（2）材質(zhì)不滿足要求。伸縮縫中梁鋼采用牌號(hào)55Q，屬中碳鋼，其塑性、韌性、延展性下降和抗沖擊性降低，焊接性能變差。

（3）焊接性能較差。55Q中梁鋼與橫梁焊接連接，降低了材料的韌性，焊接會(huì)導(dǎo)致鋼材出現(xiàn)微裂縫和疲勞強(qiáng)度顯著降低，在車輛荷載反復(fù)作用下，容易產(chǎn)生斷裂。

（4）平整性不好。伸縮縫型鋼頂面與橋面高程偏差較大，平順性較差，加大了車輛荷載對(duì)中梁的沖擊效應(yīng)。

U445.7+1

B

1009-7716（2016）07-0205-04

10.16799/j.cnki.csdqyfh.2016.07.059

2016-03-13

劉志軍（1978-），男，山東淄博人，工程師，從事工程建設(shè)監(jiān)理工作。