劉遠(yuǎn)昆

貴州省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，貴州貴陽(yáng) 550081

1 無(wú)伸縮縫橋梁建設(shè)現(xiàn)狀中存在的幾個(gè)問(wèn)題

通過(guò)對(duì)歷史數(shù)據(jù)的分析調(diào)查，橋梁伸縮縫作為橋梁的關(guān)鍵構(gòu)件在實(shí)際使用中普遍存在嚴(yán)重的損壞現(xiàn)象，這使得研究設(shè)計(jì)和制造更先進(jìn)的伸縮裝置工作變得尤其重要，要徹底解決問(wèn)題，推廣使用無(wú)伸縮裝置的橋梁結(jié)構(gòu)才是根本解決方案，無(wú)伸縮縫橋梁具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是目前的設(shè)計(jì)方法僅依賴于觀察與經(jīng)驗(yàn)，我國(guó)伸縮縫橋梁的推廣與建造還存在幾個(gè)問(wèn)題。首先，無(wú)伸縮縫橋梁的伸縮變形并不隨著取消了伸縮裝置的設(shè)計(jì)而消失，橋梁內(nèi)部依然存在應(yīng)力和變形，設(shè)計(jì)中需要把這些伸縮變形應(yīng)力從橋梁主體有效的傳導(dǎo)到道路上去，同時(shí)控制好對(duì)路面的影響。其次，通過(guò)技術(shù)手段對(duì)橋梁的伸縮變形做到了有效的控制后，橋臺(tái)的樁基礎(chǔ)和主梁的本身產(chǎn)生的內(nèi)力達(dá)到多高的程度，又如何將這些附加力對(duì)橋梁和樁基礎(chǔ)的影響控制到最小程度，這些都是需要在構(gòu)造細(xì)節(jié)上采取相應(yīng)的措施來(lái)解決的。

2 無(wú)伸縮縫整體式橋梁設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)

2.1 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單

無(wú)伸縮縫連續(xù)梁橋中，橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)被大大簡(jiǎn)化，一個(gè)水平桿、多個(gè)豎向桿和剛架結(jié)構(gòu)，簡(jiǎn)化了橋梁的整體分析和設(shè)計(jì)工作，與上部結(jié)構(gòu)固結(jié)或自支撐的墩柱與單排樁支撐的橋梁墩臺(tái)可以通過(guò)滑動(dòng)支座與上部結(jié)構(gòu)分離。

2.2 邊中跨比范圍的擴(kuò)大

傳統(tǒng)的連續(xù)梁橋，整體式橋臺(tái)可以充當(dāng)平衡重（配重），通過(guò)采用整體式橋臺(tái)設(shè)計(jì)可以更好地抵抗負(fù)支反力，不需要設(shè)置昂貴的拉力支座。

2.3 施工建造速度快

整體式橋臺(tái)不用背墻結(jié)構(gòu)，因此可以使用樁較少的單排樁。在無(wú)伸縮縫橋梁中，一些附屬設(shè)施，例如支座和伸縮縫構(gòu)造被取消后，有關(guān)的安裝、調(diào)試的工期和造價(jià)都會(huì)大大減少，而且與之相關(guān)的一些設(shè)施諸如蓋梁的設(shè)計(jì)和施工、支座墊石工序的簡(jiǎn)化，進(jìn)一步提高了施工速度。

2.4 運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低

傳統(tǒng)的橋梁結(jié)構(gòu)會(huì)經(jīng)常遭受車輛沖擊，在降低了車輛駕駛舒適性的同時(shí)也對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)造成損傷，平順的無(wú)伸縮縫結(jié)構(gòu)可以改善這些體驗(yàn)，與此同時(shí)橋梁的后期維護(hù)費(fèi)用也被大大降低。

2.5 增加超靜定性和抵抗災(zāi)難的能力

伸縮縫施工設(shè)計(jì)與使用中如果存在隱患，會(huì)造成橋梁坍塌，我們通過(guò)無(wú)伸縮縫橋梁的墩臺(tái)和梁固結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)造，提高橋梁抵抗各種自然或人為災(zāi)難事件能力以及橋梁超靜定約束和的能力。尤其在發(fā)生地震時(shí)，落梁現(xiàn)象發(fā)生的可能性大大減少，無(wú)伸縮縫橋梁在多震區(qū)被作為一種更優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

3 無(wú)伸縮縫橋梁的構(gòu)造設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)分析

3.1 特點(diǎn)及細(xì)部構(gòu)造分析

橋梁設(shè)計(jì)工程師要全面認(rèn)識(shí)無(wú)伸縮縫橋梁的性能，對(duì)橋梁的耐久性、整體性做出科學(xué)分析，先要了解無(wú)伸縮縫橋梁的細(xì)部構(gòu)造，細(xì)部構(gòu)造是橋梁的基本骨架，也是橋梁設(shè)計(jì)當(dāng)中一個(gè)很基礎(chǔ)的概念與印象，無(wú)伸縮縫的整體式橋臺(tái)是鋼梁和混凝土梁普遍采用的細(xì)部構(gòu)造。

3.2 需要考慮的影響因素

考慮到無(wú)伸縮縫橋梁，它的總量是被埋進(jìn)混凝土橋臺(tái)的特殊結(jié)構(gòu)，工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該把對(duì)次要荷載的考慮放到重要位置，本文總結(jié)了幾點(diǎn)次要荷載的影響。

3.2.1 徐變的影響

“徐變”是指在長(zhǎng)期應(yīng)力作用下，混凝土應(yīng)變隨時(shí)間而持續(xù)保持增長(zhǎng)的一種特性。在長(zhǎng)期荷載作用下，結(jié)構(gòu)或材料承受的應(yīng)力不變，而應(yīng)變隨時(shí)間增長(zhǎng)的這種現(xiàn)象稱為徐變。以混凝土為主要材料的橋梁不可避免的存在徐變，橋梁上部結(jié)構(gòu)的跨徑，混凝土承受荷載時(shí)的使用年限，荷載持續(xù)的時(shí)間，周圍環(huán)境的溫度，橋梁鎖使用混凝土的質(zhì)量以及混凝土構(gòu)件的形狀變化都會(huì)對(duì)徐變引起的應(yīng)變?cè)斐捎绊?。通過(guò)徐變，在增加鋼縱梁下緣拉應(yīng)力的同時(shí)，會(huì)在一定程度上減小橋臺(tái)處和墩頂處截面上緣的拉應(yīng)力，且若是恒載引起的應(yīng)力小于10%，就可以控制對(duì)結(jié)構(gòu)的有害影響。因此徐變因素的影響，在中小跨徑鋼砼組合梁的無(wú)縫橋梁設(shè)計(jì)時(shí)可以被忽略。

3.2.2 收縮的影響

無(wú)伸縮縫橋梁的墩部會(huì)因?yàn)榛炷翗蛎姘搴弯摽v梁收縮在結(jié)構(gòu)內(nèi)部引起一定的自應(yīng)力產(chǎn)生徐變，受到部分或完全的約束會(huì)導(dǎo)致收縮，收縮和徐變兩種作用力抵消的情形出現(xiàn)在他們相反時(shí)；通過(guò)對(duì)大量數(shù)據(jù)的分析表明，實(shí)際上這兩種力的作用不能徹底抵消，因此會(huì)產(chǎn)生余應(yīng)力，這會(huì)導(dǎo)致加重混凝土裂縫現(xiàn)象，從而使得收縮應(yīng)力得到部分的減小，運(yùn)用到對(duì)無(wú)伸縮縫橋梁進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的實(shí)際環(huán)節(jié)中的時(shí)候，要考慮到收縮對(duì)上部結(jié)構(gòu)的影響。

3.2.3 沉降因素的存在

由于地基土層的不均勻性在荷載作用下會(huì)發(fā)生不均勻沉降，橋梁的上下部結(jié)構(gòu)的剛度、跨數(shù)、跨徑支承、臺(tái)高、沉降量等幾何特征和結(jié)構(gòu)特征，會(huì)對(duì)沉降造成的應(yīng)力影響大小起到直接作用。相較單跨橋梁，多跨橋梁的沉降影響會(huì)更大一些。因此，針對(duì)減少多跨橋梁因恒載引起的沉降，我們可以通過(guò)使用技術(shù)手段讓橋臺(tái)和橋墩和所受的反力大致相等來(lái)解決。至于單跨橋梁，可以忽略沉降的因素，因此，合理的橋梁構(gòu)架設(shè)計(jì)可以使無(wú)伸縮縫橋梁忽略因?yàn)槌两狄蛩禺a(chǎn)生的影響。

3.2.4 土壓力的影響

土壓力對(duì)橋梁的影響，也是傳統(tǒng)橋梁建設(shè)中需要考慮的一大重要因素。在橋梁上部，結(jié)構(gòu)受熱發(fā)生膨脹后橋臺(tái)就會(huì)填土，從而引起被動(dòng)土壓力，被動(dòng)土壓力，還存在重向與橫向的分布從而造成綜合影響，造成上部結(jié)構(gòu)的軸力和彎矩。實(shí)踐證明對(duì)于無(wú)伸縮縫橋梁，土壓力的影響非常小，乃至于幾乎可以忽略不計(jì)，因此在分析和設(shè)計(jì)時(shí)無(wú)伸縮縫橋梁土壓力的作用可以排除在外。

3.2.5 溫度的影響

作為無(wú)伸縮縫橋梁設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要因素，溫度變化對(duì)橋梁的設(shè)計(jì)影響不容小覷，但在現(xiàn)實(shí)中溫度對(duì)橋梁影響測(cè)得的應(yīng)力值卻比預(yù)計(jì)的要小很多。造成這些結(jié)果的原因有兩個(gè)，第一，混凝土結(jié)構(gòu)體積較大的特點(diǎn)，使得它對(duì)溫度變化敏感度比較低。鋼橋的溫度周期最大值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于混凝土橋，混凝土大面積的吸收熱量，使得它的溫度周期值產(chǎn)生了較大的差異，美國(guó)公路運(yùn)輸和工作協(xié)會(huì)的工作中也提出了相關(guān)的概念。鋼與混凝土的熱膨脹系數(shù)相差不大，但是混凝土具有大面積吸收熱量的特征，因此鋼橋?qū)囟鹊淖兓舾卸纫然炷粮?。我們以后將?huì)就此展開進(jìn)一步的定量分析研究。第二，在混凝土由于溫度變化膨脹或者因?yàn)槭湛s產(chǎn)生的徐變會(huì)造成橋梁應(yīng)力達(dá)不到設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)計(jì)的程度，有關(guān)部門應(yīng)該根據(jù)實(shí)際情況調(diào)整設(shè)計(jì)方案，把混凝土的溫度彈性模量保持動(dòng)力荷載彈性模量的1/3作為原則，這樣理論就能更科學(xué)精確地反映實(shí)際情況。

3.2.6 樁的應(yīng)力作用

上部結(jié)構(gòu)與整體式橋臺(tái)的樁基礎(chǔ)對(duì)縱向移動(dòng)的抵抗作用產(chǎn)生直接影響，在進(jìn)行無(wú)伸縮縫橋梁設(shè)計(jì)時(shí)，需要分別落實(shí)以下幾項(xiàng)工作：首先，采用單排的細(xì)長(zhǎng)垂直樁結(jié)構(gòu)且需要限制樁的形狀和整體式橋梁的基礎(chǔ)形式；通過(guò)提供一種鉸接裝置來(lái)控制樁的撓曲；通過(guò)調(diào)整H形樁的弱軸方向，使樁子的弱軸方向與運(yùn)動(dòng)方向一致；嚴(yán)格限制結(jié)構(gòu)斜交角的大小也是一項(xiàng)重要工作。我們可以通過(guò)解決平衡整體式橋臺(tái)后面的主動(dòng)壓力問(wèn)題、充分考慮留有自由空間的手段使得整體式橋臺(tái)允許溫度膨脹、采用合適的細(xì)部構(gòu)造也可以實(shí)現(xiàn)這一功能等，我們需要今后在無(wú)伸縮橋梁設(shè)計(jì)中不斷的進(jìn)行研究和實(shí)踐來(lái)尋求這些問(wèn)題的解決方案，完善細(xì)節(jié)上的設(shè)計(jì)，我們通過(guò)安排一定的施工次序，或者通過(guò)設(shè)置壓力釋放縫、循環(huán)控制縫、引道板等來(lái)克服無(wú)伸縮縫橋梁存在的一些缺陷。但由于無(wú)伸縮縫橋梁有跨徑小等方面的限制，一些設(shè)計(jì)者在實(shí)際運(yùn)用中傾向于采用有伸縮縫橋梁，如何有效解決這些問(wèn)題是無(wú)伸縮縫設(shè)計(jì)橋梁得到更廣泛的應(yīng)用的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)。

4 結(jié)語(yǔ)

橋梁沒有伸縮縫，意味著排除一系列隱患，橋梁的維護(hù)費(fèi)用和建造費(fèi)用也能得到了有效的控制，其優(yōu)秀的抗震能力在地震多發(fā)地區(qū)更是至關(guān)重要。同時(shí)車輛在無(wú)伸縮縫橋梁上行駛也能減少?zèng)_擊，降低了車輛的損耗，反作用到橋梁使用壽命也得到了提高。無(wú)伸縮縫橋梁技術(shù)研究在美國(guó)已經(jīng)開展了很多年并得到了廣泛的應(yīng)用，我們期待無(wú)伸縮縫橋梁在我國(guó)得到推廣，但目前該項(xiàng)工作依然還未得到深入的研究和實(shí)踐。因此學(xué)習(xí)、了解并利用國(guó)外一些先進(jìn)成功經(jīng)驗(yàn)就非常重要，先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)的學(xué)習(xí)與總結(jié)再加上結(jié)合我國(guó)路橋建設(shè)中存在的問(wèn)題與實(shí)際需要，建造出適合我國(guó)路況的無(wú)伸縮縫橋梁，從而大力發(fā)展與推進(jìn)公路橋梁事業(yè)的發(fā)展，是我們從事橋梁研究專業(yè)人員的重大使命。