侯若敬

（1、衡水中鐵建工程橡膠有限責任公司，河北 衡水053000 2、河北省路橋減振降噪技術創(chuàng)新中心，河北 衡水053000）

1 概述

伸縮裝置是橋梁中的重要附屬結構，主要用來調節(jié)橋梁因氣溫變化、混凝土收縮和徐變、不均勻沉降、車輛沖擊等作用所產生的變形，防止橋面雨水和路面殘渣進入橋梁結構內部，并保證車輛能夠平穩(wěn)的通行。模數式伸縮裝置是一種廣為采用的橋梁伸縮裝置，由邊梁、中梁、支承梁、位移傳動系統(tǒng)和密封橡膠帶等構件組成。模數式伸縮裝置可以根據實際情況增加中梁鋼和密封橡膠帶個數，從而增大伸縮裝置的位移適應能力，一般用于伸縮量大于160mm 的橋梁。根據結構和位移控制原理的不同，模數式伸縮裝置可分為格柵式、直梁式和斜梁式等。斜梁式模數伸縮裝置是一種創(chuàng)新型的伸縮裝置，屬于大位移量伸縮裝置。它不僅能夠滿足橋梁橫向、縱向以及豎向形變的需要，同時也滿足當今社會對橋梁建設安全、舒適、耐用等特點的要求。

2 斜梁式伸縮裝置的結構形式和功能特點

2.1 結構形式

斜梁式伸縮裝置主要由邊梁、中梁、吊鉤、支承梁、密封橡膠帶、滑動彈簧、滑動支承、位移箱及錨板等部件構成。邊梁將伸縮裝置安全可靠的錨固到混凝土或鋼結構上；中梁將垂直向和水平向的車輛負荷傳遞到兩邊梁，通過邊梁將負荷傳遞到梁體結構上；被支撐的活動的中梁，根據梁縫大小的變化均勻的開合；密封橡膠帶與中梁或邊梁之間提供水密性的及永久性的連接，能夠做到徹底防水。結構圖如圖1 所示，實物如圖2 所示。

2.2 功能特點

2.2.1 簡單高效的控制機構

與格柵式模數伸縮裝置相比，斜梁式模數伸縮裝置將一組支承箱內由一根支承梁支撐所有中梁的想法變?yōu)楝F(xiàn)實。同時，該伸縮裝置采用的是四連桿控制機構，這種控制機構可以適應橋梁結構的三維方向運動、轉動以及交通荷載的同步傳遞，并且不需要附加任何控制元件來實現(xiàn)運動。

圖2 斜梁式伸縮裝置實物圖

2.2.2 等距運動

采用幾何的剛性控制的原理方法，可確保伸縮縫均勻伸縮（彈性控制伸縮縫伸縮不均勻）。中梁通過滑動支承部件可以在支承梁上滑動。通過支承梁的幾何排列，中梁的位置可以被有效的控制，這樣，中梁與中梁之間、邊梁與中梁之間的間隙能夠保證始終均等，從而避免因梁與梁之間不等距造成的橋面跳車現(xiàn)象。

2.2.3 防水、牢固性能好

由于該伸縮裝置邊梁與中梁、中梁與中梁之間的密封橡膠帶與型腔緊密嵌合，從而達到徹底防水的效果。同時，該伸縮裝置的密封橡膠帶錨固牢靠，即使密封橡膠帶拉伸至150mm 時也不會脫落。并且，當車輪碾壓在夾有石子或其它雜物的密封橡膠帶上時，也能夠保證密封橡膠帶不會脫落。

2.2.4 維修方便

該伸縮裝置由于本身結構的原因，具有更簡潔快速的所有部件的可更換性。當伸縮裝置的易損彈性控制元件或中梁出現(xiàn)損壞需要更換時，不需要中斷交通就能夠進行維修或更換。同時，即使將伸縮裝置的數根中梁同時拆除，也不會影響伸縮裝置的控制機構。

2.2.5 抗震能力強

隨著近些年地震的頻發(fā)，開始對易發(fā)生地震地區(qū)的橋梁抗震能力提出了更高的要求！雖然，目前橋梁設計者們針對如何提高橋梁主體結構抗震能力已經有了解決方案。但是，針對橋梁結構保護附件產品（伸縮裝置）如何在地震發(fā)生后能夠正常工作，尚未尋求到更好地解決方案。

與一般震動相比，地震引起的橋梁結構位移更大、更復雜，僅為了保護結構不受破壞而加裝更大型伸縮裝置是不必要的。斜梁式模數伸縮裝置設計了一個臨界破壞點裝置，從而達到保護橋梁結構的目的。

當地震發(fā)生時，伸縮裝置保險箱內設計的臨界破壞點裝置可以將動能轉換成勢能，將地震產生的能量釋放，并會在臨界破壞點時強行破壞錨固水泥砼及瀝青砼。當地震結束后，伸縮裝置保險箱內設計的臨界破壞點裝置便將勢能轉換成動能，伸縮裝置復位成正常工作狀態(tài)。因此，在發(fā)生地震時使用該伸縮裝置仍可以保證緊急車輛能夠順利通行。

2.2.6 服役時間長

只要能夠及時并且專業(yè)的對該伸縮裝置進行維護保養(yǎng)，該伸縮裝置主體的正常使用壽命在40 年以上，其中不可更換部件的正常使用壽命在100 年以上。

2.2.7 適用范圍廣

與格柵式模數伸縮裝置和梳齒板式伸縮裝置相比，斜梁式模數伸縮裝置適用于伸縮量不低于160mm 的所有橋梁工程。特別適用于懸索、斜拉形柔性結構橋梁、橋梁拼寬、互通匝道弧度較大的橋梁工程，以及地震頻發(fā)地區(qū)的橋梁工程。

3 斜梁式伸縮裝置的位移控制

3.1 位移控制機理

斜梁式伸縮裝置的位移控制系統(tǒng)由支承梁、中梁、滑動彈簧和滑動支承構成，支承梁大致平行布置，且與橋梁縱軸線有一定夾角（約20°）斜向布置。位移控制機理是由斜向布置的搖擺支承梁實現(xiàn)，該搖擺支承梁在伸縮縫的鋼箱梁側可旋轉，在伸縮縫的另一側既可轉動，也可沿其軸向滑動。每個位移箱只設一根支承梁。斜梁式伸縮裝置的平面圖見圖3。

圖3 斜梁式伸縮裝置平面圖

支承梁一端與主橋鋼箱梁連接，只可在水平面內轉動可看作鉸接（固定端)；另一端與引橋砼梁連接，可沿縱橋向滑動以及在水平面內轉動（活動端）。中梁通過吊鉤箍在支承梁上，中梁與支承梁之間設置可滑移的支承，并施加預壓力，以減弱構件的振動，避免構件之間發(fā)生碰撞，見圖4。

圖4 中梁吊鉤組件

當主橋和引橋發(fā)生相對變位時，支承梁繞其鉸接端發(fā)生水平面內的轉動，中梁也隨著支承梁的轉動產生變位。由于導梁的橫向限制作用，中梁不能自由地進行橫向運動，只能沿著支承梁發(fā)生滑移。在伸縮裝置安裝時，各中梁是等間距布置的。因此，按照幾何上的等比例關系，伸縮裝置伸長或縮短后各中梁應仍是等間距的，斜梁式伸縮裝置的設計正是基于此原理。

3.2 位移等距驗算

當伸縮裝置逐漸伸長或縮短時，各中梁先是保持不動，隨著伸縮量的增大或縮小，各中梁上的支撐體會先后發(fā)生滑移，帶動中梁運動。中梁和支承梁可視為剛性構件，各中梁為平行布置，參考圖5，當位移發(fā)生變化時，支承梁產生了旋轉，各中梁之間的間隙發(fā)生變化，利用幾何關系可知，各間隙是相同的，也就是縫寬相同。

圖5 斜梁式伸縮裝置位移示意

4 結論

由于構造原因，斜梁式伸縮裝置各中梁并不同時發(fā)生滑移，需要驅動力足夠大時，即達到了支座與支承梁及中梁的最大摩擦力，支座將沿支承梁滑移。無論伸縮裝置是伸長還是縮短，越靠近伸縮縫活動端（引橋端）的伸縮縫單元越容易發(fā)生滑移，越靠近伸縮縫固定端（主橋端）的伸縮縫單元越不容易發(fā)生滑移。

影響縫寬均勻性的因素有滑動材料摩擦系數、支座預壓力、支座抗剪切剛度，這些反映的是伸縮裝置構件的材料特性和加工、安裝工藝，其中的預壓力是為了保證構件之間的可靠連接、減弱構件的振動而施加的。因此，對支座的材料以及伸縮裝置整體制作精度要求極高。

斜梁式伸縮裝置代表著全球最先進、最可靠、易維護且超長壽命的橋梁結構附件產品。