在温度变化的影响下,桥梁将沿纵桥向产生膨胀或收缩变形;车辆荷载也将引起梁端的转动和纵桥向的位移。为了使这些不被约束,必须在相邻两跨的梁端之间、梁端与桥台之间、挂梁两端桥梁的铰接处等位置预留必要的间隙,这就是“伸缩缝”。为了使车辆平稳地通过伸缩缝,同时使伸缩缝保持正常的适应变形的能力,就需要在桥面伸缩缝处设置一定的“装置”,这种装置就称为桥面“伸缩装置”。但惯称的“伸缩缝”既可指“缝”,也可指“装置”。
1.对伸缩装置的要求
伸缩装置是公路桥梁的薄弱环节,经常因遭到损坏而需要维修更换。显然,为了始终满足变形需要并使车辆平稳地通过桥面,桥面伸缩装置应满足以下要求:①能保证上部结构的自由伸缩;②能承受各种车辆荷载的作用;③具有良好的平整度;④具有良好的防水性能;⑤具有良好的防尘性能;⑥便于养护、修理、更换;⑦经久耐用。施工安装方便、经济廉价也是一种好的伸缩装置应该具备的特点。
2.伸缩装置的类型
伸缩装置的种类繁多。在20世纪70—80年代经常使用的一些伸缩装置,由于其适应变形量较小和构造上的缺陷,加上交通发展对伸缩装置提出了更高的要求,有的目前在低等级公路的中小桥梁上使用(如U形锌铁皮伸缩装置、跨搭钢板伸缩装置等),有的则经过不断改进,在构造上与以往有很大不同。
目前,我国桥梁工程上较常用的伸缩装置可分为五大类:对接式伸缩装置、钢制支承式伸缩装置、橡胶组合剪切式(板式)伸缩装置、无缝式(暗缝型)伸缩装置和模数支承式伸缩装置。
(1)对接式伸缩装置。
根据结构造型和受力特点的不同,对接式伸缩装置又可以分为填塞对接型和嵌固对接型两种。
填塞对接型伸缩装置以沥青、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。该类装置一般用于伸缩量在40 mm以下的常规桥梁工程中,目前已不多见。
嵌固对接型伸缩装置利用不同形状的钢构件将不同形状的橡胶条(带)嵌牢固定,并以橡胶条(带)的拉压变形来吸引梁体变形,其伸缩体可处于受压或受拉状态。该类装置广泛应用于伸缩量不超过80 mm的桥梁上。
(2)钢制支承式伸缩装置。
钢制支承式伸缩装置用钢材装配制成,能直接承受车轮荷载,其形状、尺寸、种类繁多。其中面层板呈齿形,从左右伸出桥面板间隙处相互啮合的悬臂式构造,或面层板呈悬架的支承式构造,统称为钢梳形板伸缩装置,国内常用的有梳齿形板型和折板型。面层板呈矩形的叠合悬架式的构造,称为钢板叠合式伸缩装置。(www.daowen.com)
(3)橡胶组合剪切式(板式)伸缩装置。
橡胶组合剪切式(板式)伸缩装置是利用橡胶材料切变模量较低的特点设计制造而成的。橡胶剪切式伸缩体设有上、下凹槽,橡胶体内埋设承重钢板和锚固钢板,并设有预留螺栓孔,通过螺栓与梁端连成整体。它依靠上、下凹槽间的橡胶体剪切变形来满足梁体构造的相对位移。橡胶伸缩体内预埋钢板,用以跨越梁端间隙、承受车辆荷载。另外,在橡胶伸缩体内两侧预埋两块锚固钢板,通过螺栓与梁端连接。
此类伸缩装置承受荷载之后,有一定的竖向刚度,具有较大的跨缝能力(即伸缩量,国外此类产品的最大伸缩量可达330 mm),利于行车平稳,国内外均广泛采用。但它的伸缩摩擦阻力一般比较大,容易产生早期破坏现象,对制造和施工安装的要求很高。
(4)无缝式(暗缝型)伸缩装置。
无缝式(暗缝型)伸缩装置在伸缩间隙中填入弹性材料并铺上防水材料,在桥面铺装层采用弹性复合材料,使接缝处的桥面铺装与其他铺装部分形成连续体,以使接缝处材料的变形满足需要。
无缝式伸缩装置的主要优点:①能适应伸缩变形和小量转动变形;②桥面铺装形成连续体,行车舒适性较好;③防水性较好;④机械化除雪不致破坏接缝;⑤施工简单,易维修更换。施工时,待路面铺装完成后再用切割器切开槽口,然后注入嵌缝材料,形成构造,但此类装置仅适用于接缝较小的部分,适用范围有限。
国内常用的无缝式伸缩装置有TST弹塑体、GP型桥面连续构造等。TST弹塑体在温度为140℃以上时呈熔融状,可直接浇灌;TST永不固化,低温条件下的弹性、防水性能都很好;当缝较大时,可在TST弹塑体中添加碎石。
(5)模数支承式伸缩装置。
大跨径桥梁需要结构合理、大位移量的伸缩装置。橡胶组合剪切式伸缩装置很难满足大位移的要求;钢制的伸缩装置则防水性能差且易影响行车。模数支承式(即模数式,这里的“模数”源于机械工程,与机械传动密切相关)伸缩装置系列,利用了橡胶材料吸震缓冲性能好、密封性能好的特点,与强度高、刚性好的异性钢材组合,在大位移情况下能承受车辆荷载。
这类装置的共同构造特点是:由V形或其他形状截面的橡胶密封条(带)嵌接于异性边钢梁、中钢梁内,组成可伸缩的密封体,异性钢梁直接承受车辆荷载。根据要求的伸缩量,可随意增加中钢梁和密封橡胶条(带),其最大位移量可达640 mm。有的产品最大位移量可以达到2000 mm。
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