浅谈无伸缩缝桥梁的发展

戴豪勇　曾由奇

摘 要：随着我国经济建设的迅猛发展，公路交通量急剧增大，公路上行驶车辆的行驶速度和车辆的轴重不断增加，桥梁由于伸缩缝遭受破坏的现象也越来越严重。本文简要综述了无伸缩缝桥梁的基本发展情况及设计过程中的主要问题，并对无伸缩维桥梁设计中的一些问题进行了初步讨论。

关键词：无伸缩缝桥梁 发展 综述

公路桥梁的伸缩缝已成为桥梁施工和维护的难题之一。研究、设计和制造使用更好的伸缩装置固然十分重要，但从另一方面讲，如能采用无伸缩装置的桥梁结构，则是从根本上解决桥梁由于伸缩装置遭受毁坏的现象。因此，世界各国的学者都在努力寻求最好的伸缩缝结构，得到的结论是“最好的伸缩缝是无伸缩缝”。因此，无伸缩缝桥梁应运而生。

一、无伸缩缝桥梁在国外的使用情况

二次世界大战前，美国总长度超过15m的桥梁都没有一定形式的伸缩缝。由于回填料内和路面上的积水以及公路表面垃圾容易渗透到伸缩缝内，引起桥梁伸缩缝的堵塞或冻结，伸缩装置逐渐被封闭，最终导致破坏，难以完成设计时所期望的伸缩功能。大约在20世纪60年代，美国开始采用连接桥梁上部结构和桩基础的无伸缩装置的整体式桥台，堪萨斯州，密苏里州，俄亥俄州和田纳西州是较早采用这种方法的州。采用无伸缩缝的整体式桥台，除了行车平稳外，由于消除了伸缩装置，排除了伸缩缝处水的渗漏隐患，降低了桥梁造价及维修费用，使得这种类型的桥梁逐渐地流行起来。关于无伸缩桥梁的使用状况美国有关部门曾做过许多调查工作。调查表明，80％以上的公路机构已为无伸缩缝装置的桥梁建立了设计标准，但各州现有的设计规范和标准并不相同。

英国于70年代开始致力于整体式桥台的无伸缩缝桥梁的研究，其交通部门将于近期公布一套无缝桥的规范，目前在英国，跨长在65 m以内的公路桥梁广泛采用一种使用填料路桥接缝的整体式无伸缩缝桥梁结构。这是因为在英国的气温条件下，上述跨长的桥梁两端在温度影响下引起的伸缩变形在25mm以内，完全可以由桥头搭板尽头设置的沥青填料接缝吸收。但在桥梁的整个使用过程中，接缝处需要定时维护。根据英国和美国的经验，这种维护并不困难。对于采用使用填料路桥接缝的整体式桥台桥梁，英国认为公路上25mm或铁路上40mm的变形是允许的，因此在英国100 m以内的公路桥梁，120 m以内的铁路桥梁可考虑采用无伸缩缝桥梁结构。

二、无伸缩缝桥梁在国内的发展情况

我国对无伸缩缝桥梁的研究是先从实践开始的，1998年一座横跨湖南省益阳――常德高速公路设置成小边跨的无缝梁桥开始了我国建造无伸缩缝桥梁的尝试，该桥为(11.4+33．2+11.4)m的三跨连续梁，边跨与中跨之比为0.34，而连续梁合理的边跨与中跨之比一般为0.55～0.9，因此该桥属于小边跨连续梁桥，设计荷。 载为汽－10。湖南省交通科学研究所的张亮和宁夏元对其受力进行了分析。他们将桥台作为弹性支承连续梁，按“m”法取用土抗力系数来计算台后土抗力。考虑到双铰桥台构造复杂，难于养护，采用了桥台与梁铰接，桥台与基础固接方式，还分析了桥台台身刚度对桥台内力及台身配筋面积的影响，计算结果表明，台身刚度越大，其内力和配筋率越大。湖南大学土木建筑工程学院的邵旭东教授等从解决桥头跳车问题出发，以清远四九桥为依托工程，进行了整体式无伸缩缝桥梁的设计与施工。

广东清远四九桥的设计特点主要有两个：(1)把整体桥台设计为柔性墙和柔性桩的结合体，这样从上部梁体传递来的变形可以由两部分承担，对台身和桩基础均有利；(2)整体式桥台台后设置搭板，它与主梁、整体式桥台通过主筋相连接，并随梁、台一起变形。

湖南大学的马竞结合广东省交通厅科研项目——无缝桥梁新技术应用研究，利用整体式无伸缩缝桥梁结构，重点从桥台自身结构的改进与台后优化设计相结合进行桥头跳车综合防治的研究。

大连理工大学的张新旺进行了主要研究工作：1)把桥台自身结构的改进与台后设计结合起来，综合进行跳车防治的研究；2利用半整体式桥台原理，设计了无伸缩缝桥梁，工程的使用效果较好；3)提出了桥台一搭板一台后土共同作用的空间计算模型，为半整体式桥台的成功应用打下了坚实的理论基础；4)以半整体式桥台的理论为依据，建造了半整体式无伸缩缝的桥梁—— 石龙河桥。

三、无伸缩缝桥架设计中的几个问题讨论

1.温度

温度的影响无疑是无伸缩缝桥梁设计中的一个非常重要的因素，但事实上正如前文所指出的那样，对许多桥梁的应力测试表明，由于温度作用而测得的应力值要比预计的要小，分析其原因可能有两点：其一是混凝土由于温度的膨胀或收缩，会产生徐变。其二是由于大多数混凝土结构体积相对较大，使得它们对周围的温度变化比较不敏感。

2.被动土压力

由于无伸缩缝桥梁的整体式桥台是采用桩基础，为了使回填土引起桥墩中的被动土压力最小，一些学者认为，设计时可采取如下具体措施： (1)限制桥梁长度；当桥梁斜交时，限制结构斜交角的大小。(2)采用选择过的颗粒结配作为回填土。(3)使用引道板以防止车辆对桥台填土的挤压。(4)利用挡土墙来缩短翼墙。

3.桩的应力

考虑到上部结构与整体式桥合的桩基础对纵向移动的抵抗作用有直接关系，在进行无伸缩缝桥梁设计时：(1)限制整体式桥梁的基础形式，最好做成单排的细长垂直桩。(2)限制桩型。(3)调整H型桩弱轴方向，使之与运动方向一致。(4)提供一种铰接装置来控制桩的挠曲。 (5)限制结构斜交角的大小。还有一些其他问题，如：如何平衡整体式桥台后面的主动上压力？是否在整体式桥合后留有自由的空间以允许温度膨胀？如需要的话采用什么样的细部构造？

结 语

目前，无伸缩缝桥梁的设计还不成熟，还依靠于经验和观察，还不能从根本上解决伸缩缝桥梁有关的分析方法和构造设计。因此，只有借鉴现有的技术，通过对实体桥梁的模拟分析，从而建立一套科学的设计理论，使无伸缩缝桥梁能够得到大面积推广。我国正加大力度对无伸缩缝桥梁的研究和实践，并使这种桥型结构能逐渐推广，相信它对于我国桥梁的发展将起到积极的推进作用，并能产生极大的经济效益和社会效益。◆